[发明专利]基于网络编码的广播重传系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信广播工程技术领域中的基于网络编码的广播重传系统及其方法。本发明可以用于各种无线可靠性广播情景下，实现了一种基于网络编码的、动态的、收发双方的广播重传方法与广播重传流程控制。 

背景技术

自动请求重传(Automatic-repeat-request，ARQ)是重传协议的一个主流类型，是通信中用于处理信道中分组丢失或分组比特受损所带来差错的一种可靠数据传输协议。ARQ技术的优点是比较简单，缺点是通信信道利用率不高。而多播或广播是一种广泛应用于无线通信网络的数据传输形式，其拓扑图如图1所示，它由一个发送方节点、多个接收方节点构成，发送方向多个接收方发送数据。无线广播相较于传统的有线通信中的广播，具有较高的误帧率、传输时延以及较低的重传效率。例如，若此时有一个接收方接收数据失败，根据传统的ARQ协议，发送方则需广播接收失败的数据帧，直到所有的接收方都正确接收该数据帧为止。网络编码(NC，Network Coding)在网络的中间节点对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给下一个节点，可以提高网络吞吐量、减少数据帧的传输次数、增强网络的容错性和鲁棒性。 

北京邮电大学提出的专利申请“基于随机线性编码的无线可靠广播方法”(申请日：2012年03月16日，申请号：201210071101.9，公开号：CN102638331A)中公开了一种基于随机线性编码的无线可靠广播方法，来解决无线通信中广播重传的低效率问题。该方法的实现步骤为：第一，发送端广播指定多个信息帧。第二，发送端对接收端丢失的信息帧进行随机线性网络编码。第三，接收端利用高斯消元法获得丢失的信息帧。该方法所存在的不足是：该专利申请没有考虑到实际工程中的一些要求，如信息帧的及时性、接收端在通信中可分配的内存空间、是否与不同的信道编码兼容等问题，导致该方法并不适合广泛的用于工程应用领域。由于该专利申请只是采用分块的传输模式，分组与分组之间的信息帧无法进行网络编码，因此无法使网络编码所带来的性能最大化，并且使所有信息帧的传输时延整体较大；只是简单的采用了随机 线性网络编码，难以实现网络编码的最优组合，所能带来的重传效率的提升非常有限。该专利申请没有详细的考虑重传帧的接收情况，使得该方法会在某些特殊情况下产生部分数据帧接收超时的情况。 

自2008年开始，解决广播重传问题的专利技术共有13个，基本上都是简单的对信息帧进行分组，然后在分组中寻找最优组合，这种解决方案限制了重传效率。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对广播重传问题，提出基于网络编码的广播重传系统与方法，可以有效地降低重传延迟，提高重传效率，并且广泛的适用于各种工程应用场景，满足下一代宽带无线通信系统对实时性和高吞吐量需求。 

为实现上述目的，本发明方法的思路是：过传输测试包确定系统单帧最大存活时间；通过基于动态列表的动态更新方法，即时的跟踪每一个信息帧的接收情况；根据最大匹配与完美匹配方法，找到一种相对最优的网络编码方案；通过基于重传帧反馈信息更新动态列表方法，避免了数据帧接收超时的情况；通过广播重传系统来实现的数据传输，具有更高的重传效率，更低的整体传输时延，适用于无线通信系统中的多种广播情景。 

本发明的系统包括一个发送端和多个接收端。 

发送端由协商模块、动态列表模块、重传缓存模块、网络编码模块、发送缓冲模块组成；所述的多个接收端中的任意一个接收端由信息缓存模块、译码模块、反馈模块组成。协商模块，用于测试帧的发送，来自于接收端的测试帧应答信息的接收，计算系统单帧最大生存时间，并且将系统生存时间发送至动态列表模块；动态列表模块，用于来自于接收端的信息帧或重传帧应答信息的接收，建立、存储动态列表，以及对动态列表进行匹配运算；重传缓存模块，用于存储待重传的多个信息帧；网络编码模块，用于对不同的信息帧进行网络编码，构造重传帧，发送重传帧，暂存重传帧；发送缓冲模块，用于存储当前待发送的信息帧；信息缓存模块，用于存储多个已正确接收的信息帧与重传帧；译码模块，用于对重传帧进行译码，恢复原始信息帧；反馈模块，用于向接收端反馈数据帧的接收情况。 

本发明方法的具体步骤如下： 

(1)发送测试包： 

1a)协商模块记录广播测试帧的发送时间，等待来自于多个接收端的反馈信息； 

1b)协商模块若收到所有多个接收端的确认应答信息，则执行步骤1c)；若协商模块收到了否定应答或者未接收到任意一个接收端的反馈信息，则执行步骤1a)；