[发明专利]分代分组交叉随机线性网络编码方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及网络编码，具体地说是一种随机线 性网络编码方法，用于信息共享过程中的信息传输。

背景技术

2000年，Ashlswede等人首次提出的网络编码理论颠覆了传统通信 网络中存储转发的路由模式，它允许网络通信中间节点对其接收到的信 息进行数据处理。网络编码的应用，为现有的网络带来了诸多优点，包 括提高网络的吞吐量，改善网络的可靠性，减少通信的能量消耗、提高 带宽利用率、保证信息安全、提高鲁棒性和容错性等。现有的文件共享 过程大多采用HTTP协议或者类似协议来实现数据传输，而这些协议都 是根据网络情况把文件先分块然后按块传输，资源节点的离开常常会导 致文件传输中止。于是，人们开始纷纷把网络编码应用到文件共享过程， 以提高通信网络的吞吐量、带宽利用率和容错性、保证信息安全和提供 系统鲁棒性。

针对信息共享中网络编码的应用问题，近年来很多专家学者提出了 许多解决方案。Philip A.Chou，Yunnan Wu和Kamal Jain等人于2003年 发表的论文“Practical Network Coding”中首先提出分代网络编码方法。 分代网络编码方法虽然可以解决无分代计算量过大的问题，但是它仍然 存在节点的退出使得网络中已经不存在足够多线性无关的编码块组合 从而导致无法解出完整文件的问题，另外信息传输的代间切换也是个很 难把握的问题。微软研究院的Christos Gkantsidis和Pablo Rodriguez于 2005年发表在“IEEE Conference on Information”上的“Network Coding for Large Scale Content Distribution”一文中，首先提出无分代网络编码 方法。无分代网络编码方法用于文件共享时，虽然可以提高网络的传输 效率，但因为编码过程是在一个文件的所有分块之间进行的，所以计算 量和系统开销都很大尤其是在大文件分发时，它正确译码的必要条件很 苛刻，要求收到的线性无关编码块个数等于或大于原始文件分块数。黄 佳庆、王帅和陈清文于2009年发表在维普资讯上的“网络编码在P2P 网络中的应用”一文中首先提出代间网络编码方法。代间网络编码方法 的优点在于当本代集中的某一代没有足够多线性无关的编码块时，可以 由本代集中其他代的线性无关编码块来填补。但是它的缺点在于无法单 独成功解出某一代的原始数据，且其计算复杂度和空间复杂度都太大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种分代分组交 叉随机线性网络编码方法，以提高编码速度和译码速度，降低编码过程 的空间复杂度，减弱译出文件的必要条件，降低节点尤其是资源节点的 离开对信息传输的影响。

为实现上述目的，本发明的编码步骤包括如下：

(1)由信源节点把要发送的信息用有限域GF(q)内的元素表示， 得到原始数据，其中q≥256；将该原始数据顺序分为g个代，g≥2， 用Gⁱ(1≤i≤g)表示第i代；再把每一代按顺序分为m个组，m≥2，用 P_jⁱ(1≤i≤g，1≤j≤m)表示第i代的第j分组，每代和它的后一代构成代 集，用GEⁱ表示第i代集，其中1≤i≤g，最后一个代集只包括最后一代；

(2)令i＝1；

(3)根据当前节点的属性确定其操作，如果当前节点是信源节点， 转步骤(4)，否则，转步骤(5)；

(4)如果1≤i≤g，则由信源节点确定第i代集的信息包结构，用 GEⁱ表示，转步骤(5)，否则，结束；

(5)将当前节点中第i代集信息包的个数用k表示，如果k≥2，则 当前节点根据k确定第i代集的局部编码系数向量后，转步骤(6)，否 则，当前节点把仅有的一个编码包作为新编码包发送给下游节点后，转 步骤(7)；

(6)当前节点根据步骤(5)的局部编码系数向量和其内存中的k 个第i代集的信息包生成新编码包，并发送给下游节点，转步骤(7)；

(7)下游节点在收到新编码包之后，对其进行线性相关性检测， 如果检测通过，则把该新编码包用于编码或译码，否则，认为该新编码 包不能提供有用信息，抛弃或者请上游节点重发，如果当前节点是信宿 节点，转步骤(8)，否则，转步骤(5)；