[发明专利]基于随机卷积网络纠错码的自适应构造与译码方法

说明书

本发明公开了一种基于随机卷积网络纠错码的自适应构造与译码方法，解决了现有技术中拓扑未知和传输延迟的网络中纠错编译码算法复杂度高的问题，实现步骤为：自适应构造随机卷积网络编码；构造卷积纠错码作为随机卷积网络纠错编码的输入码；使用q元随机卷积网络纠错译码算法在接收端译码；对算法进行优化。本发明提出自适应构造随机卷积网络编码，不同节点根据自身情况选用不同长度的本地编码核；用全零测试数据搜集错误信息，将搜集的组合错误等效到信源端并设计能够纠正此错误的纠错码；提出基于组合错误的最小网络错误重量的纠错译码算法，实现低复杂度低时延且纠错能力强的编译码算法，用于拓扑未知和传输延迟的实际网络。

技术领域

本发明属于网络编码技术领域，主要涉及随机卷积网络编译码技术，具体是一种基于随机卷积网络纠错码的自适应构造与译码方法，用于网络拓扑未知和具有时延的实际网络中。

背景技术

网络编码最初是由Ahlswede在2000年提出的，其实质是允许中间节点在处理接收到的信息之后执行转发操作。许多工作表明网络编码在吞吐量，负载平衡，安全性等方面具有潜在优势，并引起广泛关注。随机网络编码(RNC)，其允许中间结点在有限域内随机选择编码系数，对于未知拓扑是可行的，T.Ho等人证明了当用户数大于编码域大小时，随机成功编码的概率接近1。卷积网络编码(CNC)允许节点组合从不同的输入信道和不同的时隙接收信息，对于实际通信更为可行。通信系统中始终存在错误，由于中间节点的混合过程，即使单个错误也会在接收结点影响更多符号，因此纠错对RNC和CNC必不可少，是正确译码的重要保证。

卷积网络纠错码(CNECC)最初由K.Prasad等人提出，并给出了CNECC的构建和译码算法来纠正相干网络的一组网络错误。针对随机网络编码中纠错，Koetter和Kschischang提出了用子空间表示码字，Silva和Kschischang指出提升的秩度量码是随机网络编码几乎最优子空间码，A.Wachter-Zeh等给出了秩度量卷积码，即在信源端使用卷积码来纠正错误，但使用子空间码和秩距离码的复杂度都比较高，难以实现。Yang等提出了一种基于最小错误重量的类Viterbi译码算法，用K.Prasad提出的方法构造的广义CNECC，给出了算法可行性的充分条件，但是，只考虑确定性网络和二元有限域上的译码。

综上，现有技术中基于相干网络的编译码方案，其中的相干网络是拓扑确定、编码确定的网络，不太适用于拓扑未知和具有时延的网络，基于随机网络的纠错译码算法使用子空间码和秩度量码，但复杂度高，并且都没有考虑在q元域上的编译码操作，难以工程化应用。

发明内容

发明目的：针对现有随机卷机网络编译码算法的不足，提出一种纠错能力强并且复杂度低的基于随机卷积网络纠错码的自适应构造与译码方法。

为了实现发明目的，本发明采用以下技术方案：

步骤1、自适应构造随机卷积网络编码：

信源结点发送全零数据分组到网络以自适应地构造随机卷积网络编码，从小的编码域开始，本地编码核(LEK)长度一直增加直到所有相关的接收节点可译为止，此时编码成功；接收结点收到的是网络错误经过中间结点的混合叠加形成的组合错误向量；

步骤2、构造随机卷积网络纠错码：

用全零测试数据搜集网络错误；由于全局编码核(GEK)按时隙发送到接收结点，因此在接收结点处分布式获得传输矩阵的信息，同时网络错误也按照传输编码系数混合，分布式得到组合错误；当网络中间节点用一般多项式作为系数时，用传输矩阵的伴随矩阵代替其逆矩阵，将组合错误等效到信源端；根据信源端等效错误的最大重量T_s，在信源端选取自由距离大于等于2T_s+1的能够纠正网络错误的纠错码作为随机卷积网络的输入码；

步骤3、改进得到q元随机卷积网络纠错译码算法：