[发明专利]基于分层网络拓扑实现分布式的近似理想LT编码的方法

说明书

技术领域

      本发明涉及一种基于特定分层网络拓扑实现分布式的近似理想LT编码（Luby Transform Codes）的方法。

背景技术

      可删除信道是当今非常重要的一种信道模型，被广泛应用在诸如Internet等现代的通信系统中。由于信道质量、拥塞等因素的影响，经常会发生丢包的现象。通常，为了能够正确无误地传输数据，我们会在发送端和接收端之间建立一条反馈信道。在接收到数据包后，接收端会向发送端发送相应数据包的认证消息。假若发送端没有收到认证消息，它会向接收端请求重发相应的数据包。这种方法虽然不用考虑信道的丢失率，但是当信道的包丢失率非常大的情况下，资源是很浪费的。特别是在多播和广播的场景下，许许多多的反馈信息会使网络变得非常的拥堵，且接收端会收到多余的已经接收过的数据包。

为了解决这个问题，无速率码应运而生。而LT码就是第一种得到实际应用的实现无速率码理念的编码算法。LT码的原理如下：假定发送端有k个数据包，每个数据包都有一个不同的序号来区分。在每次编码之前，首先会根据所谓的强孤子分布μ(d)来取定所编码的度数d（0<d≤k）, 然后在k个数据包中随机选取d个各不相同的数据包进行异或。

，   0<d≤k

其中              

接收端解码先找度数为1的数据包，然后把这些数据包从其参与异或的其他接收到的数据包中减去，再重新找度数为1的数据包。这样的过程一直重复到找不到度数为1的数据包为止，或解码成功，或解码失败并继续接收到来的数据包。

于是，源数据包的信息平均地散布在编码后的数据包中，发送端可以一直不停地发送已编码的数据包，而接收端则持续地接收并不断尝试解码。若解码成功，则通过反馈信道通知发送端已经解码成功，不需要再发送数据包了。由此可见，LT编码可以完全不需要估计信道的状况，但是却最终能够接近香农定义的信道容量。

理论已经证明， LT码不仅有线性的编解码复杂度，而且平均只需要收到总共个数据包就可以成功解码。

如今的城域网以及广域网的网络拓扑已由原来面向连通性的架构发展为面向业务的架构，网络拓扑需要与特定的业务模型结合起来，根据业务提供更可靠、更高效、更具弹性的组网方式。其中，分层的网络架构就是一种非常典型的面向业务的网络拓扑。分层的网络管理方式有利于减轻网络管理人员的负担，广泛应用于政府、电力、广播电视网等几无交互性的场景中。LT码几乎不需要反馈，也不用进行信道估计，却能达到接近理想的信道容量，非常适用于多播以及广播的点对多点的网络拓扑模型中。

然而，现在关于LT码的研究主要集中在在单点进行所有的编码工作，对于分布式的LT码的研究相对比较缺乏。为了降低对于编码端硬件的要求，如何把LT编码的工作分配到各个节点并且又能使编码的性能逼近理想性能，这是一个非常有意义的研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的基于分层网络拓扑实现分布式的近似理想LT编码的方法。

本发明实现其目的所采取的技术方案是：在本发明基于分层网络拓扑实现分布式的近似理想LT编码的方法中，所基于的分层网络拓扑包括一个源端，一个以上基站、一个以上第一层中继节点、一个以上第二层中继节点和一个接收端；

本发明对所述分层网络进行分布式的近似理想LT码编码包括如下步骤：

（1）源端把需要发送的k个大小相同的数据包广播给各个基站，其中k>0；

（2）各基站把收到的k个数据包进行编号，后各基站从k个数据包中随机选择一个数据包向各第一层中继节点进行广播；

（3）各第一层中继节点判断缓存中是否存在已接收数据包，若不存在，则从接收到的新数据包中随机选择由其中一个基站所发送的新数据包存到缓存中；若存在，则将接收到的新数据包存与缓存中的所述已接收数据包进行比对，若第一层中继节点已接收过此新数据包或者其缓存已被占满，则丢弃此新数据包；否则，将此新数据包存储于其缓存中；

（4）当每一个第一层中继节点的缓存中所存储的数据包的个数≥R时，则以概率P选择弱化度分布Ω(d)或以概率1-P选择弱化度分布u’(d)，各第一层中继节点再从各自的缓存中随机选择d个数据包进行异或，然后各第一层中继节点向各第二层中继节点广播异或后的数据包，同时在缓存中删除这d个数据包；其中，

                                 （1）

         （2）