一種協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳輸方法
2023-04-23 01:43:56 1
一種協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳輸方法
【專利摘要】本發明一種協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳輸方法，屬於通信網絡【技術領域】；該方法首先構建初始動態傳輸拓撲，然後確定數據包的傳輸方式，選擇傳輸效率最大的數據包或數據包組合進行傳輸，並更新數據包動態傳輸拓撲，直到所有數據包均傳輸完，最後將數據包和數據包組合的傳輸順序，作為無線網絡中的數據傳輸順序，本發明著重關注了在無線網絡中數據包在多速率傳輸和截止時間約束下的調度和傳輸，提高了傳輸效率，並支持支持4種傳輸方法：模擬網絡編碼ANC、傳統網絡編碼CNC，普通路由傳輸PR和直接傳輸NR，基於動態圖集，提出的方法降低了計算的複雜度。
【專利說明】一種協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳輸方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於通信網絡【技術領域】，特別涉及一種協作無線網絡中期限感知的自適應 數據包傳輸方法。
【背景技術】
[0002] 隨著計算能力赴的提升和無線領域多種技術的突破，在商業無線網絡中許多嚴格 時延要求的服務應運而生，例如在移動蜂窩網中的實時視頻通訊；在這些應用中，數據包有 嚴格的截止期限限制，在截止期限前必須到達他們的目的節點，否則他們將變的無效並且 被拋棄。
[0003] 近些年出現了一些新興的協作傳輸方法，例如傳統網絡編碼（conventional networkcoding，CNC)和模擬網絡編碼（analognetworkcoding，ANC);CNC-方面可以允 許一個中繼將至少兩個來自不同源節點的數據包編碼成一個數據包，然後將編碼的數據包 廣播至目的節點，目的節點解碼出所需要的數據包，這個過程減少了傳輸時間，另一方面， 如果目的節點沒有接收到足夠的用來解碼的數據包，CNC的解碼延遲可能變得嚴重；與CNC 相比，ANC允許兩個信號同時從源節點傳輸，並且可以在中繼疊加來進一步減少傳輸時間， 然而，ANC在信道條件和網絡拓撲上有更多的嚴格的限制。
[0004] 目前有技術將CNC和ANC與傳統的傳輸方式，例如直接傳輸（non-relay，NR)和普 通的存儲轉發傳輸（plainrouting，PR)相結合，自適應地選擇傳輸方式，但是這些技術並 沒有考慮數據包的時間約束條件，因此，這些技術在具有截止期限的數據包的傳輸問題中 並不能有效提高網絡傳輸效率，減少丟包率；在那些考慮到數據包截止期限的技術中，其中 一些僅是對數據包的傳輸順序進行優化，傳輸方式依然是單一的傳統方式，這就限制了丟 包率的進一步改善；另外一些技術考慮了CNC，NR和PR三種傳輸方式，但是它們採用的鏈 路容量相同，實際情況中，無線環境由於其不穩定性和多樣性，信鏈路容量很難相同，這就 使得這些技術在鏈路狀況存在差異時變得不適用；目前並沒有一種技術將CNC，ANC，PR和 NR四種傳輸方式相結合，在數據包具有截止期限的條件下自適應地選擇合適的傳輸方案， 在這種情況下要獲得最優傳輸方案，可以採用直接的遍歷搜索算法，但是這種算法的複雜 度很高，為指數級，不適宜實際應用。
【發明內容】
[0005] 對現有技術的不足，本發明提出一種協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳 輸方法，以達到提高傳輸效率、減少丟包率和降低計算複雜度的目的。
[0006] 本發明技術方案如下：
[0007] 一種協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳輸方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、構建初始數據包動態傳輸拓撲，並確定所有數據包的傳輸方式，具體步驟 如下：
