基于斯塔克伯格博弈的概率網絡編碼重傳方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于斯塔克伯格博弈的概率網絡編碼重傳方法，屬于無線通信【技術領域】。該方法包括以下步驟：1)對節點業務流進行劃分，將在重傳過程中得到幫助的節點業務流作為受助業務流，提供幫助的作為中繼；2)定義受助業務流為買方，中繼為賣方；利用買賣模型，分析買賣雙方的行為并定義效用函數；3)根據買賣雙方旨在最大化各自的收益效用，分析得到買賣雙方各自的最優解，即為博弈模型中的斯塔克伯格均衡解；4)買方受助業務流根據各個賣方提供的網絡編碼概率單位價格和各自的位置信息等，判斷哪個賣方能使自己的效益最大，確定最終成交價格并選擇該賣方幫助自己采用網絡編碼重傳丟失的數據包。本方法通過提高重傳效率，優化了網絡性能。
【專利說明】基于斯塔克伯格博弈的概率網絡編碼重傳方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于無線通信【技術領域】，涉及一種基于斯塔克伯格博弈的概率網絡編碼重 傳方法。
【背景技術】
[0002] 為了有效的提高系統性能，網絡編碼（network coding)被廣泛應用于無線網絡傳 輸過程中。不同于傳統網絡中的中間節點，網絡編碼的基本思想是使中間節點能夠對接收 到的信息進行相關編碼，以"存儲-編碼-轉發"的模式工作，并在接收節點處能夠完成相 關解碼，從而還原信息本身的功能。然而，由于在采用網絡編碼的重傳機制時，發送節點作 為中繼幫助其他節點恢復丟失的數據包,而其自身數據包只有當接收方接收到足夠的副本 時才能正確恢復，這會在一定程度上影響中繼自身數據包的正確恢復。因此，節點會拒絕作 為中繼幫助其他節點傳輸丟失的數據包，這種自私性使得現有的網絡編碼重傳機制無法最 優工作，從而導致網絡性能退化。另一方面，如果采用網絡編碼，節點可以在中繼重傳階段， 通過其他節點的幫助正確接收自身之前丟失的數據包，該節點對應的業務流記為受助業務 流。因此，節點需要一定的方法激發中繼幫助自身重傳數據包。綜上可以發現，探尋一種網 絡編碼重傳策略是一個迫切需要解決的問題。
[0003] 目前，解決網絡編碼重傳問題的研究主要集中于兩類網絡場景中：x型場景和單 發送方多接收方（single-sender-multiple-receiver)場景。
[0004] X型場景的主要思想是利用匯聚節點將接收到的信息編碼匯聚成一個新的數據 包，即編碼包，廣播發送該編碼包，并在接收方進行解碼操作，從而完成信息互換。相對于傳 統方法，X型場景中采用網絡編碼的方法減少了傳輸次數，提高了網絡性能。單發送方多接 收方場景目前研究廣泛，已經提出了一系列網絡編碼應用方案，這些方案可以有效減少廣 播重傳的次數、提高重傳效率和重傳的可靠性，對網絡性能的提高起到了巨大的作用。
[0005] 然而以上兩種場景都存在很多不足：X型場景在單跳無線網絡中是不存在的。由 于在單跳無線網絡中，所有數據包都能夠直接傳輸，發送方能夠直接將數據包傳輸到接收 方，不需要匯聚節點，所以X型場景下的大量研究在單跳無線網絡中并不適用。而單個發送 方多個接收方的場景是一種只適合于一些情景的特殊場景，比如，基站到用戶的下行鏈路。 但是，多個發送方多個接收方（multiple-sender-multiple-receiver)的場景是一種更常 見的網絡，這一點卻沒有得到考慮，顯然具有一定的局限性。
[0006] 同時，由于節點的自私性，一方面節點拒絕作為中繼幫助其他節點傳輸丟失的數 據包，因此需要對采取網絡編碼重傳其他節點數據包的中繼進行補償。另一方面，節點希望 在網絡編碼中繼重傳階段得到其他節點的幫助，恢復自己之前沒有正確接收的數據包，因 此需要通過一定方法激勵中繼幫助自己重傳數據包。
【發明內容】
[0007] 有鑒于此，針對節點的自私行為導致現有的網絡編碼重傳機制無法最優工作，從 而造成網絡性能退化，同時已有的網絡編碼傳輸機制存在很多不足，未能考慮多個發送方 多個接收方單跳無線網絡場景的問題，造成網絡編碼應用的局限性等缺陷，本發明提供一 種基于斯塔克伯格博弈的概率網絡編碼重傳方法，該方法綜合考慮網絡中受助業務流和中 繼的行為特征來設置效用函數，從而合理地激勵節點合作，不僅使業務流選取到位置更好 的中繼幫助自己重傳丟包，同時也使得中繼獲取合理的回報，最大化了收益，通過提高重傳 效率，優化了網絡性能。
[0008] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0009] -種基于斯塔克伯格博弈的概率網絡編碼重傳方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟一：對節點業務流進行劃分，將在重傳過程中得到幫助的節點業務流作為受 助業務流，提供幫助的則作為中繼；
[0011] 步驟二：定義受助業務流為買方，中繼為賣方；利用買賣模型，分析買賣雙方的行 為并定義效用函數；解決了節點的自私性問題，并激勵節點作為中繼幫助其他節點重傳丟 包；
[0012] 步驟三：根據買賣雙方旨在最大化各自的收益效用，分析得到買賣雙方各自的最 優解，該最優解即為博弈模型中定義的斯塔克伯格均衡解；
[0013] 步驟四：買方受助業務流根據各個賣方提供的網絡編碼概率單位價格和各自的位 置信息等，判斷哪個賣方能使自己的效益最大，確定最終成交價格并選擇該賣方幫助自己 采用網絡編碼重傳丟失的數據包。
【權利要求】
1. 一種基于斯塔克伯格博弈的概率網絡編碼重傳方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一：對節點業務流進行劃分，將在重傳過程中得到幫助的節點業務流作為受助業 務流，提供幫助的則作為中繼； 步驟二：定義受助業務流為買方，中繼為賣方；利用買賣模型，分析買賣雙方的行為并 定義效用函數； 步驟三：根據買賣雙方旨在最大化各自的收益效用，分析得到買賣雙方各自的最優解， 該最優解即為博弈模型中定義的斯塔克伯格均衡解； 步驟四：買方受助業務流根據各個賣方提供的網絡編碼概率單位價格和各自的位置信 息等，判斷哪個賣方能使自己的效益最大，確定最終成交價格并選擇該賣方幫助自己采用 網絡編碼重傳丟失的數據包。
2. 根據權利要求1所述的一種基于斯塔克伯格博弈的概率網絡編碼重傳方法， 其特征在于：在步驟二中，定義的買方效用函數為％ M，賣方效用函數為 \ ;其中，m是買方4需向賣方支付的費用；Aps』,表示采取網絡編碼買方提高 的數據包傳輸成功概率；a表示每單位收益價格；表示采取網絡編碼后賣方\_降低的 數據包傳輸成功概率；Y為單位成本價格。
【文檔編號】H04L1/00GK104506288SQ201510035314
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月23日 優先權日:2015年1月23日
【發明者】曹儐, 喬麗, 趙為糧, 李云, 劉期烈 申請人:重慶郵電大學