專利名稱：具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器和基于網(wǎng)絡編碼的組網(wǎng)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于路由器與組網(wǎng)技術領域，具體涉及一種具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器的新型 體系結構與基于網(wǎng)絡編碼的組網(wǎng)方法。
技術背景網(wǎng)絡編碼(networkcoding)可用來提高群組通信的網(wǎng)絡吞吐率和系統(tǒng)穩(wěn)定性[l]。在采 用網(wǎng)絡編碼的對等網(wǎng)絡(P2P， peer to peer)分發(fā)系統(tǒng)中，端節(jié)點可在應用層構建覆蓋網(wǎng)絡 (overlay),利用自身的存儲和計算能力進行網(wǎng)絡編碼，并轉發(fā)編碼數(shù)據(jù)。覆蓋網(wǎng)絡上的 網(wǎng)絡編碼，不需要對IP路由器做任何修改，因而實用可行且具有靈活性。但是，覆蓋網(wǎng)絡的網(wǎng)絡編碼尚不能達到或接近理論的吞吐率(throughput)上界，主要 原因是覆蓋網(wǎng)絡上的每條連接通常橫跨多個物理鏈接，而多條覆蓋網(wǎng)絡上的連接也可能共 用一個物理鏈接，端節(jié)點通常不能清楚物理鏈接和網(wǎng)絡拓撲的特性，存在網(wǎng)絡吞吐率低于預期、端節(jié)點性能無法保障和編解碼累計開銷大等問題。本發(fā)是提出的具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器的新型體系結構可以比較好地解決這些問題。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提出一種具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器和基于網(wǎng)絡編碼的組網(wǎng)方法， 以便能提升網(wǎng)絡吞吐率和降低編解碼開銷；并設計、實現(xiàn)路由器上網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)原 型系統(tǒng)。路由器上網(wǎng)絡編碼是指在單信源(source)多信宿(sink)組播網(wǎng)絡上的路由器節(jié)點中 進行編碼，其主要特征是在網(wǎng)絡層上對IP有效負載(payloads)進行編碼。具體來說，支 持網(wǎng)絡編碼的路由器之間的互聯(lián)系統(tǒng)是由信源主機、信宿主機、路由和組播系統(tǒng)所構成的。 先在與信源主機相連的路由器上，對于到達的數(shù)據(jù)報(incoming packet)進行分割和編 碼。數(shù)據(jù)報的不同片段被轉發(fā)到不同的網(wǎng)絡分支(branch)，并在之后經(jīng)過的路由器上， 進行編碼或者解碼。最終信宿主機將收到這些數(shù)據(jù)報。所有這些處理都是對信源主機和信 宿主機透明的。本發(fā)明提出的路由器上支持網(wǎng)絡編碼，主要包括以下三個方面的內容。 (1)設計具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器體系結構 現(xiàn)有Internet路由器不支持網(wǎng)絡編碼功能。而要使路由器上支持網(wǎng)絡編碼，需要在現(xiàn)有路由器的硬件結構、路由協(xié)議和組管理協(xié)議的基礎上，增添一些相應的編碼模塊。但 是為了降低設計復雜度和提高總體性能，這些編碼模塊必須適當?shù)丶傻浆F(xiàn)有路由器中， 與原來的模塊有機地結合。