[0009] 步驟1. 1、設定需要傳輸的數據包個數與每個數據包對應的截止期限，隨機選定網 絡中傳輸數據包的計算機，每個計算機傳輸一個數據包，根據選定計算機在網絡拓撲中的 位置，構建初始數據包動態傳輸拓撲；
[0010] 步驟1. 2、獲得數據包動態傳輸拓撲中每個數據包單獨傳輸時，進行普通路由傳輸 所需的時間，與該數據包進行直接傳輸所需的時間，確定其中最短傳輸時間，並選擇該時間 對應的傳輸方式進行數據包傳輸；
[0011] 步驟1. 3、判斷任意數據包ei與任意數據包^是否能夠進行傳統網絡編碼傳輸或 模擬網絡編碼傳輸，若是，則執行步驟1. 4,否則，將數據包進行單獨傳輸；
[0012] 步驟1. 4、獲得數據包ei與數據包e」的組合eu進行傳統網絡編碼傳輸所需的 時間，同時獲得該數據包組合進行模擬網絡編碼傳輸所需的時間，確定其中最短傳輸時間 Tu，並選擇該時間對應的傳輸方式進行數據包組合傳輸；
[0013] 步驟1. 5、獲得數據包ei單獨傳輸時，進行普通路由傳輸所需的時間，與該數據包 進行直接傳輸所需的時間，確定其中最短傳輸時間Ti;並獲得數據包^單獨傳輸時，進行普 通路由傳輸所需的時間，與該數據包進行直接傳輸所需的時間，確定其中最短傳輸時間L， 將獲得的數據包ei最短傳輸時間T1與數據包^最短傳輸時間L進行求和；
[0014] 步驟1. 6、判斷數據包ei最短傳輸時間T1與數據包^最短傳輸時間L之和是否 大於數據包組合eg最短傳輸時間Tu，若是，則選擇最短傳輸時間Tu所對應的傳輸方式 進行數據包組合傳輸，否則，將數據包進行單獨傳輸；
[0015] 步驟2、設定初始時，數據包動態傳輸拓撲的數據包累積傳輸時間為0 ;
[0016] 步驟3、在所有數據包組合中，將當前數據包累積傳輸時間與任意數據包組合最短 傳輸時間進行求和，判斷所求傳輸時間之和是否小於該數據包組合中任意數據包的截止期 限，若是，保留該數據包組合，否則，將該數據包組合中的數據包進行單獨傳輸；
[0017] 步驟4、在所有單獨數據包中，將當前數據包累積傳輸時間與任意數據包單獨傳輸 最短時間進行求和，判斷所求傳輸時間之和是否小於該數據包的截止期限，若是，保留該數 據包，否則，將該數據包刪除；
[0018] 步驟5、獲得數據包動態傳輸拓撲中，每個數據包或數據包組合的傳輸效率，並確 定需要傳輸的數據包或數據包組合，具體步驟如下：
[0019] 步驟5. 1、設置初始時，數據包動態傳輸拓撲中每個數據包或數據包組合的傳輸效 率為〇 ;
[0020] 步驟5. 2、獲得由於每個數據包或數據包組合的傳輸，所導致超過截止期限到達目 的計算機的其他數據包的個數；
[0021] 步驟5. 3、獲得每個數據包或數據包組合的傳輸效率，即該數據包的個數或數據 包組合包含的數據包的個數，與所獲超過截止期限到達目的計算機的其他數據包的個數之 差，並選擇傳輸效率最大的數據包或數據包組合進行傳輸；
[0022] 步驟5. 4、判斷傳輸效率最大的數據包或數據包組合的個數是否有多個，若是，執 行步驟5. 5,否則，將傳輸效率最大的數據包或數據包組合進行傳輸；
[0023] 步驟5. 5、在所有傳輸效率最大的數據包或數據包組合中，選擇截止期限最小值所 對應的數據包或數據包組合進行傳輸；
[0024] 步驟5. 6、判斷截止期限最小值所對應數據包或數據包組合的個數是否有多個，若 是，執行步驟5. 7,否則，將截止期限最小值所對應的數據包或數據包組合進行傳輸；
[0025] 步驟5. 7、在所有傳輸效率最大、截止期限最小的數據包或數據包組合中，選擇傳 輸時間最短的數據包或數據包組合進行傳輸；
[0026] 步驟6、將當前數據包或數據包組合的最短傳輸時間累加到數據包累積傳輸時 間；
[0027] 步驟7、更新數據包動態傳輸拓撲，具體步驟如下：
[0028] 步驟7. 1、將當前數據包或數據包組合刪除；
[0029] 步驟7. 2、將每個數據包或數據包組合的傳輸效率清零；
