[发明专利]基于无线协作中继网络的分级随机网络编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络的网络编码方法，尤其涉及一种基于无线协作中继网络的分级随机网络编码方法，属于网络编码领域和无线通信中的协作通信领域。 

背景技术

网络编码技术首先由Ahlsuedu等学者在“IEEE Tran. Info. Theory, 2000, 46(7):1204-1216”上所发表的论文“Network information flow”中提出。该论文指出如果中间节点对所接收的数据包在网络层进行编码后再转发，而不是直接进行路由转发，网络容量可被相应提高。当前网络编码技术可分为确定性网络编码技术和随机网络编码技术两种。确定性网络编码可取得较好的系统性能，但需要知道整个网络的拓扑结构信息，适用于具有固定拓扑结构的网络。随机网络编码性能不如确定性网络编码，但不需要知道网络的拓扑结构信息。而对于无线网络，由于节点的动态接入、信道的时变等因素的影响，往往具有动态拓扑结构，因而相对而言，随机网络编码更适用于无线网络。

网络编码技术在网络层进行，其往往假定物理层具有可靠的物理链接性能。但实际无线网络的物理信道由于受多径衰落等因素影响而变得不可靠。协作中继技术作为一种先进的无线通信模式，引起了学术界和产业界的共同关注，其可以提高无线网络的覆盖范围和物理层链路的链接性能。因而可以考虑将随机网络编码技术和协作中继技术相结合，利用协作中继技术来提高无线网络的覆盖范围和物理层链路的链接性能，利用随机网络编码技术来提高无线网络的网络容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线协作中继网络的分级随机网络编码方法，能够降低接收节点端的中断概率(OP ,outage probability)。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于无线协作中继网络的分级随机网络编码方法，所述无线协作中继网络包括至少一对信源节点-接收节点和至少一个中继节点，其特征在于：

该网络的数据发送分为两阶段，第一阶段由所有信源节点轮流发送数据包，第二阶段由处于激活状态的中继节点轮流发送数据包；其中第二阶段包括如下步骤：

步骤A、所有中继节点按照其物理层所接收的信号来确定能否正确接收信源节点所发送的信号，并按照正确接收信源节点数目的多少对中继节点进行分级：正确接收信源节点数较多的中继节点具有较高的优先级，正确接收信源节点数目相同的中继节点具有相同的优先级；

步骤B、依照优先级从高到低的次序，各中继节点依次执行如下操作：根据从信源节点和其它中继节点所接收的信息判别是否能在网路层进行有效网络译码，如是，则该中继节点处于激活状态，并进行网络译码，将网络译码后的数据包进行随机网络编码，然后将网络编码后的数据包发送至其它中继节点和接收节点；如否，则该中继节点处于空闲状态；

各个接收节点根据两阶段从信源节点和处于激活状态的中继节点所接收的信息判断是否能进行有效网络译码，如是，则进行网络译码恢复出信源节点所发送的数据包；如否，则中断发生。

所述中继节点按照其物理层所接收的信号来确定能否正确接收信源节点所发送的信号，具体按照如下方法：

用                                                表示物理层信源节点()所发送的信号，表示中继节点()所对应接收的信号，其中，表示网络中信源节点-接收节点对的个数，表示网络中中继节点的个数，为所给定的数据传输速率，则如果与间的互信息量大于或等于，则能正确接收所发送的信号。

所述中继节点根据从信源节点和其它中继节点所接收的信息判别是否能在网路层进行有效网络译码，具体按照以下方法：

假定在网络层每个数据包包含个信息比特，第个信源节点所发送的数据包为，将映射成有限域中符号，其中，，则可将表示成；假如中继节点处于激活状态，则进行随机网络编码后的数据包可被表示成，其中为随机网络编码系数，在有限域中进行独立均匀的随机选取；假如网络中所有个中继节点都处于激活状态，则网络中所有个信源节点和个中继节点所发送的数据包可被表示成，其中，()为单位矩阵的第行，()为中继节点所对应的随机网络编码系数；对于中继节点(而言，假定信源节点()所发送的信号不能被中继节点所正确接收，即有，则将从矩阵中删除；假定处于激活状态的中继节点()所发送的信息不能被中继节点所正确接收，即有，则将从矩阵中删除，由此可得到行删除后的矩阵为中继节点所对应的网络编码转换矩阵；如果矩阵的秩小于，即，则中继节点不能根据从信源节点和其它中继节点所接收的信息来进行有效的网络译码；如果，则中继节点能进行有效网络译码。