一种适合于网络编码的随机网络拓扑生成方法.pdf

本发明在原有的Waxman模型和已有的域模型的基础上，提出了一种融合两种方法的一种新的随机网络拓扑的生成模式。并且在生成的过程中加入了修补策略，最后达到了可以满足进行网络编码技术仿真的随机网络拓扑。本技术可以解决适用于网络编码技术的随机网络拓扑生成问题，也可以设计不同的修补策略进行不同的操作，通过根据不同的需要进行不同的节点度的控制，来应用到不同的场景。

1.  一种随机拓扑网络建立的机制。这种建树机制的特征：将Waxman模型与域模型进行了结合。网络生成之时，先进行分域，域内采用Waxman模型。在采用随机连接，得到整个网络，并通过一定的修补策略，建立了适合于应用网络编码技术进行性能仿真的随机网路拓扑生成模式。

2.  根据权利要求1所述的随机拓扑网络的生成模式，其生成方式的特征是：先划分子区域，在每一个小区域内进行子网的生成，之后将每个小区域视为一个整体，再进行连接。

3.  根据权利要求1所述的随机拓扑网络的生成模式，其修补策略的特征是：在域内，要保证每个节点的度都不小于a。在域间，每个区域至少对外有a条独立路径。不保证就需要进行修补。这样就可以保证应用从源节点到目的节点之间进行不大于a条独立路径进行信息传输的网络编码技术进行建树。

