[发明专利]一种基于网络编码的数据包重传方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于网络编码的数据包重传方法。

背景技术

无线网络中，由于传输信道受到噪声，多径衰落等影响，无线通信与传统的有线通信相比有较为严重的丢包率。为了提高传输的可靠性，需要采用差错控制技术，ARQ(Automatic Retransmission-reQuest，自动重传请求)技术和FEC(Forward Error Correction，前向纠错)技术是两类常用的差错控制技术。自动重传请求通过接收方请求发送方重传错误的数据包,或者是丢失的数据包来实现网络的可靠传输，基于自动重传请求的方法,发送方需要重新广播发送每一个丢失的数据包给所有的接收者，虽然有些接收者已经正确的接收到该数据包。自动重传请求假设反馈信道是存在的，那么发送方可以容易的获得接收者的接收信息，通过反馈信息,发送方可以清楚的知道数据包的接收情况。前向纠错(FEC)是另一种实现网络可靠传输的方法，发送方生成一些冗余信息,然后将原始信息和冗余信息一起发送出去，如果接收者接收到的信息发生错误的位较少的话,接收者可以通过冗余信息恢复原始信息，但是,当数据包在发送过程中丢失的话,前向纠错并不适用,这时接收方需要发送反馈信息期待发送方重传丢失的数据包。

自动重传请求和前向纠错是网络可靠服务中常用的两种技术。然而，由于自动重传请求需要重传每一个丢失的或者接收错误的数据包，因此，严重的浪费了网络带宽。这对于无线网络的有限资源来说是一种巨大的浪费。前向纠错则需要添加冗余信息,这在很大程度上增加了编解码的延迟。同时,由于需要添加冗余信息,原始信息位增多,一定程度上浪费网络带宽。此外,由于网络信道有一定的丢失概率,而前向纠错无法处理丢失的情况。

针对上述问题，出现了一种将网络编码(Network Coding，简称为NC)与ARQ相结合的重传技术。网络编码通过允许中间节点对输入信息进行编码后再发送出去,增加单次传输的信息量，可达到平衡网络负载,进而提高网络吞吐量和可靠性等目的。在使用网络编码和ARQ的数据包重传技术中，源节点可以把多个目标节点丢失的数据包通过编码在一次广播中发送给所有目标节点。目标节点通过之前接收到的其他目标节点的数据包和该编码数据包来解码得到所需要的数据包。

网络编码应用于数据包的丢失重传是无线网络发展的趋势。相比传统重传技术，使用网络编码技术可以增加单位时间内传输的信息量，从而减少重传数据包的数量和提高网络带宽利用率。

现有的研究中利用网络编码提升网络性能都是基于一种假设，即当发送方发送一个度为N的编码数据包时，接收方能够获得用于解码的N-1个副本包，从而利用编码数据包来解码恢复丢失的数据包，N表示的是一个编码数据包中融合的数据包的个数。图1表示的是一个典型的X型场景。

传统的传输模式下，信源节点1需要经过两跳发送一个数据包P₁到目的节点5，信源节点2需要经过两跳发送一个数据包P₂到目的节点4，节点3是一个中继节点，传输两个数据包P₁和P₂到目的节点4和目的节点5总共需要四个时隙。而利用网络编码技术，节点3可以融合两个数据包P₁和P₂成为一个编码数据包P₁⊕P₂，并且在一个时隙内通过广播把这个编码数据包发送到节点4和节点5。节点4由于在节点1的一跳范围内，所以能够侦听到节点1发送的数据包P₁，当收到编码数据包时，节点4能够正确的解码得到P₂。节点5由于在节点2的一跳范围内，所以能够侦听到节点2发送的数据包P₂，当收到编码数据包P₁⊕P₂时，节点4能够正确的解码得到P₁。传输两个数据包P₁和P₂到目的节点4和目的节点5总共需要3个时隙，利用网络编码技术，可以节省一个时隙。

在多跳无线网络中，接收方可以获得足够的副本包，进而利用编码包来解码。然而在单跳无线网络中，X型场景是不存在的，因为所有的发送方都可以直接发送数据包到接收方，中继节点不存在，所以接收方能获得解码的副本包这个假设是不成立的，因此前人提出的应用在多跳无线网络中的网络编码机制不能直接在单跳无线网络中应用。在单跳无线网络中，发送方和接收方能够直接传输数据包，网络编码不适合用在传输中，但是可以应用在重传中。