[发明专利]认知子网络中基于网络编码的数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线电通信领域。

背景技术

根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》、《国家“十一五”科学技术发展规划》以及《863计划“十一五”发展纲要》等国家级科技战略规划文件的部署，认知无线电领域被列为重点前沿探索课题。无线电通信频谱是一种宝贵的资源，目前采用的是基于频谱授权的静态频带分配的原则。随着无线通信技术的高速发展，频谱资源贫乏的问题日益严重，然而绝大多数国家的频谱资源利用率却不容乐观。认知无线电技术正是基于这一问题提出的。

认知无线电技术是通过智能的频谱管理来解决频谱资源“短缺”的有效方法，它能够感知周围的环境，并通过人工智能技术从环境中学习，实时的改变某些操作参数(传输功率、载波频率和调制技术等)，以适应接收到的无线信号的统计变化，从而实现任何时间任何地点的高可靠通信以及对频谱资源的高效利用。其核心思想就是使无线通信系统具有学习能力，能与周围环境交换信息，感知和利用在该空间上的可用频谱，同时限制和降低冲突发生的可能。认知无线电通信设备能够在较宽的频段范围内按照设计的方式工作，这样的工作方式显著的提高了频谱的使用效率，打破了由传统的静态固定频谱分配方式带来的瓶颈，被业内学者认为是提高当前频谱利用率的最佳方式之一。

在认知无线电技术中，频谱感知最为关键。未授权用户(认知用户)感知授权频谱，当授权用户信道没有被授权用户使用即授权用户信道空闲时，认知用户利用该信道传输信息；当授权用户出现时，为不干扰授权用户传输信息，认知用户要退出该信道。由于授权用户的出现是随机性的，认知用户传输时间也是随机性的，减少认知用户的传输时间，就可以减小授权用户和认知用户的冲突概率。进而提高其它认知用户发现“频谱空穴”的可能性。本发明采用网络编码减小传输时延。网络编码是一种提高频带利用率和网络可靠性的技术。简要地说，网络编码打破了传统存储转发模式，它利用中间节点对收到的不同信息包合在一起编码成一个包多播给多个接收节点。由于中间节点接收信息包具有随机性，采用随机线性网络编码可以使最大流速率提高到最小割组播容量。因此，认知用户采用网络编码可以减小传输时延，增大认知用户吞吐量。减小认知用户和授权用户冲突概率，增加了其它认知用户发现“频谱空穴”的可能性。

发明内容

本发明是为了降低认知子网络中减小认知用户与授权用户冲突，而提供的认知子网络中基于网络编码的数据传输方法。

认知子网络中基于网络编码的数据传输方法，

认知子网络由一个认知基站和L个认知用户接收节点组成，在与信道时间同步的情况下，每个时隙中，每个认知用户的数据包能够以相同的速率到达任何一个授权用户信道，L为正整数；

认知子网络中的数据处理方法为：

步骤一、基站对待发送的数据包进行缓存，当缓存的数据包数量到达m个时，执行步骤二，所述m为大于或等于2的整数；

步骤二、基站采用线性随机网络编码方法对步骤一中所述的m个数据包进行编码，获得编码后的数据包；

步骤三、基站将步骤二获得的编码后的数据包在子网中进行广播；

步骤四、基站等待响应，直至有认知用户接收步骤二所述的编码后的数据包并进行成功解码后，向基站发出接收成功的响应信息，完成一次数据包的传输，返回执行步骤一。

步骤二中所述基站采用线性随机网络编码方法对步骤一中所述的m个数据包进行编码，其具体方法是：

认知子网络是单跳多播网络，接收节点用R_i表示，信息包用c_k表示；接收节点成功接收到信息包用0表示，未接收到该信息包用1表示；传输矩阵是一个2维阵列表，行表示接收节点，列表示信息包；信息包效用cu_k是指没有接收到该信息包的接收节点数量；接收节点效用ru_i是指没有被该接收节点接收到信息包的数量；网络编码采用异或网络编码，且编码条件为：

条件A：能够立即解码已编码信息包接收节点的数量不小于要编码信息包中当前最小信息包效用值cu_k；

条件B：要编码的信息包中每个信息包都能至少被一个接收节点从该编码信息包中立即解码出来；

条件C：要编码信息包再增加下一个信息包进行编码就不能满足条件A或者条件B时的要编码信息；或者在满足信息条件A和条件B情况下，对于要编码信息包，每个接收节点效用不小于1。

异或网络编码具体为：

初始化：基站初始化要编码信息包矩阵，要编码信息包数为0；