本發(fā)明設計的具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器，其結構如圖2所示，在路由器的背板交換 結構(switch fabric) 13上連接若干塊線卡(line card) 18。每塊線卡18由直接存儲 器存取模塊14、路由高速緩存15、內存16和介質訪問控制模塊17組成，與傳統(tǒng)的路由 器相比，原來的模塊基本不變，只增加了編碼算法12和編碼策略模塊9兩個模塊，相應 地也增加了這兩個模塊與原來的模塊之間的交互接口。圖2中模塊之間的交互接口用帶有箭頭的直線來表示。在原有接口的基礎上，新增的 接口包括編碼策略模塊9與路由高速緩存15之間的接口 19，用于編碼策略的選擇和路 由選擇；編碼算法模塊12與線卡的內存16之間的接口，用于對保存在線卡內存中的IP 數(shù)據(jù)包進行編碼計算。而原有的接口基本保持不變，原有的接口包括路由處理器10與路由高速緩存15之 間的接口；路由處理器10與背板交換結構13之間的接口；共享內存11與交換結構13之 間的接口；直接存儲器存取模塊14與交換結構13之間的接口；介質訪問控制模塊17與 路由器外部的傳輸媒介之間的接口；等等。編碼算法模塊12用于對路由器上需要編碼的IP數(shù)據(jù)包進行處理執(zhí)行運算，產(chǎn)生新的 IP數(shù)據(jù)包。而編碼策略模塊9則用于判斷一個IP數(shù)據(jù)包是否有編碼處理的需要，并配合 路由處理器10 —起完成對IP數(shù)據(jù)包的路由選擇，這是因為基于編碼的路由選擇與傳統(tǒng)的 路由選擇之間有著一定的差異。這兩個模塊的執(zhí)行流程請參見下文的"基于網(wǎng)絡編碼的路 由器的三個功能"(圖8)。這兩個模塊可以在網(wǎng)絡處理器(NP, network processor)上以嵌入式的方式來實現(xiàn)。 采用網(wǎng)絡處理器來實現(xiàn)，可以提供類似通用CPU的強大編程能力，同時又具有ASIC處理 數(shù)據(jù)包的高速度。這樣可以縮短開發(fā)周期，保護硬件投資。從路由器的介質訪問控制模塊17上到達的數(shù)據(jù)包，首先存放在線卡的內存16中，由 編碼策略模塊9與路由處理器10 —起決定這個數(shù)據(jù)包是否需要編碼處理以及轉發(fā)的方向， 即應該傳送到哪一塊線卡上。如果需要編碼處理，則由編碼算法模塊12進行處理。處理 完成后，這個數(shù)據(jù)包被轉發(fā)到其它指定的線卡上，最后通過與本路由器相連的外部傳輸鏈 路而發(fā)送出去。(2)路由器上網(wǎng)絡編碼組網(wǎng)方法路由器上網(wǎng)絡編碼要達到最大網(wǎng)絡吞吐率，還需要改變組網(wǎng)方式。比如要在信源與信宿之間建立多條路徑，以滿足編碼的需要。所以在網(wǎng)絡規(guī)劃和實施時就要考慮每個路由器 的直接連接的鄰居路由器的數(shù)量，從而達到路由器-路由器間的"多路徑"連接。根據(jù)本發(fā)明，網(wǎng)絡中的每個路由器都具有網(wǎng)絡編碼能力，但是設有一個開關，路由器 可以關閉/開啟自己的網(wǎng)絡編碼功能。如果關閉開關，就成為一個存儲/轉發(fā)的"簡單"路 由器，仍然可以將收到的數(shù)據(jù)轉發(fā)給自己管轄的端節(jié)點；其下行連接的路由器，會做相應 的處理。路由器將根據(jù)一個到達的數(shù)據(jù)包是否需要編碼來決定是否關閉/開啟這個開關。圖1是路由器上網(wǎng)絡編碼的核心分發(fā)網(wǎng)絡及邊緣接入網(wǎng)的分發(fā)結構的一個例子。其中， 邊緣接入路由器(如路由器A、 G、 H、 I)定義為群首(Group head),即邊緣接入路由器 是它所連接的終端主機群組(Group)的首領結點。