[发明专利]基于无率LT编码的无线传感网的分布式网络通道编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感网领域，具体涉及基于无率LT编码的无线传感网的分布式网络通道编码方法。

背景技术

随着物联网的兴起，无线传感网技术的研究目前已越来越引起研究人员的重视。无线传感器网络通常包含了大量低成本、低功耗的无线传感器节点、一些汇总节点以及一些目的地节点。传感器网络的应用非常多，比如监测、监控、跟踪、定位等。在这些应用中，传感器节点通常是以多跳（两次跳跃）的方式互相合作。在一个传统的传感网中，信息包通过路由进行交换。在路由交换算法中，在源节点和目的地节点之间的中继节点，只是简单的存储和转发接收到的数据包。由于无线传感网中拥有大量的传感器节点，使得为每个传感器节点建立和维护一个可行的的路由表成为一个非常艰巨的任务。

文献【R.Ahlswede, N.Cai, S.Y.R.Li, and R.W.Yeung, “Network Information Flow,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 46, no. 4, pp. 1204–1216, July 2000.】提出一种针对于有线网络的基于数据包的编码方法，即网络编码。不同于路由传输算法，在网络编码中，中继节点可以对收到的来自多个源节点的数据包进行编码，以便进行后续的传输。与传统的路由算法相比，网络编码可以提高网络容量。

由于无线通信的广播传输特性，网络编码的思想可以很容易让人们应用到无线传感网上。文献【X.Bao and J.Li, “Adaptive network coded cooperation (ancc) for wireless relay networks: matching code-on-graph with network-on-graph,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 7, pp. 574–583, Feb. 2008.】研究了自适应网络编码在无线中继网络中的应用，提出了一种低密度校验像码（LDPC）的编码方案，它是根据一类图形编码，为网络拓扑图而设计的。依据该编码方案，网络设计问题就可以简化为一个图形代码的设计。文献【S. Karande K. Misra and H. Radha, “Inpod: In-network processing over sensor networks based on code design,” in Proc. IEEE SECON2007, June 2007, pp. 324–333.】对如何处理这种设计问题进行了阐述，其引进了密度演化技术来设计无线网络代码的度分布。

在上述各文献所公开的现有技术中，都是假设中继节点是能够完全正确地接收到来自源节点的信息位的，且没有考虑到如自动要求重传（ARQ）的可靠传输机制。因此，现有技术所公开的网络编码只能在物理层得以实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无率LT编码的无线传感网的分布式网络通道编码方法。将无线传感网络的设计问题转化成对图形编码的设计问题，且避免不必要的冗余传输，节省中继节点的能量。

本发明的技术方案如下：

一种基于无率LT编码的无线传感网的分布式网络通道编码方法，利用无率LT图形编码把无线传感网络的拓扑结构图映射到图形编码里的图形结构，把无线传感网络的数据传输过程作为图形编码的编码过程，在每个中继节点执行线性网络编码，在目的地节点对映射到图形编码的无线传感网络进行解码，中继节点向目的地节点的数据传输以逐个按需的方式行进。

具体步骤如下：

1）源节点向中继节点广播数据包，每个数据包的头部包含其来自的源节点的地址；

2）每个中继节点根据预先设计好的度分布函数随机产生一个q值；

3）每个中继节点计算所有收到的数据包的LLR值，选择具有最大LLR值的q个数据包，把这些数据包作线性组合，进行网络编码，形成一个新的数据包，并把该中继节点的地址信息以及对应q个数据包的源节点地址信息放在该新的数据包的头部；

4）每个中继节点向目的地节点广播其网络编码后的数据包；

5）目的地节点从中继节点接收到L个数据包后开始解码，L大于或者等于源节点数量；目的地节点先对收到的L个数据包的头部信息进行解码提取出整个网络的图形信息，然后利用针对分布式LT编码的可信度传播算法对L个数据包的数据部分进行解码；