[发明专利]基于网络编码的加权广播重传方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信网络编码技术领域，特别是一种兼顾传输效率和计算复杂度的基于网络编码的加权广播重传方法。

背景技术

网络编码的概念于2000年首次提出，它能极大提高网络吞吐量，因此受到了越来越多的关注。研究表明，网络编码应用于无线组播/广播服务网能显著提高网络的吞吐量和传输效率，并减小传输时延。然而，有文献已经证明，要达到网络编码的最大吞吐量是一个NP-hard问题。因此，人们提出了一些启发式方法将网络编码应用到无线组播/广播网络的数据重传中，以提高传输效率。

Dong Nguyen等给出了两种将网络编码应用到无线组播/广播系统的方案。在这两种方案中，源节点通过对来自不同接收节点的丢包进行编码，使系统通过一次重传可以让多个接收节点恢复出丢包。几乎在同一时期，Tran等人提出了类似的重传方案，并将该方案命名为机会式网络编码重传(Opportunistic Network Coding Retransmission，ONCR)。另一种方案使用随机网络编码，它用有限域GF(2^L)中的随机系数对所有的丢包进行编码，然后将编码包进行重传，这种方案被命名为随机网络编码重传(Random Network Coding Retransmission，RNCR)。与ARQ/HARQ协议相比，无论是ONCR还是RNCR都能极大提高网络吞吐量和传输效率。

虽然RNCR传输效率高，但其解码太过复杂，在很多节点计算能力受限的网络环境中并不适用。而ONCR方案只需要进行XOR操作就可实现解码，因此对ONCR的研究逐步占据主导地位，并取得了很多成果。Kumar Sundararajan J.等使用“自由度”而不是原始数据包来表示接收节点的状态信息，引入了“虚拟队列”的概念，并给出了一种“看见即丢弃”的算法来实现这一方案，该方案将重传次数由O(1/(1–p)²)量级减小到O(1/(1–p))量级。Fragouli C.等证明了在广播系统中使用网络编码可以在能量效率上获得很大的增益，并提出了一种简单的算法予以实现。Lu等结合FEC和基于网络编码的ARQ方案，以最大化网络吞吐量和确保广播通信的视频质量。Wu等人提出了CoRET方案，给出了基于汉明距的数据包选择算法来挑选编码数据包。肖潇等给出了一种NCWBR重传方案，该方案能有效减少平均传输次数。吕振兴等提出了XNCC编码算法，该算法采用逐列搜索方法，在一定程度上提高了传输效率，但其重点在于研究联合网络-信道译码的设计方法。Sun等中提出了两种更加高效的重传策略(INCBR和WBRONC)，在提高重传效率的同时减小了计算复杂度。

然而，以上方法都是基于链路状态相同的网络环境，对于链路状态不均衡，即各路径丢包率不同条件下的ONCR重传方法研究很少。到目前为止，仅有Wang等人在其论文中提出了一种基于图论的最大加权团算法(Maximum Weighted Clique，MWC)。然而，该算法计算复杂度随数据包数目、节点数目和丢包率呈指数增长，不适用于节点能量和处理能力有限，以及规模较大的网络，如无线传感器网络、卫星广播网络和IPN行星网等。

综上所述，现有技术存在的问题是：在链路状态不均衡网络环境下，传输效率低，计算复杂度高，影响系统广播传输效率和传输时延。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网络编码的加权广播重传方法，在链路状态不均衡网络环境下，以低的计算复杂度实现高的传输效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于网络编码的加权广播重传方法，包括如下步骤：

10）构建加权数据包分布矩阵：根据各接收节点数据包反馈的数据包状态信息和链路状态信息，构建加权数据包分布矩阵；

20）选取编码数据包：以加权数据包分布矩阵为基础，在源节点进行编码数据包的选取；

30）数据包XOR编码重传：源节点将选取的数据包进行XOR编码后，广播重传给各接收节点；

40）数据包译码反馈：各接收节点在接收到编码数据包后进行译码，并将译码后的数据包状态信息和链路状态信息反馈给源节点；

50）判断传输是否完成：源节点根据接收节点的反馈信息，判断传输是否完成，如未完成则重新开始新一轮的编码重传。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及显著效果：

1、传输效率高：较之现有的各种类似方法，本发明方法的传输效率与MWC方案相当，而比其它各种方法都好；