專利名稱：基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法
技術領域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡編碼技術領域。主要涉及網(wǎng)絡編碼技術和多播重傳方法，可用于無線多播網(wǎng)絡。
背景技術：
在無線通信系統(tǒng)中，通常采用自動重傳請求ARQ方法和前向差錯控制FEC技術來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。傳統(tǒng)的ARQ方法是當接收方接收到錯誤報文后，向發(fā)送方反饋接收狀態(tài)報告，若接收出錯，則請求重傳該報文。傳統(tǒng)ARQ重傳方法通信信道利用率不高，并且需要反饋信道，傳輸速度受到了限制。2000年，Ahlswede R等人基于網(wǎng)絡信息流的概念提出了網(wǎng)絡編碼的思想，證明了通過編碼后的網(wǎng)絡具有更大的流量。網(wǎng)絡編碼NC是在網(wǎng)絡中間節(jié)點采用對輸入信息進行的線性或非線性編碼方式，可提高網(wǎng)絡吞吐量、減少數(shù)據(jù)包的傳輸次數(shù)、增強網(wǎng)絡的容錯性和魯棒性。2006年，Ho等人在NC的基礎上，提出了隨機線性網(wǎng)絡編碼，使NC技術應用于實際網(wǎng)絡，隨后Katti等人又提出了一種適用于無線網(wǎng)絡的NC方法-機會式網(wǎng)絡編碼0NC。ONC方法是應用于無線網(wǎng)絡的一種隨機線性網(wǎng)絡編碼方法，其在提高無線信息傳輸效率和吞量方面具有明顯的優(yōu)越性。同年，Dong Nguyen等人，在理論上證明了基于ONC方法的傳輸方式在廣播重傳效率方面與傳統(tǒng)重傳方法相比所具有的優(yōu)勢，并針對2個接收節(jié)點的情況給出了仿真結果。2009年，肖瀟等人針對多個接收節(jié)點的情況，提出了一種的基于網(wǎng)絡編碼的無線廣播重傳算法NCWBR。該算法雖然有效地減少了信息包的平均重傳次數(shù)，一定程度上提高了傳輸帶寬，但是該算法的不足之處在于，并不是所有的重傳包在接收終端都可解，于是不可解的數(shù)據(jù)包需要再次被重傳，這就限制了重傳效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有算法的不足，針對由一個源節(jié)點、多個目的節(jié)點組成的無線多播網(wǎng)絡，提出一種基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，彌補了現(xiàn)有方法的不足，進一步減少數(shù)據(jù)分組的重傳次數(shù)，提高重傳效率。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術思路是，源節(jié)點通過對各個目的節(jié)點反饋的信息分組接收狀態(tài)進行分析，將目的節(jié)點丟失的分組經(jīng)過網(wǎng)絡編碼組合，生成新的組合分組后再廣播發(fā)送出去。目的節(jié)點通過簡單的網(wǎng)絡編碼解碼從組合分組中恢復出其丟失分組。具體步驟包括如下(I)源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)分組源節(jié)點S首先對待發(fā)送的N個數(shù)據(jù)分組序列Pi，i e {I, 2,..., N}進行卷積碼編碼，得到編碼序列Ci,然后對編碼序列Ci進行BPSK調(diào)制，得到調(diào)制序列Xi，接著將N個調(diào)制序列分N個時隙多播給M個目的節(jié)點， 每個時隙廣播一個數(shù)據(jù)分組；(2)目的節(jié)點譯碼并反饋數(shù)據(jù)分組接收狀態(tài)信息
(2. 1)M個目的節(jié)點分別對N個時隙接收到的信號序列進行卷積碼譯碼，譯碼結果存儲在各自的目的端分組接收狀態(tài)矩陣Υ χλ,, j e {I,...,Μ}中，其中，下標IXN表示I行N列；(2. 2)目的節(jié)點將各自的分組接收狀態(tài)矩陣通過反饋信道發(fā)送給源節(jié)點S ；(3)源節(jié)點生成源端分組接收狀態(tài)矩陣及網(wǎng)絡編碼組合分組并重傳(3.1)所有反饋的分組接收狀態(tài)矩陣在源節(jié)點S處生成一個M行N列的源端分組接收狀態(tài)矩陣Ωμχν ；(3. 2)源節(jié)點S根據(jù)網(wǎng)絡編碼組合原則，通過處理源端分組接收狀態(tài)矩陣ΩΜΧΝ尋找匹配分組的方式，生成編碼組合分組；(3. 3)源節(jié)點S對新生成的編碼組合分組進行信道編碼及BPSK調(diào)制后，將調(diào)制序列廣播給各目的節(jié)點；(4)目的節(jié)點譯碼并恢復丟失分組(4.1)各目的節(jié)點對接收到的信號進行卷積碼譯碼，得到編碼組合分組；(4. 2)各目的節(jié)點根據(jù)編碼組合分組的譯碼結果及自身的分組接收狀態(tài)矩陣
