[发明专利]一种滑窗BATS Codes的设计方法

说明书

本发明属于网络编码技术领域，具体涉及一种滑窗BATS Codes的设计方法。本发明在BATS Codes的基础上，引入滑窗的策略，将长码分段划分为多个短码块，通过采用逐个窗编码逐个窗译码逐个窗输出的方式来解决无人机集群网络中对低时延的需求。滑窗BATS Codes在窗与窗之间不需要增加反馈，发送足够的数据包后，窗口即可向下移动。窗与窗之间重叠部分的输入原始数据包在译码端译码完成后，将推动前一个(或几个)窗内编码包的译码。而更为重要的是，滑窗策略将虚拟的增加原始数据包的长度，使其译码性能不至大幅度的下降。通过这样的一种设计方法，使得BATS Codes在无人机集群网络中得以应用，确保通信的可靠性，且时延性能可以得到较大的提升。

技术领域

本发明属于网络编码技术领域，具体涉及一种滑窗BATS Codes的设计方法。

背景技术

近年来，无线通信在世界范围内迅速发展，并且诸如移动TV和推送型信息等无线服务已广泛地应用在实际生活中。其中，多播和广播是此类应用中的常见操作，引起了研究者的极大兴趣。然而，由于无线信道衰落和信号干扰，多播网络的数据传输变得不可靠。为了提高网络的可靠性，杨伟豪和张珍提出网络编码(Network Coding，NC)的思想，即允许中间节点对输入数据包进行编码。网络编码在增强无线网络可靠性的同时，还实现更高的网络吞吐量。然而，网络编码在提升可靠性和吞吐量等性能的同时，也面临着系数开销大、长延迟等问题，使其无法广泛地应用到实际生活中。

为了平衡编码开销/译码复杂度和吞吐量问题，Shenghao Yang等人于2011年提出了批量稀疏码(Batched Sparse Codes，BATS Codes)的概念。BATS Codes是一种将喷泉码和网络编码相结合的一种新型编译码方案，在发送端将要传送的数据信息分成特定长度的源数据包，根据度分布函数选出源数据包并对其进行喷泉码编码(外码)，生成以batch(批次)为单位的编码包在信道上进行传输。在中继节点，对接收到的batch进行batch内的随机线性网络编码(内码)后，再传输到接收端。在经过信道传输后，接收端不需要考虑信道条件只要保证接收到足够数量的batch，就一定可以成功译码从而恢复要传送的源数据信息。BATS Codes作为一种较新颖的信道编码技术，其继承了喷泉码和网络编码的优点。凭借其无码率特性，以及无需反馈、中断可续传、吞吐量高、安全性高、复杂度低的优点，近些年成为通信领域研究的热点之一。

众所周知，无人机在现代通信领域中扮演着越来越重要的角色，与有人驾驶飞机相比，无人机具有成本低、留空时间长、航程远、过载能力强、机动性好、无飞行人员伤亡等优点，这些优点使得无人机受到越来越多的重视。随着任务需求的增加，赋予无人机的功能越来越复杂，单架无人机已很难满足复杂任务的需要，无人机集群网络的关键技术和应用已经称为了当下科学家们研究的热点。

在无人机集群通信网络中，需要对无人机拍摄的大量图像数据进行交换和管理，由于无线信道衰落和信号干扰等因素的影响，对数据链路的可靠性和吞吐量的性能提出了很高的要求。结合之前BATS Codes的优点，将其运用于无人机集群网络中能有效提高网络通信质量，但同时也面临着诸多问题和挑战。这其中非常重要的一点是，无人机对即时通信要求很高，例如，在消防应急救援或者军事活动中，无人机需要时刻采集数据，拍摄照片，寻找救援目标或敌人位置，辨别目标真伪，然后给指挥中心报告，之后指挥人员下达命令等一系列操作。这就要求无人机和控制中心之间要有较低的时延。而Bats Code在译码端恢复信息时，需要接收到足够多的编码包之后才能开始译码，这就产生了较大的时延。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，在BATS Codes的基础上，引入滑窗的策略，将长码分段划分为多个短码块，通过采用逐个窗编码逐个窗译码逐个窗输出的方式来降低时延。另外，滑窗在窗与窗之间不需要增加反馈，发送足够的数据包后，窗口即可向下移动。窗与窗之间重叠的输入原始数据包在译码端译码完成后，将推动前一个(或几个)窗内编码包的译码。而更为重要的是，滑窗策略将虚拟的增加原始数据包的长度，使其译码性能不至大幅度的下降。