通信群組的網(wǎng)絡傳輸拓撲主要有邊緣 接入網(wǎng)與核心分發(fā)網(wǎng)兩大部分所組成一是邊緣接入網(wǎng)上的數(shù)據(jù)處理和傳輸。邊緣接入網(wǎng)上主要包括信源、信宿、邊緣接入 路由器三種結點。例如圖1所示，信源主機4與接入路由器A構成一個接入網(wǎng)；而三個接 入路由器G、 H、 I分別與它們所連接的所有信宿結點構成三個獨立的接入網(wǎng)。接入網(wǎng)的工 作過程是，首先信源主機4將編碼或未編碼的數(shù)據(jù)發(fā)給其相連的接入路由器(如路由器A)。 如果是非實時通信，信源節(jié)點可以預先編碼，存儲在自己的硬盤上；如果是實時通信，可 以選擇在信源節(jié)點或者接入路由器(如路由器A)實現(xiàn)編碼。接入網(wǎng)的傳輸，還包括每個 與信宿主機8相連的接入路由器(如路由器G、 H、 I)把解碼后的數(shù)據(jù)分發(fā)給所連接的信 宿的代理(Agent),再由代理節(jié)點負責將數(shù)據(jù)分發(fā)給相應的普通信宿成員。因此，網(wǎng)絡編 解碼不需要在信宿端節(jié)點進行，這樣簡化了信宿節(jié)點功能的復雜度，并且路由器上的編碼 過程對于信源與信宿來說都是透明的。二是核心分發(fā)網(wǎng)絡中路由器上的數(shù)據(jù)處理和傳輸。核心分發(fā)網(wǎng)絡將多個邊緣接入網(wǎng)連 接起來，為邊緣接入網(wǎng)絡(各業(yè)務接入節(jié)點)提供數(shù)據(jù)的高速業(yè)務承載和交換通道。例如圖 1所示，所有邊緣接入路由器(如路由器A、 G、 H、 I)以及連接它們的所有中間路由器(如 接入路由器B、 C、 D、 E、 F、 J)將構成一個核心分發(fā)網(wǎng)，從信源發(fā)往信宿的任何數(shù)據(jù)都將 在這個核心分發(fā)網(wǎng)絡通過網(wǎng)絡編碼進行傳輸。核心分發(fā)網(wǎng)絡結構主要考慮可靠性、可擴展 性和多路徑性，以滿足編碼的需要。而對于中間路由器，數(shù)量上沒有什么特別的限制，各 個中間路由器之間的關系也沒有任何特別的限定。但是，各個中間路由器之間的互聯(lián)應該 保證核心分發(fā)網(wǎng)絡的可靠性、可擴展性和多路徑性。 (3)網(wǎng)絡編碼協(xié)議(NCP, network coding protocol)路由器上的網(wǎng)絡編碼還需要對原來的IP協(xié)議進行相應的修改，修改后的協(xié)議稱為網(wǎng)絡 編碼協(xié)議。網(wǎng)絡編碼協(xié)議在IP數(shù)據(jù)包中新增了一個NCP協(xié)議頭，它用于保存編碼和解碼所需的信息，例如全局編碼矢量。路由器把NCP協(xié)議頭插在IP協(xié)議頭和上一層協(xié)議頭之 間(圖4)。代(generation)是路由器上網(wǎng)絡編碼協(xié)議中的一個重要概念，先說明如下對于路由器上網(wǎng)絡編碼，IP有效負荷參與編碼。 一個IP有效負荷被分割為多個等長的 數(shù)據(jù)塊。這個最原始的IP有效負荷就稱為一個編碼代，這些生成的數(shù)據(jù)塊就稱為屬于這個 編碼代，數(shù)據(jù)塊的個數(shù)就稱為編碼代的大小(圖3)。在這些數(shù)據(jù)塊上的編碼是指，先把這些數(shù)據(jù)塊分別乘以一個隨機系數(shù)，然后求取它們 的總和，從而形成一個新的數(shù)據(jù)塊。這個新的數(shù)據(jù)塊，可以視為產(chǎn)生它的那些數(shù)據(jù)塊的部 分信息的混合。這個新的數(shù)據(jù)塊仍然可以繼續(xù)參與以后的編碼。但是，所有編碼產(chǎn)生的數(shù) 據(jù)塊，都代表原始數(shù)據(jù)塊的線性組合。