一种适用于容迟容断网络的数据订阅分发方法

一种适用于容迟容断网络的数据订阅分发方法
【专利摘要】本发明涉及数据分发领域，具体涉及容一种适用于容迟容断网络的数据订阅分发方法。本发明通过以下技术方案得以实现，一种适用于容迟容断网络的数据订阅分发方法，包括：（1）信源节点进行数据包编码发布；（2）中继节点进行编码转发处理；（3）信宿发布主题订阅包；（4）中继节点对主题订阅包进行处理；（5）中继节点对主题数据发布表和主题信息订阅表进行拥塞控制处理；（6）信宿节点进行数据解码处理；（7）中继节点对ACK数据包进行处理。本发明融合了网络编码传输机制、数据订阅分发机制、数据拥塞控制等功能，实现了容迟容断网络环境下的数据分发功能。
【专利说明】-种适用于容迟容断网络的数据订阅分发方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及数据分发领域，具体涉及容一种适用于容迟容断网络的数据订阅分发 方法。

【背景技术】
[0002] 未来随着移动计算的普及，通过WiFi，802. 11等无线方式进行数据交互的机会增 多，连接间断、传输延迟等可能是一种正常现象，因此，下一代互联网络必须考虑对这种中 断延迟网络环境的支持，对现有的"高带宽低延迟"网络进行补充，提出了一种"容迟容断网 络"的概念。
[0003] 容迟容断网络是解决异构、不可靠网络环境下的数据传输问题提出的一种新型网 络模型。与传统网络相比，容迟容断网络具有如下特性：1)动态链路，由于节点的随机移 动，节点间的链路状态往往是变化的，甚至是间歇连通的，信道速率、网络丢包率等都会随 环境的变化而发生改变；2)动态拓扑，由于节点间链路的变化和节点的随机移动，使得网 络拓扑经常变化；3)传输延迟，间歇连通，由于网络动态性，链路不可靠，容迟容断网络中 数据的传输延迟往往不可预知且时延较长，节点间链路往往是间歇连通的。典型的容迟容 断网络有战场移动网络，空间通信网络，军用自组织网络，传感器网络等。
[0004] 由于容迟容断网络的特性，使得依靠传统网络技术在容迟容断网络中进行数据分 发已显得力不从心。因为传统网络是建立在TCP/IP体系上的，是基于节点间可靠连接的 假设：1.数据源和目的之间存在端到端的路径；2.网络中任何节点对间的最大往返时间 (RTT)不能太长；3.端到端分组丢失率较小。而在带宽受限，间断连接，动态拓扑，大传输 时延等"迟断网络"环境中的性能会出现急剧恶化，导致传统的0SPF(0pen Shortest Path First)，RIP (Routing Information Protocol)等路由协议无法正常运行。Ad Hoc 网络路 由也是遵循"存在完整的端到端路径"的假设，A0DV(Ad hoc on Demand Distance Vector), DSR (Dynamic Source Routing)等路由协议也难以应用于"迟断网络"中。对于反应式路 由协议，由于节点移动减少了路径持续时间，其吞吐率接近于0,即使对以上协议进行修改 也难以从根本上解决以上问题。
[0005] 容迟容断网络采用"存储-携带-转发"的机会通信模式增加了数据投递成功率， 提出了诸如传染病路由，喷射路由，概率路由等多种路由机制，但这些路由机制在提升数据 投递率的同时，也带来了信息冗余度高，网络资源利用不充分等缺点，同时也使得多源多宿 网络中信源信宿间数据传输更加复杂。
[0006] 另外，随着信息量的激增以及信息受众的多样化，数据接收者要求能有选择性的 接收感兴趣的数据，若数据以广播或端对端的传输方式都会造成较大的网络负载和网络资 源浪费。因此，数据分发技术研究了如何实现在信源和信宿之间建立一个高效、松耦合的信 息分发渠道，增强信息传播的方向性和目的性，提高数据传输效率，数据订阅分发机制就是 其中典型的数据分发模型。但订阅分发机制往往以数据路由的方式应用在可靠网络中提供 数据分发服务，在动态拓扑，中断延迟的受限网络环境中，传统的订阅分发机制却难以部署 实施。
[0007] 网络编码传输的主要思想是在组播通信过程中利用节点计算能力，允许节点对传 输信息进行处理和操作，来增加数据包的信息承载量以及信息在网络中扩散能力，进而提 高传输信道的利用率。研究表明网络编码是解决一些特定网络中网络信息流问题的有效方 法，在提高网络利用率、减小传输延迟、增强网络安全性、节省节点能耗等方面均有其优越 性。对于一般的组播网络，采用线性网络编码可以达到组播容量的上限，以"蝴蝶网络"为 例，通过网络编码进行数据传输可以证明其带宽利用率可提高33%。
[0008] 因此，将网络编码技术和"存储-携带-转发"的路由机制应用在数据订阅分发过 程中，将能充分利用网络传输容量，将能提高网络利用率，减少传输延迟，解决传统订阅分 发机制在受限网络中投递率低，投递延迟大等问题。


