[发明专利]基于混合网络编码的多中继协作重传算法

说明书

本发明以最小化系统整体完成时间和重传次数为目的提出了一种基于混合网络编码的多中继协作重传算法，属于无线通信技术领域，该算法提出了协作发送端集选择机制、混合网络编码重传策略和编码包选择调度策略三个创新机制，在编码包重传阶段，首先根据各接收端的通信覆盖范围、其覆盖范围内其余接收端的包接收情况和自身的包接收情况确定重传协作发送端集；其次，将接收端的原始丢包按照从大到小的顺序划分为丢失数较多和丢失数较少的丢包，对于丢失数较多的部分采用基于RLNC的重传算法；对于丢失数较少的部分采用基于ONC的重传算法；最后，采用基于图论理论的最大团搜索方式来选择最优编码组合，从而降低了重传时延和重传次数，提高了重传效率。

技术领域

本发明属于无线网络领域，主要针对的网络场景为多跳无线网络场景中因为无线链路的不可靠性而导致的原始数据丢失或出错的场景，为了恢复无线传输时丢失的数据，具体讲述了一种基于网络编码的多中继协作重传算法。

背景技术

在无线网络传输过程中，数据是以电磁波的形式在空间传输，不需要任何的物理介质，因此相较于有线传输，该传输方式总是会受到干扰、衰落、噪声等因素的影响，从而导致数据丢失或出错。为保证无线通信的可靠传输，提升传输效率，重传方法作为一种有效的途径来解决上述问题。传统重传方法前向纠错(Forward Error Correction,FEC)、自动请求重传(Automatic Repeat Request,ARQ)和混合自动请求重传(Hybrid AutomaticRepeat Request,HARQ)等多种技术被应用于无线通信中。ARQ技术中信源节点根据信宿节点对数据的反馈信息来判断数据是否被接收，对于发生丢失的数据，将直接逐一重传。其特点是简单易实现，但其效率较低；FEC技术通过在原始数据中增加判断信息，信宿节点根据数据中的判断信息自动纠正出现差错的数据；HARQ技术则是结合了ARQ和FEC的技术特点，可以直接重传，也可以根据判断信息恢复数据。HARQ提高了恢复效率，但实现过程较复杂。当发生数据丢失时，基于上述三种技术的重传方法均是逐一的恢复原始丢包，重传效率较低。

网络编码技术作为一种有效的信息融合技术，其基本思想是网络中间节点将来自不同流的信息先进行线性或非线性处理后再转发，目的节点则根据自身的信息与编码信息进行解码操作，直到所有信息到达目的节点。如图1所示为“蝶形网络”模型图，图中顶点表示网络中的节点，有向线段表示网络中两个节点之间数据的流动方向，有向线段上的标记的符号表示数据的流动，源节点用S表示，A、B、C和D表示网络中间节点，X和Y表示目的节点。在网络传输模型中，源节点S发送数据a和b给节点X和Y。假设每条链路传输的信道容量为1bit，且链路传输为无差错传输。图1(a)据传输方式，首先源S通过链路SA和SB将数据a和b转发给A和B，然后A将数据a通过链路AC和AX转发给C和X，同理B将数据b通过链路BC和BY转发给C和Y，此时C可以接收到两个原始数据包a和b。由于信道容量为1bit，瓶颈节点C一次转发时只能转发a或b。如果C先转发数据a，则D接收到a并转发给X和Y，X仅接收到数据a，Y接收到数据a和b。如果C先转发数据b，则D接收到b并转发给X和Y，X仅接收到数据a和b，Y仅接收到数据b。在上述两种可能传输中，X和Y可接收到的数据总量为3bit，因此每个目的节点平均吞吐量为3bit/2＝1.5bit。

图1(b)所示为采用了网络编码技术的数据传输模型，中间节点C接收到数据a和b之后进行异或编码得到编码数据a⊕b，然后C将a⊕b转发至D，然后D直接将编码数据a⊕b通过链路DX和DY转发至目的节点X和Y，此时X接收到原始数据a和编码数据a⊕b，X对a⊕b进行解码操作(再次异或)，即(a⊕b)⊕a＝b，从而得到a和b。同理Y接收到原始数据b和编码数据a⊕b，Y对a⊕b进行解码操作(再次异或)，即(a⊕b)⊕b＝a，从而得到a和b。在采用网络编码的传输方式中，X和Y可接收到的数据总量为4bit，因此每个目的节点平均吞吐量为4bit/2＝2bit。

由此可知，采用网络编码的传输方式所能达到的网络吞吐量大于采用传统路由时所达到的网络吞吐量。且随着网络编码技术的不断创新发展，其优势以及特点也逐渐被发现。因此，利用网络编码技术的传输方式成为研究的热点问题。