NCP協(xié)議頭包括以下字段(圖5):① 保留字段(Reserved field):對于協(xié)議的設計，RFC (Request For Comments)要求對齊，來加速處理，減小開發(fā)復 雜度。保留字段在某種程度上提高了協(xié)議的可擴展性。② 協(xié)議字段(Protocol field):它是指下一層協(xié)議，即被編碼的數(shù)據(jù)包所屬的協(xié)議，例如用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP, User Datagram Protocol )、傳輸控制協(xié)議(TCP, Transmission Control Program)等。 對于路由器上的解碼，在一個原始數(shù)據(jù)包被恢復時，NCP協(xié)議頭要被刪除，而且IP協(xié) 議頭中的協(xié)議字段要被改為NCP協(xié)議頭中的協(xié)議字段的值。③ 代的大小字段(Generation Size field):它是指屬于一個代的數(shù)據(jù)塊的個數(shù)。對于編碼和解碼，有必要提供編碼系數(shù)矢量的長 度。④ 填塞長度字段(Pad Len field):為了達到代的大小的整數(shù)倍，可能需要追加少數(shù)字節(jié)。這些字節(jié)在解碼后被丟棄。⑤ 數(shù)據(jù)塊長度字段(Block length field):它是指被編碼的數(shù)據(jù)塊的長度。它可以由IP協(xié)議頭中的長度字段計算出來，所以它是 一個冗余字段。⑥ 代的編號字段(Generation Number field):它是指代的ID編號。編碼只能針對來自同一個代的數(shù)據(jù)塊進行，所以區(qū)分來自不同代 的數(shù)據(jù)塊，是必要的。是否兩個NCP數(shù)據(jù)包屬于同一個代，是由源IP地址、目標IP地址、NCP協(xié)議頭中的協(xié)議字段和代的編號字段共同決定的?；诰W(wǎng)絡編碼的路由器具有如下三個功能分割與封裝(SE， Segmentation & Encapsulation),編碼(EnCoding)、解碼(DeCoding)，分別用于三種專門的路由器上。1) 分割與封裝這個功能是找出來自信源的需要編碼的IP數(shù)據(jù)包，把它的IP載荷分割為若干數(shù)據(jù)塊， 用NCP協(xié)議來封裝這些塊，然后把它們轉發(fā)到從信源到信宿的不同路徑上。執(zhí)行這種功能 的指定路由器就稱為SE路由器(圖6)。由同一個原始IP數(shù)據(jù)包而分割產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，就 視為屬于傳輸會話的一個代。一個來自信源的需要編碼的IP數(shù)據(jù)包，是指在編碼后會有更好性能的IP數(shù)據(jù)包。這 種IP數(shù)據(jù)包應該滿足以下條件第一，目標IP地址應該是組播地址。而且，SE路由器知道到達信宿或接收主機的多 條路徑。第二，數(shù)據(jù)包的IP載荷是足夠大。由于NCP協(xié)議頭，IP載荷在整個數(shù)據(jù)包中占有較低 的比重。如果這個比重太低而不能提高性能，應該停止編碼。這個功能不必只用于路由器。當這個功能用于終端主機時，用于編碼的IP載荷的長度， 不受最大傳送單元(MTU， Maximum Transmission Unit)的限制，可以達到64KB。所以， 提高了編碼的封裝效率。這個功能是整個編碼過程的第一階段，它對上層協(xié)議是透明的。2) 編碼并不是所有路由器都參與編碼。正如在蝴蝶(butterfly)模型中的那樣，只要在那些 輸出鏈路是瓶頸的路由器上編碼就足夠了。