[发明专利]基于随机线性网络编码的单跳无线组播分组长度优化方法

权利要求书

1.一种基于随机线性网络编码的单跳无线组播分组长度优化方法，其特征在于：信源节点与多个组播成员节点通过具有丢失特性的无线链路直接连接，通过基于随机线性网络编码的批次发送，提升无线链路组播吞吐量，主要组成部分包括：信源数据块切分方法与批次编码和发送方法、接收到一定数量编码包后的整batch解码概率训练方法、单个batch解码概率求解方法、最优分组长度分析方法；

该方法面向的应用场景和网络环境如下：

该方法的系统模型为单跳单信源广播场景，有一个源节点S，N个接收节点，包括R₁，R₂，……，R_N，N≥2，假设每个节点配备一个全向天线，假定收发节点之间链路为分配型广播链路，目的以实现单个组播信源到N个组播接收节点的数据发送；该方法假设均匀独立链路差错模型；假定不同组播接收节点的接收误码情况是独立的；应用场景为源节点S拟发送一大块数据给所有组播接收节点，目标是最大化网络吞吐量；

考虑有损信道，组播信源和每个组播接收节点之间的链路丢包率为：

P_e＝1-(1-BER)^H+h+L

其中，H代表数据包包头长度，h为编码向量长度，L为负载长度，BER为链路误比特率；

所述信源数据块切分与批次编码和发送方法，具体如下：

信源节点将待发的一大块数据切分成多个批次，也称batch，每个批次的分组单独发送，每个批次实际内容为K个原始数据包，K＝1；

每个批次的分组包括K+θ个编码包，θ＝1，其中，每个编码包由该批次的K个原始数据包的随机线性组合而成，编码系数取自有限域F(q)，每个编码包附带一个编码向量，携带其编码系数；

一个批次的编码包生成以后序贯发送，该批次分组发送完毕后，即可进行下一个批次的分组生成和发送；

信源节点一直持续这一个过程，直到所有批次发送完毕；

所述接收到一定数量编码包后的整batch解码概率训练方法，具体如下：

定义P_i，K为“接收节点成功接收到i个编码包时，其中包含K个线性无关的编码分组的概率”；

P_i，K的取值采用如下的仿真训练方式获得：

源节点需要发送大小为非常大的一个数据块，训练过程中，只有一个信源和一个接收节点，并且训练过程中，假定链路无丢失，数据发送采用UDP方式；当接收节点收到i个分组时，i≥K，尝试是否能够解出该批次中的K个原始数据包；持续这一过程，直到信源的整个数据块传输完毕；对所有批次传输来说，在所有接收到i个分组的情况中，能够完整解出对应批次中的K个原始数据包的次数，与“接收到i个分组的批次接收情况的总数”之比，即为P_i，K的值，其中K≤i≤K+θ，另外，iK时，P_i，K＝0，即，这种情况下不可能解出原始数据包；

所述单个batch解码概率求解方法，具体如下：

考虑存在信道丢失，发送节点发送K+θ个分组，一个组播接收节点接收到其中i个分组的概率为：

因此，在一个批次的传输过程中，源节点一共发送K+θ个分组，接收节点可解出当前batch全部原始数据包的概率如下：

所述最优分组长度分析方法，具体如下：

随机线性网络编码场景下的吞吐量：

其中，BER_j为信源与第j个组播成员之间的链路误码率，N是组播接收节点总数，上式中只有分组载荷长度L为变量，其余为给定参数；上式中，求导并令即可求得导致吞吐量最大的最佳分组长度。