[发明专利]一种基于喷泉码的网络编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在无线通信网络中实现可靠网络编码的方法，属于通讯编 码技术领域。

背景技术

2000年，李彦硕和蔡宁等人在IEEE信息论汇刊上发表了题为“网络信息流” 的文章，提出了网络编码的概念。根据网络编码的理论，对于一个多节点的通 信网络，如果允许各节点对多条输入信道上的信息进行一定的线性或非线性操 作(编码)，然后再转发出去，则该网络的组播传输速率可以达到最大流最小割 定理所决定的网络容量的上限。网络编码理论激发了人们对网络信息论新的研 究兴趣。研究发现，网络编码不但能够节约网络的带宽资源，还可以节约终端 节点能量消耗、均衡网络负载、提高网络的鲁棒性、提升网络的安全性等。最 近十年，人们对网络编码理论进行了大量研究，提出了很多有价值的理论和方 法。

人们在研究网络编码的时候，隐含地使用了一条重要假设：网络中各节点 之间的信道是可靠的。对于Internet或电话骨干网络，由于传输的可靠性高， 这样的假设与实际相符。然而，一个实际的无线网络，各节点之间的链路不如 有线链路可靠，允许节点对输入的各支路数据进行网络编码再转发，确实能够 实现最大流最小割理论指出的组播容量，但使用编码转发，各转发节点的一个 输入差错会由于编码造成多个输出支路输出数据出现差错，此差错还会继续沿 着网络向下游扩散。这种差错扩散带来的可靠性下降会削弱甚至很快超过使用 网络编码有效性提高的好处。为了降低网络编码对每段链路传输可靠性的要求， 人们提出了基于网络编码的差错控制技术。基于网络编码的差错控制是针对网 络、而非一条链路或一条路径进行操作的。这种网络编码差错控制是一种比较 新的差错控制方式，但使用此方式构造纠错编码，当网络节点数较多时，纠错 码需要在很大的有限域下进行构造。因而这种码的编码复杂度和译码复杂度都 非常高。

数字喷泉码是一种应用于删除信道的纠错编码技术。喷泉编码的典型应用 包括无线组播和广播业务、无线协作与中继、分布式网络存储等。数字喷泉编 码的基本思想是，在发送端，使用无比率编码方法将K个信源数据包编成半无穷 数据包序列再进行发送。每一个接收点正确接收到K个编码包(或者略大于K个 编码包)即可解出原发送的K个信源数据包。接收机正确译出所发送K个源数据 包后，即向发送机发送单次确认信号。使用数字喷泉技术，不论接收点收到哪K 个编码数据包，也不论接收到的这K个数据包顺序如何，接收端都能够正确地译 出源数据包序列。喷泉编码应用到无线组播业务，与传统的反馈重传技术相比 不但可大大减小反馈开销，更重要的是，这种方法能够显著提高数据吞吐能力。

网络编码和喷泉码都可应用于组播系统提高网络的数据吞吐能力，但二者 各自独立应用于无线衰落环境下的多节点分布式网络，都具有其自身的局限， 因此，有必要融合网络编码和数字喷泉编码，研究无线信道环境下新型网络纠 错编码方法，同时实现最大流最小割决定的网络容量以及有噪有扰衰落信道的 信道容量。

发明内容

本发明的目的在于将网络编码与喷泉编码相结合，提供一种基于喷泉码的 网络编码方法，能够在无线网络中实现高效、可靠的数据传输。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于喷泉码的网络编码方法，其具体步骤如下：

步骤一、对信源进行喷泉编码

对包含K个信源符号的信源进行第一级喷泉编码，产生K个第一级喷泉编 码符号。假定要往N个中间节点传输，将K个第一级喷泉编码符号按照N个传 输信道的容量大小关系划分为N个子集。

步骤二、将第一级喷泉编码符号构成的N个子集再以喷泉编码的方式向N 个中间节点传输。

假定要往第n个中间节点(n∈{1，…，N})传输K_n(1≤K_n≤K)个第一级喷泉 编码符号，则把这K_n个第一级喷泉编码符号当作新的信源符号进行第二级的喷 泉编码，然后向第n个中间节点传输。

步骤三、对中间节点进行喷泉译码

当第n个中间节点接收到K_n个第二级喷泉编码符号后，进行喷泉译码，可 以采用BP译码算法或者高斯消元算法。当译码成功时，中间节点向发送节点发 送一个译码成功的确认信号。

步骤四、对中间节点进行喷泉编码