否則，總的網(wǎng)絡性能將遭受不必要的編碼開銷 的影響。這種路由器稱為EC路由器(EnCoding)。(圖7)。在EC路由器上，到來的具有NCP協(xié)議頭的IP數(shù)據(jù)包，根據(jù)它們的代的編號，被收集 到緩存中。對于每一個輸出鏈路，在收到一個代中的足夠數(shù)目的數(shù)據(jù)包之后，EC路由器使 用線性編碼把這些數(shù)據(jù)包編碼為一個數(shù)據(jù)包，編碼系數(shù)是從GF256 (Galois Field)中隨 機選擇的。此外，它修改數(shù)據(jù)包的NCP協(xié)議頭的字段。此后，它把已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)包轉發(fā) 到輸出鏈路上(圖9)。3) 解碼解碼只用于與一些信宿直接相連的路由器上。這些執(zhí)行解碼的路由器稱為DC路由器 (Decoding)(圖8)。在DC路由器上，到達的數(shù)據(jù)包，被存儲在對應于它們的代的編號的 緩存中。在收到足夠的線性無關的編碼塊之后，基于NCP協(xié)議頭中記錄的全局編碼矢量，它使用高斯消元法來解碼這些數(shù)據(jù)包。DC路由器管理一個組，這個組的成員是它的本地子網(wǎng)中的信宿節(jié)點。在成功解碼之后， DC路由器把NCP協(xié)議頭從IP協(xié)議頭中刪除。此后，DC路由器把源數(shù)據(jù)包轉發(fā)到這個組中 的信宿節(jié)點。這里，解碼對信宿主機也是透明的?；诰W(wǎng)絡編碼的組播對于路由器上的網(wǎng)絡編碼，我們在單源多宿的數(shù)據(jù)傳送中考慮組播。然而，路由器網(wǎng) 絡編碼與傳統(tǒng)的IP組播之間存在一個重要的差異。在IP組播中， 一個完全相同的拷貝被 發(fā)送到分發(fā)樹的所有分支上。但是在路由器上的網(wǎng)絡編碼中卻不是如此，源消息被SE節(jié) 點所分割。不同的分割塊被發(fā)送到不同的分支上，并在EC節(jié)點上被編碼。再次注意，這 種差異是對終端主機透明的，并且在每個信宿節(jié)點上，收到來自信源的消息的相同拷貝。


圖1為基于網(wǎng)絡編碼的路由器之間的組網(wǎng)方式。圖2為基于網(wǎng)絡編碼的路由器體系結構。圖3為編碼的代的大小為2時的編碼示意圖。圖4為NCP網(wǎng)絡編碼協(xié)議的數(shù)據(jù)包格式。圖5為NCP網(wǎng)絡編碼協(xié)議頭和編碼后的數(shù)據(jù)。圖6為分割與封裝的SE路由器。圖7為編碼的EC路由器。圖8為解碼的DC路由器。圖9為編碼操作的流程。圖中標號1為一個IP數(shù)據(jù)包在路由器A上分割與封裝后的第一個片段，2為一個IP 數(shù)據(jù)包在路由器A上分割與封裝后的第二個片段，3為一個IP數(shù)據(jù)包在路由器A上分割 與封裝后的第三個片段，4為信源主機，5為路由器，6為編碼后的IP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中流 向，7為對2、 3兩個片段的編碼，8為信宿主機，9為編碼策略模塊，IO為路由處理器， ll為共享內存，12為編碼算法模塊，13為背板交換結構，14為直接存儲器存取模塊，15 為路由高速緩存，16為線卡上的內存，17為介質訪問控制模塊，18為線卡，19為模塊之 間的信息流向，20為IP協(xié)議頭，21為編碼的一個代，22為IP報的有效負荷，23為原始 的有效負荷的前半塊，24為隨機的編碼系數(shù)a， 25為編碼的計算，26為原始的有效負荷的 后半塊，27為隨機的編碼系數(shù)b， 28為編碼后的數(shù)據(jù)塊，29為信源主機，30為IP協(xié)議頭， 