一种适合于网络编码的随机网络拓扑生成方法
技术领域
本发明结合了不同的随机网络拓扑生成方式，针对于网络编码技术要求，提出了一种适合于网络编码技术仿真的随机网络拓扑生成方式。属于网络技术领域。
背景技术
网络编码是一种融合编码和路由的信息交换技术，在传统存贮转发的路由方法基础上，通过允许对接受的多个数据包进行编码信息融合，增加单次传输的信息量，提高网络整体性能。
随着网络编码技术的发展，对于网络编码的一些技术和性能的仿真显得越来越重要。由于网络的多样性和复杂性，对于网络研究者来说，网络模拟的需要提供足够多样性的“场景”，来进行运行，得到仿真的结果。若单纯地以一些著名的网络为基础，或在这些基础上进行稍微的改变来进行网络仿真。但是这些不能动态地反映网络现在与将来的情况。而随机网络是比较好的一种选择。它能较好的模拟网络的性能参数，又可以模拟更多不同的网络的结构，进而在不同网络结构下得到基于网络编码技术的网络性能。
现有最常用随机拓扑生成方法是基于Waxman模型的，Waxman算法提出假设网络规模节点数n，然后按照如下公式进行概率p_e是一种来决定两个节点u，v间是否存在一条直接相连的链路。概率计算公式：
pe(u,v)=β·exp-l(u,v)L·α]]>
其中，参数l(u，v)为之间u，v的几何距离，L为拓扑图中所有节点距离的最大值，α，β是调节网络特性的参数，为(0，1]区间的实数；α控制网络中长边与短边的比例，β控制网络的度数。选择适当的α，β值能使得生成的随机网络更接近现实网络。
虽然Waxman模型和其改进型，都在试图接近实际网络。但现在的网络是个分域的模型。Waxman模型仍存在以下缺点：
1.不能很好的模仿出网络真实的分层分域模型。
2.生成的随机网络不能保证具有连通性。
3.即使生成了连通网络，也不能保证其最小割为a(至少为2)，以保证能够进行网络编码操作。
针对这几点缺点，此方案将分域模型与Waxman模型进行了融合，并且针对于能采用网络编码技术的网络特点进行了修补，使得整个网络结构具有随机性，又可以满足进行网络编码仿真的要求。
发明内容
本发明所要解决的问题是，实现一种可以进行网络编码仿真的具有分域的随机网络拓扑。
本方案提出了一种结合了域空间模型和Waxman模型一起。先将要生成的网络区域进行区域分割，分割成几个位置不同子区域，在每个子区域内采用Waxman方法进行随机拓扑生成，之后再进行区域之间的连接，连接之后，再进行连接修补以规避Waxman生成模型出现的孤点。生成各个子网之后，再进行子区域间连接，当出现不符合网络编码的要求的时候，在进行网间修补，以保证任意两个域中的两个节点之间都能作为信源和信宿，进行网络编码技术仿真。
以这样的生成方式能够保证生成的随机网络，具有分域的结构，很好的模拟随机网络，而且生成的网络可以进行网络编码技术的仿真。
方案的具体实现方法是：在实现随机拓扑上，融合了Waxman模型和域模型两种方案，并以局部随机修补的方式进行了拓扑的调整，生成出适合于仿真网络编码的随机拓扑网络。
整个随机网络拓扑的生成流程是这样：
1.将整个区域划分成若干子网。
2.在子网内采用Waxman模型生成子网。
3.进行子网内的修补，以子网内消除孤点。
4.进行子网间的连接。
5.子网间的连接修补。
附图说明
图1：拓扑建树方式的整体流程图
图2：整个拓扑的详细流程图。
图3：在项目中的试验结果。
具体实施方式
结合附图2，拓扑生成的详细过程如下：
1.先进行区域划分，人为地将整个区域划分为几个小的区域，在此为了编程生成简便，采用将大区域进行等分的方式进行了生成。注意在分割的时候，如果采用等分，不宜将子网划分的过小，过小的结果分域效果将不明显。一般划为4-8个为宜。
2.先随机生成一对随机数。这个随机数是独立生成的，但需要预先知道整个随机数的取值范围，此范围是子区域的范围。随机生成的数对代表着节点在子网中的位置坐标。并按照生成的先后顺序给每个节点进行编号。
3.确定子区域内的连接状况，采用Waxman方式，确定拓扑连接。
4.根据拓扑连接情况，确定出网络的邻接矩阵。如子网内若有N个节点，便确定一个N*N的矩阵，有连接便记做1，没有连接记做0.然后进行对每一行或者每一列求和，得出每个节点的度。其和记做sum_i。按照以下规则进行域内修补。
sum_i＞＝a，不做任何处理。
sum_i＜a，进行随机修补。
其中a表示从源节点到目的节点发送a路独立的信息流。
5.随机修补方法：
a.对需要修补的节点，随机选择除了这个节点的其余节点，而后进行相连。
b.连接后进行邻接矩阵的改变与节点度数值的改变。
6.修补后再进行邻接矩阵的判定，当每个节点都能满足这个条件的时候，域内连接就到此结束。
7.改变子区域的坐标取值范围，重复以上2-6步。进行其他区域子域的生成。
8.待生成完所有子域之后，再进行区域之间的连接。区域之间的连接类似于区域内的修补，把每个子区域看作是一个小的节点，每个“节点”(子网)之间的度也要保证大于a.这样就可以保证任意两个子域内的任何一个节点之间都可以进行实现两个链路之间实现至少a条独立路径，这样给要实现网络编码提供了条件。
9.在区域之间进行连接之后，进行修补。此时采用的方法类似在原来域内节点之间的邻接矩阵的方法进行判定。同样当其邻接矩阵满足每个子区域对外至少有a条路径的时侯生成结束。
在拓扑生成的时候，在一个平面中，由于图标自身还具有一点的大小，需占用一定的空间。如果只是采用简单的随机生成方式，产生的两个图标有时会进行重叠，影响显示效果。而且实际网络中，也不会将两个节点在地理位置上放置得过于接近。为了避免两个节点产生的过于接近，在本生成方式中，还采用了如下的方式来规避此问题：
1.确定子区域的连接状况，先计算每个图标的大小。比如在这里图标的大小为16*16。
2.整个域划分的平面进行划分区域，分成田字格，每个小方格的面积不小于每个图标的大小(对于图标16*16，不妨将小方格设置为20*20)。每个小方格用横向的标号和其位置的纵向标号表示。
3.每个节点图标的位置，不在与整个区域的点一一对应，而与小方格的位置一一对应。
4.随机选取小方格的坐标，将图标与小方格进行一一对应。
使用以上的方法。将整个网络划分为4个小区域，每个子区域中6个节点，其中先进行2路从源节点到目的节点的独立信息流方式，亦即其中的a＝2.在Waxman模型中所使用的α＝0.8，β＝0.6。在VS2005环境下进行编程实现的结果，如图3所示。
上面对本发明所述的一种适用于网络编码的随机网络拓扑生成方法进行了详细的说明，但本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。