α(χλ,,經(jīng)過網(wǎng)絡編碼解碼運算恢復出相應的丟失分組，同時更新各自的分組接收狀態(tài)矩陣Α(χΛ.并將更新信息反饋給源節(jié)點S ；(4.3)源節(jié)點S更新源端分組接收狀態(tài)矩陣ΩΜΧΝ，并進入新一輪的重傳，直至M個目的節(jié)點都成功接收到N個數(shù)據(jù)分組。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點現(xiàn)有的基于ONC的重傳算法在生成編碼組合分組時只是簡單地將每個目的節(jié)點端的第一個丟失分組編碼組合在一起，當某個組合分組中包含同一個目的節(jié)點的兩個或兩個以上丟失分組時，這些丟失分組在該目的節(jié)點處不可解，這樣就必須再次重傳它們；本發(fā)明提出的重傳算法在生成編碼組合分組時，是通過處理源端分組接收狀態(tài)矩陣尋找匹配分組的方式來進行的，由匹配分組生成的組合分組在目的節(jié)點處一定可解，這就減少了不必要的重傳，使得重傳效率進一步提高。
圖1是本發(fā)明使用的多播網(wǎng)絡示意圖；圖2是本發(fā)明的整體流程圖；圖3是本發(fā)明所采用的咬尾卷積碼的編碼器結構圖；圖4是本發(fā)明生成編碼組合分組的子流程`
圖5是本發(fā)明與現(xiàn)有方法的重傳性能比較。
具體實施例方式在給出本發(fā)明的具體實施方式
之前，先給出一個無線多播網(wǎng)絡的示例，如圖1所示。圖1中有一個源節(jié)點，記為S，四個目的節(jié)點，分別記為T1, T2, T3, T40接收節(jié)點數(shù)記為Μ，源節(jié)點廣播的數(shù)據(jù)分組個數(shù)記為N，其中，N彡Μ。
參照圖2，本發(fā)明的實施步驟如下步驟1，源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)分組。(1.1)源節(jié)點S分別對待發(fā)送數(shù)據(jù)分組的二進制序列Pi，i e {1，2，…，N}使用圖3所示的咬尾卷積碼編碼器進行卷積碼編碼，得到編碼序列
權利要求
1.一種基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，包括如下步驟 (1)源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)分組 源節(jié)點S首先對待發(fā)送的N個數(shù)據(jù)分組序列Pi，i e {1,2,-,N}進行卷積碼編碼，得到編碼序列Ci,然后對編碼序列Ci進行BPSK調(diào)制，得到調(diào)制序列Xi，接著將N個調(diào)制序列分N個時隙多播給M個目的節(jié)點,每個時隙廣播一個分組； (2)目的節(jié)點譯碼并反饋數(shù)據(jù)分組接收狀態(tài)信息 (2. 1)M個目的節(jié)點分別對N個時隙接收到的信息序列進行卷積碼譯碼，譯碼結果存儲在各自的目的端分組接收狀態(tài)矩陣<xAt，j e {1，…，Μ}中，其中，下標IXN表示I行N列； (2. 2)目的節(jié)點將各自的分組接收狀態(tài)信息通過反饋信道發(fā)送給源節(jié)點S ； (3)源節(jié)點生成源端分組接收狀態(tài)矩陣及網(wǎng)絡編碼組合分組并重傳 (3.1)源節(jié)點S根據(jù)所有反饋的分組接收狀態(tài)信息生成一個M行N列的源端分組接收狀態(tài)矩陣Ωμχν ； (3. 2)源節(jié)點S根據(jù)網(wǎng)絡編碼組合原則，通過處理源端分組接收狀態(tài)矩陣ΩΜΧΝ尋找匹配分組的方式，生成編碼組合分組； (3. 3)源節(jié)點S對新生成的編碼組合分組進行信道編碼及BPSK調(diào)制后，將調(diào)制序列廣播給各目的節(jié)點； (4)目的節(jié)點譯碼并恢復丟失分組 (4.1)各目的節(jié)點對接收到的信號進行卷積碼譯碼，得到編碼組合分組； (4.2)各目的節(jié)點根據(jù)編碼組合分組的譯碼結果及自身的分組接收狀態(tài)矩陣Α; χ聲過網(wǎng)絡編碼解碼運算恢復出相應的丟失分組，同時更新各自的分組接收狀態(tài)矩陣:λ;1χ￥并將更新信息反饋給源節(jié)點S ； (4. 3)源節(jié)點S更新源端分組接收狀態(tài)矩陣ΩΜΧΝ，并進入新一輪的重傳，直至M個目的節(jié)點都成功接收到N個數(shù)據(jù)分組。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，其中所述步驟(I)中的卷積碼編碼，采用LTE標準中的咬尾卷積碼，該碼的生成多項式為(133，171，165)，碼率為1/3。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，其中步驟(I)所述的對編碼序列Ci進行BPSK調(diào)制，按如下公式進行