31為原始的有效負荷，32為分割與封裝的SE路由器，33為IP協(xié)議頭，34為NCP網(wǎng)絡編 碼協(xié)議頭，35為原始的有效負荷經(jīng)過分割與封裝后的第一個片段，36為原始的有效負荷經(jīng)過分割與封裝后的第二個片段，37為原始的有效負荷經(jīng)過分割與封裝后的第三個片段， 38為上游的路由器，39為IP協(xié)議頭，40為NCP網(wǎng)絡編碼協(xié)議頭，41為IP報的有效負荷 a， 42為編碼的EC路由器，43為編碼后的有效負荷a+b， 44為下游的路由器，45為編碼 前的IP數(shù)據(jù)包，46為解碼的DC路由器，47為編碼后的IP數(shù)據(jù)包。
具體實施方式
下面通過一個例子進一步描述本發(fā)明。以圖l中的情況為例。圖l是采用網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)模型示意圖。假設網(wǎng)絡中路由 器間的帶寬是1，端系統(tǒng)(包括信源與信宿主機)到路由器的帶寬是3。信源節(jié)點需要將 IP數(shù)據(jù)報(記作P)同時分發(fā)到所有與路由器G、 H、 I直接相連的信宿主機。1. 首先，按照如圖1所示的分發(fā)方式，信源把這個IP數(shù)據(jù)報P發(fā)送給路由器A。路 由器A先判斷這個數(shù)據(jù)報P是否需要進行分割與封裝的處理。如果需要，就執(zhí)行分割與封 裝功能，即把它的IP載荷分割為若干數(shù)據(jù)塊，分別記作P1、 P2、 P3，用NCP協(xié)議來封裝 這些塊，然后把它們分別轉發(fā)到路由器B、 C、 D。如果不需要，則按照傳統(tǒng)方式，直接根 據(jù)路由表轉發(fā)到B、 C、 D中的某一個路由器。以下分發(fā)階段都假設IP數(shù)據(jù)報P需要進行 分割與封裝的處理。2. 其次，路由器C將從A接收到由P經(jīng)過分割與封裝后的三個IP數(shù)據(jù)報之一P2。由 于C只能從A獲得P的片段P2，所以就判斷出P2不需要編碼，直接把P2轉發(fā)給路由器B、 E。同樣，對于路由器D、 F和J，其處理流程也是類似的。3. 再次，路由器B將從A和C接收到IP數(shù)據(jù)報Pl和P2，于是路由器B需要對PI 和P2進行編碼運算(圖l中是異或運算)，生成P1+P2，然后把P1+P2發(fā)送到路由器H。 同時，B還要把P1發(fā)送到路由器G。同樣，對于路由器E，其處理流程也是類似的。4. 最后，路由器G分別從B、 F、 H收到了數(shù)據(jù)報P1、 P2+P3和P1+P2，所以就能夠通 過執(zhí)行解碼運算，即高斯消元法，恢復出P1、 P2和P3。路由器G管理一組與它直接相連 的信宿。在成功解碼之后，路由器G把NCP協(xié)議頭從P1、 P2和P3的IP協(xié)議頭中刪除， 并通過重組方式，把原始的P恢復出來。此后，路由器G把源數(shù)據(jù)包P轉發(fā)到它所管理的 組中的所有信宿節(jié)點。這里，解碼對信宿主機也是透明的。同樣，對于路由器H和I，其 處理流程也是類似的。很顯然，如果采用傳統(tǒng)的組播轉發(fā)的形式，就不能同時利用三條鏈路AB、 AC、 AD的帶 寬來承受信源分發(fā)給所有信宿的IP數(shù)據(jù)報P，所以網(wǎng)絡編碼提高了從信源到信宿的網(wǎng)絡吞 吐率。 參考文獻[1] C. Fragouli， J. Widmer and J.-Y. Le Boudec, "Network coding:An instant primer". ACM SIGCOMM Computer Communication Review archive Volume 36 ， Issue 1， Jan. 2006.