[0030] 步驟8、判斷數據包動態傳輸拓撲中是否還有未傳輸的數據包，若是，執行步驟9， 否則，返回執行步驟3;
[0031] 步驟9、將數據包動態傳輸拓撲中數據包和數據包組合的傳輸順序作為無線網絡 中的數據傳輸順序。
[0032] 步驟5. 3所述的數據包的個數或數據包組合包含的數據包的個數，當數據包進行 單獨傳輸時，包含的數據包個數為1 ;當數據包進行組合傳輸時，包含的數據包個數為2。
[0033] 本發明的有益效果：
[0034] 本發明著重關注了在無線網絡中數據包在多速率傳輸和截止時間約束下的傳輸， 提高了傳輸效率；支持4種傳輸方法:ANC，CNC，PR和NR;通過探索數據包傳輸序列和通過 遍歷搜索獲得的相互傳輸方法的最優解決方案，本發明基於動態圖集，提出的方法降低了 計算的複雜度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明一種實施例的協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳輸方法 流程圖；
[0036] 圖2為本發明一種實施例的構建初始數據包動態傳輸拓撲，並確定所有數據包的 傳輸方式流程圖；
[0037] 圖3為本發明一種實施例的第一次數據包傳輸前的數據包動態傳輸拓撲示意圖；
[0038] 圖4為本發明一種實施例的確定需要傳輸的數據包或數據包組合方法流程圖；
[0039] 圖5為本發明一種實施例的第一次數據包傳輸後的數據包動態傳輸拓撲示意圖； [0040] 圖6為本發明一種實施例的平均丟包率與數據包數量之間的關係圖；
[0041] 圖7為本發明一種實施例的平均丟包率與最大傳輸功率之間的關係圖。
【具體實施方式】
[0042] 下面結合附圖對本發明【具體實施方式】加以詳細的說明。
[0043] 本發明實施例中利用MATLAB軟體，首先將傳輸功率固定為5dBm，數據包的個數 設置從1變化到6,在每種數據包數目下運行10000次，每次設置不同的網絡拓撲，然後 在不同傳輸功率下進行模擬仿真，每種不同傳輸功率下運行10000次，每次設置不同的網 絡拓撲，並傳輸6個數據包；本發明實施例中設定一個中繼節點被放置在500X500m2正 方形的中心，16個目的計算機被均勻分布在其中，隨機選擇源計算機和目的計算機，數 據包由源計算機產生；本發明實施例中考慮萊斯因子Y= 5dB的萊斯平坦衰落信道，噪 音功率密度是174dBm/Hz，帶寬是1MHz，噪音係數是6dB;數據包的截止期限設置成三類 (100ms, 400ms,Is) 〇
[0044] 一種協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳輸方法，方法流程圖如圖1所 示，包括以下步驟：
[0045] 步驟1、構建初始數據包動態傳輸拓撲，並確定所有數據包的傳輸方式，方法流程 圖如圖2所示，具體步驟如下：
[0046] 步驟1. 1、設定需要傳輸的數據包個數為6,並設置每個數據包對應的截止期限D， 隨機選定網絡中傳輸數據包的計算機，每個計算機傳輸一個數據包，根據選定計算機在網 絡拓撲中的位置，構建初始數據包動態傳輸拓撲；
[0047] 步驟1. 2、獲得數據包動態傳輸拓撲中每個數據包單獨傳輸時，進行普通路由傳輸 所需的時間，與該數據包進行直接傳輸所需的時間，確定其中最短傳輸時間，並選擇該時間 對應的傳輸方式進行數據包傳輸；
[0048] 數據包進行普通路由傳輸所需的時間，採用以下公式：
【權利要求】
1.一種協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳輸方法，其特徵在於：包括w下步 驟： 步驟1、構建初始數據包動態傳輸拓撲，並確定所有數據包的傳輸方式，具體步驟如 下： 步驟1.1、設定需要傳輸的數據包個數與每個數據包對應的截止期限，隨機選定網絡中 傳輸數據包的計算機，每個計算機傳輸一個數據包，根據選定計算機在網絡拓撲中的位置， 構建初始數據包動態傳輸拓撲； 步驟1. 2、獲得數據包動態傳輸拓撲中每個數據包單獨傳輸時，進行普通路由傳輸所需 的時間，與該數據包進行直接傳輸所需的時間，確定其中最短傳輸時間，並選擇該時間對應 的傳輸方式進行數據包傳輸； 步驟1. 