4.根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，其中步驟(3.1)所述的在源節(jié)點S處生成一個M行N列的源端分組接收狀態(tài)矩陣Ω MXN，按如下方式生成 源節(jié)點S根據(jù)目的節(jié)點反饋的分組接收狀態(tài)信息，創(chuàng)建源端分組接收狀態(tài)矩陣Ωμχν，如果數(shù)據(jù)分組Pi在目的節(jié)點L處被正確接收，則令源端分組接收狀態(tài)矩陣Ωμχν的第j行i列元素Qji = O,反之,如果Pi在Tj處丟失,則令COji = I ; 分組Pi在目的節(jié)點L處是否丟失服從參數(shù)為q]的伯努利分布，Qj表示目的節(jié)點Tj的分組丟失率。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，其中步驟(3.2)所述的網(wǎng)絡編碼組合原則，包括以下兩點 一是編碼組合分組在各目的節(jié)點均可解； 二是一個編碼組合分組應包含盡可能多個丟失分組。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，其中步驟(3.2)所述的通過處理源端分組接收狀態(tài)矩陣Ωμχν尋找匹配分組的方式，生成新的編碼組合分組，按如下步驟進行 (3. 2a)遍歷源端分組接收狀態(tài)矩陣ΩΜΧΝ，搜索到第一個非O列，記該列的列標為i，將該列對應的分組Pi放入一個新建編碼序列，并將該列賦全O ; (3. 2b)從i+1列開始遍歷矩陣ΩΜΧΝ，搜索當前編碼序列中所有分組的匹配分組，并將該匹配分組添加到編碼序列中，如果存在多個匹配分組，選擇匹配分組在源端分組接收狀態(tài)矩陣Ωμχν中所對應列的列重最大的分組放入編碼序列，在對應列的列重相等的情況下，選擇將先搜索到的匹配分組放入編碼序列，繼續(xù)從i+Ι列遍歷源端分組接收狀態(tài)矩陣ΩΜΧΝ，直到不再能搜索到當前編碼序列中所有分組的匹配分組時，結束搜索，進行下一步； (3. 2c)將當前編碼序列中的所有分組進行異或運算，生成編碼組合分組，如果當前編碼序列中只有一個分組，則將該分組單獨作為一個編碼組合分組，然后，將源端分組接收狀態(tài)矩陣ΩΜΧΝ中編碼序列所有分組對應的列全部賦O;若ΩΜΧΝ非全O陣，則返回到步驟(3. 2a)，否則，編碼組合分組生成過程結束。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，其中步驟(3.2)所述的匹配分組，定義如下 在源端分組接收狀態(tài)矩陣Ωμχν中，對任意行j，如果元···#/&之和，即叫七+^^ +…+叫辦均不超過匕且、，i2，…，ik均為非O列，其中，k彡1，則稱列I1,i2,…，ik所對應的分組為匹配分組。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，其中步驟(4.2)所述的網(wǎng)絡編碼解碼運算為異或運算。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于網(wǎng)絡編碼的多播重傳方法，主要解決現(xiàn)有技術重傳效率不高的問題。其實現(xiàn)步驟包括源節(jié)點向目的節(jié)點廣播數(shù)據(jù)分組；目的節(jié)點對接收到的信號進行譯碼，并向源節(jié)點反饋數(shù)據(jù)分組接收狀態(tài)信息；源節(jié)點根據(jù)反饋信息生成源端分組接收狀態(tài)矩陣，然后通過處理該矩陣尋找匹配分組；源節(jié)點對匹配分組進行網(wǎng)絡編碼組合，生成組合分組，并重傳這些組合分組；各目的節(jié)點對接收信號進行譯碼，得到重傳的編碼組合分組，并從中恢復出各自節(jié)點的丟失分組。本發(fā)明能有效地減少丟失分組的平均重傳次數(shù)，顯著提高了重傳效率，可用于無線多播或廣播網(wǎng)絡。
文檔編號H04L1/00GK103067137SQ20131001545
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權日2013年1月16日
發(fā)明者皮愛霞, 孫岳, 張茜, 李穎 申請人:西安電子科技大學