[发明专利]一种用于无线中继通信的数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无线中继通信的数据传输方法，属于无线通信技术领域，特别是属于数字喷泉码编译码技术领域。

背景技术

无线通信网络和物联网的发展对无线中继网络中的数据传输性能提出了很高的要求，但是与有线通信网络相比，无线中继网络存在丢包率高和传输延迟大的问题。传统的丢包重传策略在无线中继网络的数据传输中不再适用。一般使用前向纠错编码，如低密度奇偶校验码来纠正错误的或者丢失的数据包。然而，这些码比较复杂，需要特殊的硬件设备进行编解码，在很多计算能力有限的传感器设备上不能很好的使用。

喷泉编码是一种稀疏图编码，解决了很多前向纠错码的复杂的编解码计算问题。卢比(Luby)编码(M.Luby,LT Codes,In Proceeding of the ACM Symposium on Foundations of Computer Science,Vancouver,BC,CA,November2002)是第一个通用的喷泉编码，已经被广泛使用。但是卢比编码的解码复杂度还是比较高，故猛禽(Raptor)编码(A.Shokrollahi,Raptor Codes,Information Theory,vol.52,pp.2551-2567,June2006)采用预编码与卢比编码结合的方式，解决了解码复杂度高的问题，但是这些编码在无线中继网络中需要进行多次编码解码，消耗了大量的计算资源。

在传输过程中利用接收端的反馈信息可以改进发送端的编码策略，从而减少编码包的复杂度和个数。例如实时(RT)无状态编码(A.Beimel,S.Dolev,and N.Singer,“RT Oblivious Erasure Correcting,”IEEE Trans.Networking,vol.15,no.6,pp.1321-1332,December2007)根据接收端反馈收到的编码包个数实时的调整发送端编码包的度数，该编码由于不保存之前的状态，故占用内存小，但是为了恢复少量的丢失的数据包需要发送大量的冗余编码包。变换卢比(SLT)编码(A.Hagedorn,S.Agarwal,D,Starobinski,and A.Trachtenberg,“Rateless Coding with Feedback,”In Proceeding of INFOCOM,Rio de Janeiro,Brazil,April2009)与实时无状态编码一样，使用接收端反馈的已经恢复的原始包的个数来动态调整编码包的编码度数，但是该编码编码器使用固定大小的波纹，故平均冗余率和平均编码度数均比较大。

如何解决无线中继网络中的喷泉编码的上述问题，成为目前无线通信技术领域急需解决的一个技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是发明一种用于无线中继通信的数据传输方法，实现数据传输过程中编码包的平均数据包冗余度、平均编码度数分布、能力消耗和内存需求都比较小的目标。

为了达到上述目的，本发明提出了一种用于无线中继通信的数据传输方法，包括下列操作步骤：

(1)源节点把要发送的原始数据分割成k个大小相同的原始包，原始包又称为信源符号，k为自然数，表示信源符号的长度，构造信源符号序列S＝[s₁,s₂,...,s_k]，其中s_i表示第i个信源符号，i为不大于k的自然数；

(2)发送端向接收端发送前述的全部k个原始包，由于存在丢包率，接收端成功接收到n个原始包，n是一个不大于k的自然数，接收端把接收到的原始包的数量n通过反馈的方式告诉发送端；所述的发送端可以是源节点，也可以是中继节点；所述的接收端可以是中继节点，也可以是目的节点；

(3)所述的发送端按照设定的编码方法对原始包进行编码，得到编码包，并向接收端发送编码包；编码包又称为编码符号；

(4)所述的接收端按照设定的译码方法对所接收的编码包进行译码，直到所述的接收端可以完全恢复出所有丢失的原始包或译码过程结束。

所述的步骤(3)和步骤(4)中所述的设定的编码方法和译码方法可以是喷泉编码和译码方法。

所述的步骤(3)中所述的设定的编码方法是基于丢包率的波纹大小递减的喷泉编码方法，其具体内容包括如下操作步骤：

(31)计算编码度分布函数ρ(d)，其中d为自然数，d＝1,2,3,...,k，具体计算过程包括如下子步骤：