【发明内容】

[0009] 本发明的目的在于提供一种适用于容迟容断网络的数据订阅分发方法，该方法融 合了网络编码传输机制、数据订阅分发机制、数据拥塞控制等功能，实现了容迟容断网络环 境下的数据分发功能。
[0010] 上述技术目的通过以下技术方案得以实现：一种适用于容迟容断网络的数据订阅 分发方法，假定信源传输的数据包括

【权利要求】
1. 一种适用于容迟容断网络的数据订阅分发方法，其特征在于， 假定信源传输的数据包括PHPuPh "·Ρη}等η个主题数据包，每个主题数据包由一串 不定长度的二进制位构成PiZbit^bftv ; 该种数据分发方法的具体步骤包括： (1) 信源节点按如下步骤进行数据包编码发布： (1. 1)信源探测邻接节点，计算信源节点输出路径数k。
2. 若k=0,则继续探测直至出现邻接节点； (1. 2)将主题数据包的二进制数据串等分为k个长度为1024的子串 {Pm Pi2，…PJ ;若k>10,则将A截断，分批次进行编码计算和传输；若k < 10,则转（1. 3); (1. 3)若最后一个数据子串pik的长度小于1024,则将pik的高位用0补齐，然后进行编 码计算。
3. 否则转（1.4); (1. 4)信源产生一个k*k的对角矩阵Ak，计算Ak*[pn, pi2，…pik]，产生k个编码向量和 编码值； (1. 5)设置包最大中继次数，在包转发前计算数据包在本节点的滞留时间，并将数据包 属性中的TTL减去节点滞留时间； (1. 6)按数据包格式封装k个编码数据包，将产生的编码包向k条输出路径转发； (2) 中继节点按如下步骤进行编码转发处理： (2. 1)中继节点接收主题号topic和批次号packageNo的编码包； (2. 2)将编码包按主题号topic和批次号packageNo存入主题数据发布列表中； (2. 3)从主题数据发布列表中选择所有主题为topic批次号为packageNo的编码包 {屯，d2，…dt}，对应的编码向量和编码值分别为屯· codevector,屯· value ; (2. 4)中继节点探测邻接节点，并为每条输出路径随机生成一个向量长度为t 的编码向量<^={οη?··(^}; (2.5)计算数据包的编码值\^=[(11.￥31116，（12.￥31116，"(^.￥31116]*[(^ 1，(^2*"(^]'数 据包的编码向量，并将数据包属性中的包中继次数加1，构建对应于每条输出路径 的编码数据包； (2. 6)查询该中继节点中订阅列表，若没有该主题的订阅包，则将产生的编码数据包向 所有对应的输出路径转发，执行步骤（2. 9)，若订阅列表中有该主题数据的订阅包，则执行 步骤（2. 7); (2. 7)计算数据包在本节点滞留时间，将数据包的剩余生存时间减去节点滞留时间； (2. 8)选择投递概率较高的订阅包，沿订阅包的订阅路径向信宿投递编码数据包； (2. 9)判断主题数据包的最大中继次数，若达到最大中继次数，则数据包不再转发，并 转（2. 11)执行，若没有，则转步骤（2. 10)执行； (2. 10)探测邻接节点，向邻接节点转发数据编码包； (2. 11)更新节点中订阅包和主题数据包列表，若主题包的剩余生存时间为0,则将主题 包删除，并按步骤（5)清理节点主题数据发布表； (3) 信宿按如下步骤发布主题订阅包： (3. 1)信宿根据信息主体需求产生主题信息订阅包，并将本节点标记到订阅包的订阅 转发路径中； (3. 2)信宿节点探测邻接连通节点； (3. 