權利要求
1、一種具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器，在路由器的背板交換結構(13)上連接有若干塊線卡(18)，每塊線卡(18)由直接存儲器存取模塊(14)、路由高速緩存(15)、內存(16)和介質訪問控制模塊(17)組成；其特征在于還設有編碼算法模塊(12)和編碼策略模塊(9)，與此相應，還設有這兩個模塊與其它模塊之間的交互接口編碼策略模塊(9)與路由高速緩存(15)之間的接口，編碼算法模塊(12)與線卡內存(16)之間的接口；所述編碼算法模塊(12)用于對路由路上需要編碼的IP數(shù)據(jù)包進行處理，產(chǎn)生新的IP數(shù)據(jù)包；所述編碼策略模塊(9)用于判斷一個IP數(shù)據(jù)包是否有編碼處理的需要，并配合路由處理器(10)一起完成對IP數(shù)據(jù)包的路由選擇。
2、 一種在權利要求1所述的具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器上進行網(wǎng)絡編碼的組網(wǎng)方法， 定義邊緣接入路由器為群首，是它所連接的終端主機群組的首領結點；其特征在于具體步 驟為將通信群組的網(wǎng)絡傳輸拓撲分為核心分發(fā)網(wǎng)和邊緣接入網(wǎng)，其中邊緣接入網(wǎng)上的數(shù)據(jù)處理和傳輸，邊緣接入網(wǎng)上主要包括信源、信宿、邊緣接入路由 器三種結點，信源主機(4)與接入路由器A構成一個接入網(wǎng)；而三個接入路由器G、 H、 I 分別與它們所連接的所有信宿結點構成三個獨立的接入網(wǎng)；接入網(wǎng)的工作過程是，首先信 源主機(4)將編碼或未編碼的數(shù)據(jù)發(fā)給其相連的接入路由器；如果是非實時通信，信源 節(jié)點預先編碼，存儲在自己的硬盤上；如果是實時通信，選擇在信源節(jié)點或者接入路由器 實現(xiàn)編碼；接入網(wǎng)的傳輸，還包括每個與信宿主機(8)相連的接入路由器把解碼后的數(shù) 據(jù)分發(fā)給所連接的信宿的代理，再由代理節(jié)點負責將數(shù)據(jù)分發(fā)給相應的普通信宿成員；核心分發(fā)網(wǎng)絡中路由器上的數(shù)據(jù)處理和傳輸，核心分發(fā)網(wǎng)絡將多個邊緣接入網(wǎng)連接起 來，為邊緣接入網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)的高速業(yè)務承載和交換通道，所有邊緣接入路由器以及連接 它們的所有中間路由器構成一個核心分發(fā)網(wǎng)，從信源發(fā)往信宿的任何數(shù)據(jù)都將在這個核心 分發(fā)網(wǎng)絡通過網(wǎng)絡編碼進行傳輸。
3、 一種基于如權利要求1所述的具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器的網(wǎng)絡編碼協(xié)議，其特 征在于在IP數(shù)據(jù)包中增加一個NCP協(xié)議頭，用于保存編和解碼所需的信息，并且該NCP 協(xié)議頭插入IP協(xié)議頭和上一層協(xié)議頭之間。
4、 根據(jù)權利要求3所述的網(wǎng)絡編碼協(xié)議，其特征在于所述NCP協(xié)議頭包括以下字段① 保留字段；② 協(xié)議字段，是指下一層協(xié)議，即被編碼的數(shù)據(jù)包所屬的協(xié)議；③ 代的大小字段，是指屬于一個代的數(shù)據(jù)塊的個數(shù)；④ 填塞長度字段；⑤ 數(shù)據(jù)塊長度字段，是指被編碼的數(shù)據(jù)塊的長度； 代的編號字段，是指代的ID編號。
全文摘要
本發(fā)明屬于路由器和組網(wǎng)技術領域，具體是一種具有網(wǎng)絡編碼功能的路由器和基于網(wǎng)絡編碼的組網(wǎng)方法。本發(fā)明提出的路由器是在現(xiàn)有路由器基礎上增加了編碼算法模塊和編碼策略模塊及其相應接口；并提出相應的組網(wǎng)方法和編碼協(xié)議，從而在路由器上實現(xiàn)網(wǎng)絡編解碼和路由功能。路由器上網(wǎng)絡編碼其主要特點是在網(wǎng)絡層上對IP有效負荷進行編碼。路由器上的網(wǎng)絡編碼可以逼近網(wǎng)絡吞吐率上界，提升端到端性能。其主要好處是便于使用集中優(yōu)化編、解碼；簡化分發(fā)拓撲，減少端到端的跳數(shù)進而減少編碼次數(shù)和端到端延遲；減少端節(jié)點編碼時因相關性帶來的延遲；如果接入路由器到各管轄節(jié)點采用IP組播，還可以節(jié)省接入帶寬和時間。
文檔編號H04L12/56GK101217489SQ200810032500
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權日2008年1月10日
發(fā)明者尹訓睿, 珉 林, 新 王, 薛向陽, 進 趙 申請人:復旦大學