3、判斷任意數據包e,與任意數據包ej.是否能夠進行傳統網絡編碼傳輸或模擬 網絡編碼傳輸，若是，則執行步驟1. 4,否則，將數據包進行單獨傳輸； 步驟1. 4、獲得數據包e,與數據包ej.的組合eW進行傳統網絡編碼傳輸所需的時間， 同時獲得該數據包組合進行模擬網絡編碼傳輸所需的時間，確定其中最短傳輸時間Tw，並 選擇該時間對應的傳輸方式進行數據包組合傳輸； 步驟1. 5、獲得數據包e,單獨傳輸時，進行普通路由傳輸所需的時間，與該數據包進行 直接傳輸所需的時間，確定其中最短傳輸時間Ti;並獲得數據包單獨傳輸時，進行普通路 由傳輸所需的時間，與該數據包進行直接傳輸所需的時間，確定其中最短傳輸時間Tj.，將獲 得的數據包最短傳輸時間Tj.與數據包ej.最短傳輸時間Tj.進行求和； 步驟1. 6、判斷數據包最短傳輸時間Ti與數據包ej.最短傳輸時間Tj.之和是否大於 數據包組合ey最短傳輸時間TW，若是，則選擇最短傳輸時間Tw所對應的傳輸方式進行 數據包組合傳輸，否則，將數據包進行單獨傳輸； 步驟2、設定初始時，數據包動態傳輸拓撲的數據包累積傳輸時間為0; 步驟3、在所有數據包組合中，將當前數據包累積傳輸時間與任意數據包組合最短傳輸 時間進行求和，判斷所求傳輸時間之和是否小於該數據包組合中任意數據包的截止期限， 若是，保留該數據包組合，否則，將該數據包組合中的數據包進行單獨傳輸； 步驟4、在所有單獨數據包中，將當前數據包累積傳輸時間與任意數據包單獨傳輸最 短時間進行求和，判斷所求傳輸時間之和是否小於該數據包的截止期限，若是，保留該數據 包，否則，將該數據包刪除； 步驟5、獲得數據包動態傳輸拓撲中，每個數據包或數據包組合的傳輸效率，並確定需 要傳輸的數據包或數據包組合，具體步驟如下： 步驟5. 1、設置初始時，數據包動態傳輸拓撲中每個數據包或數據包組合的傳輸效率為 0 ； 步驟5. 2、獲得由於每個數據包或數據包組合的傳輸，所導致超過截止期限到達目的計 算機的其他數據包的個數； 步驟5. 3、獲得每個數據包或數據包組合的傳輸效率，即該數據包的個數或數據包組合 包含的數據包的個數，與所獲超過截止期限到達目的計算機的其他數據包的個數之差，並 選擇傳輸效率最大的數據包或數據包組合進行傳輸； 步驟5. 4、判斷傳輸效率最大的數據包或數據包組合的個數是否有多個，若是，執行步 驟5. 5,否則，將傳輸效率最大的數據包或數據包組合進行傳輸； 步驟5. 5、在所有傳輸效率最大的數據包或數據包組合中，選擇截止期限最小值所對應 的數據包或數據包組合進行傳輸； 步驟5. 6、判斷截止期限最小值所對應數據包或數據包組合的個數是否有多個，若是， 執行步驟5. 7,否則，將截止期限最小值所對應的數據包或數據包組合進行傳輸； 步驟5. 7、在所有傳輸效率最大、截止期限最小的數據包或數據包組合中，選擇傳輸時 間最短的數據包或數據包組合進行傳輸； 步驟6、將當前數據包或數據包組合的最短傳輸時間累加到數據包累積傳輸時間； 步驟7、更新數據包動態傳輸拓撲，具體步驟如下： 步驟7. 1、將當前數據包或數據包組合刪除； 步驟7. 2、將每個數據包或數據包組合的傳輸效率清零； 步驟8、判斷數據包動態傳輸拓撲中是否還有未傳輸的數據包，若是，執行步驟9,否 貝1J，返回執行步驟3 ; 步驟9、將數據包動態傳輸拓撲中數據包和數據包組合的傳輸順序作為無線網絡中的 數據傳輸順序。
2.根據權利要求1所述的一種協作無線網絡中期限感知的自適應數據包傳輸方法，其 特徵在於；步驟5. 3所述的數據包的個數或數據包組合包含的數據包的個數，當數據包進 行單獨傳輸時，包含的數據包個數為1 ;當數據包進行組合傳輸時，包含的數據包個數為2。
【文檔編號】H04L1/00GK104468050SQ201410842685
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月29日 優先權日:2014年12月29日
【發明者】宋清洋, 於堯, 彭玉懷, 張璐, 吳晗, 張鑫 申請人:東北大學