3)信宿向邻接连通节点转发主题订阅包； (4) 中继节点按如下步骤对主题订阅包进行处理： (4. 1)中继节点接收主题订阅包，并将本节点标记到订阅包的订阅转发路径中； (4. 2)根据收到的订阅包的数据信息，计算订阅路径的投递概率，并更新该订阅包的投 递概率值； (4. 3)判断主题订阅表是否已满，若已满则按步骤（5)清理节点主题数据发布表，否则 转（4.4); (4. 4)中继节点将接收到的订阅包根据订阅包的主题信息存储到对应的主题订阅列表 中； (4. 5)根据主题号匹配节点中的主题发布表和主题订阅表，若存在相匹配的发布和订 阅信息，则按中继节点主题发布数据包转发流程进行数据转发； (4. 6)判断主题订阅包是否达到最大中继次数或剩余生存时间为0,若未达到，则继续 向邻接节点转发订阅包； (4. 7)更新主题订阅列表，清理订阅列表中的订阅数据包； (5) 中继节点按如下步骤对主题数据发布表和主题信息订阅表进行拥塞控制处理： (5. 1)主题数据发布表存储途径本节点的所有主题发布数据，数据发布表按主题和主 题批次以链表进行存储和检索； (5. 1. 1)遍历主题数据发布表，若存在剩余生存时间为0或接收到数据包ACK的主题数 据包，则将该主题数据包标记为删除，转（5. 1. 3);否则，执行下一步； (5. 1. 2)判断主题发布队列是否已满，若数据存储队列已满，则查找列表中节点中滞留 时间最长和订阅次数最少的数据包，标记为删除； (5. 1. 3)将主题发布队列中标记为删除的数据包删除； (5. 2)主题数据订阅表存储所有途径本节点的主题订阅包，主题订阅表按主题以链表 进行存储和检索； (5. 2. 1)遍历主题信息订阅表，若存在剩余生存时间为0或接收到数据包ACK的主题订 阅包，则将该主题订阅包标记为删除，转（5. 2. 3);否则，执行下一步； (5. 2. 2)判断主题订阅队列是否已满，若订阅存储队列已满，则查找列表中节点中滞留 时间最长的订阅包，标记为删除； (5. 2. 3)将主题订阅队列中标记为删除的订阅包删除； (6) 信宿节点按如下步骤进行数据解码处理： (6. 1)信宿节点接收主题编码数据包； (6. 2)判断接收到的同一主题同一批次的数据编码包个数是否达到数据编码向量的长 度，若没有达到则转（6. 1)，否则按如下步骤进行数据解码； (6. 3)将同一主题同一批次的数据编码包的编码向量组成一个编码矩阵，判断该编码 矩阵是否满秩，若不为满秩，则转（6. 1);若为满秩，则执行后续步骤进行数据译码操作； (6. 4)将编码矩阵以及编码包的编码值形成一个线性矩阵方程组，按高斯消元法解矩 阵方程组获得原始数据段信息； (6. 5)将原始数据段信息按相应的标号位置进行拼接，形成原始的数据信息串； (6. 6)若数据解码完成，则构建数据包接收完成数据包ACK，向邻接节点发送主题数据 接收完成ACK数据包； (7)中继节点按如下步骤对ACK数据包进行处理： (7. 1)中继节点接收ACK数据包； (7. 2)遍历主题数据订阅表，查找同主题号的主题数据订阅包，将该包删除； (7. 3)遍历主题数据发布表，查找同主题同批次的主题数据发布包，将该数据包删除； (7.4)向邻接节点转发ACK数据包。
【文档编号】H04L1/16GK104301237SQ201410539430
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】夏奕, 王孝斌, 白桂银 申请人:湖北交通职业技术学院