[发明专利]无线多播中基于混合网络编码的用户协作方法

说明书

一种无线多播中基于混合网络编码的用户协作方法，主要解决现有技术出现的高传输效率与低寻优复杂度、低计算开销难以兼顾的问题。具体步骤包括：(1)多播数据包；(2)建立数据包分布矩阵；(3)选出重传者；(4)获得数据包稀有度向量；(5)判断是否存在所有用户都丢失的数据包；(6)源节点重传所有用户都丢失的数据包；(7)判断重传者丢失的数据包数是否为0；(8)恢复重传者丢失的数据包；(9)判断重传者丢失的数据包数是否为0；(10)重传者使用混合网络编码方案重传；(11)结束多播过程。本发明在保证高传输效率的条件下，具有寻优简单和计算开销小的优点。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的一种无线多播中基于混合网络编码的用户协作方法。本发明应用混合网络编码对数据进行编码，使用用户协作技术进行数据传输，用户对收到的数据进行解码后，恢复原始的多播信息，可应用于无线多播中恢复用户丢失的多播数据。

背景技术

无线多播通过源节点广播多个数据包给一组特定的用户，是一种高效的传输方式。针对无线多播中的丢包问题，传统的方案采用源节点重传的方式恢复用户的丢包。用户协作作为一种解决丢包问题的有效方案，近些年得到了大量的关注。相比源节点重传方式，该方案不但消除了源节点的重传压力，而且得益于用户链路的高可靠性，具有很高的传输效率。网络编码通过发送节点对多个数据包进行线性或非线性的编码，增加了单次传输的信息量，提高了传输效率。将网络编码应用于多播系统的重传过程，可以进一步减少重传次数。

西安电子科技大学在其提出的专利申请文献“基于网络编码的多播重传方法”(申请日：2013年1月16日，申请号：201310015456.0,公开号：CN 103067137A)中公开了一种基于异或网络编码的源节点重传方法。该方法的实施步骤是：第一，源节点多播数据包；第二，用户节点接收数据包，并向源节点反馈数据包的接收状态信息；第三，源节点根据反馈信息生成数据包接收状态矩阵，然后通过处理该矩阵进行数据包的分组；第四，源节点对已分组的数据包进行异或网络编码，生成网络编码包，并重传这些编码包；第五，各用户节点对接收到的编码包进行译码，从中恢复出各自的丢失数据包。该方法与传统的ARQ(AutomaticRepeat Request)方法相比，由于异或运算操作简单，因此需要的计算开销很小。该方法存在的不足之处是：首先，由于源节点与用户节点间的链路质量往往比用户节点间的链路质量差，因此源节点重传方法传输效率低。其次，异或网络编码寻找一个最优的调度算法以获得最少的传输次数是NP难的，已有的算法都是次优的，随着数据包数和用户数的增长，寻优复杂度会变得更高，因而导致算法的执行时间过长，带来严重的处理时延。

Yanfei Fan等人在其发表的论文“PIE:Cooperative peer-to-peer informationexchange in network coding enabled wireless networks”(IEEE Transactions onWireless Communications，2010，9:945-950)中提出了一种基于随机线性网络编码的用户协作方法PIE(Peer-to-Peer Information Exchange)。该方法的实施步骤是：第一，每个用户通过共享自己的数据包状态向量的方式建立数据包分布矩阵；第二，用户根据数据包分布矩阵计算每个数据包的稀有度；第三，根据数据包的稀有度，选择拥有稀有度最高数据包的用户作为发送者；第四，发送者使用随机线性网络编码的方法编码自己拥有的所有数据包并发送出去；第五，用户接收发送者发送的编码包，并使用矩阵求逆的方式解码。该方法使用随机线性网络编码，具有很高的传输效率，该方法存在的不足之处是：线性网络编码的编解码运算会带来巨大的计算开销，随机线性网络编码带来的计算开销，不但会导致信息传输的延迟，还会带来较大的能量消耗。