[发明专利]无线多播中基于混合网络编码的用户协作方法

摘要

一种无线多播中基于混合网络编码的用户协作方法，主要解决现有技术出现的高传输效率与低寻优复杂度、低计算开销难以兼顾的问题。具体步骤包括：(1)多播数据包；(2)建立数据包分布矩阵；(3)选出重传者；(4)获得数据包稀有度向量；(5)判断是否存在所有用户都丢失的数据包；(6)源节点重传所有用户都丢失的数据包；(7)判断重传者丢失的数据包数是否为0；(8)恢复重传者丢失的数据包；(9)判断重传者丢失的数据包数是否为0；(10)重传者使用混合网络编码方案重传；(11)结束多播过程。本发明在保证高传输效率的条件下，具有寻优简单和计算开销小的优点。

主权项

1.一种无线多播中基于混合网络编码的用户协作方法，包括以下步骤：(1)多播数据包：无线多播系统中的源节点将待发送的数据包，按照从1开始递增的顺序编号后，依次多播给协作簇内的用户；(2)建立数据包分布矩阵：(2a)协作簇内的每个用户接收源节点发送的数据包，同时记录接收过程中数据包的丢失情况，将所有数据包的丢失情况用数据包分布向量表示；(2b)协作簇内的所有用户依次广播自己的数据包分布向量，每个用户接收其他用户的数据包分布向量；(2c)每个用户将收到的其他用户的数据包分布向量与自己的数据包分布向量，合并成一个数据包分布矩阵；(3)选出重传者：将数据包分布矩阵中成功接收数据包数量最多的用户作为重传者；(4)获得数据包稀有度向量：(4a)按照下式，计算接收的每个数据包的稀有度：其中，PFV(j)表示第j个数据包的稀有度，j的取值为[1,N]范围内任意一个正整数，N表示数据包的总数，M表示协作簇内的用户总数，∑表示求和操作，PDM(i,l)表示数据包分布矩阵PDM中第i行第l列对应的值，l和j的取值对应相等；(4b)将所有数据包的稀有度作降序排列后，组成数据包稀有度向量；(5)判断数据包稀有度向量中是否存在与协作簇内用户总数相等的数值，若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(7)；(6)重传者将所有用户都丢失的数据包报告给源节点，源节点重传这些数据包后，执行步骤(2)；(7)判断重传者丢失的数据包数是否为0，若是，则执行步骤(10)，否则，执行步骤(8)；(8)恢复重传者丢失的数据包：(8a)设置一个空集合，并命名为重传者编码集合；(8b)将重传者丢失的数据包中编号最小的数据包放入重传者编码集合中，在数据包分布矩阵中，寻找与重传者编码集合中数据包编号相同的数据包，将拥有该数据包的任意一个用户作为发射者；(8c)使用编码集合效益值公式，计算重传者编码集合的效益值；所述编码集合效益值公式如下：其中，benefit(PS)表示重传者编码集合的效益值，PS表示编码集合，M表示协作簇内的用户总数，∑表示求和操作，need_i表示用户i对编码集合的需求度，need_i的计算公式如下：其中，l表示重传者编码集合中数据包的编号，PDM(k,l)表示数据包分布矩阵PDM中第k行第l列对应的值，k和i的取值对应相等；(8d)将重传者编码集合中包含的数据包与发射者拥有的且不属于重传者编码集合中的任意一个数据包，组成一个发射者编码集合；(8e)使用编码集合效益值公式，计算发射者编码集合的效益值；所述编码集合效益值公式如下：其中，benefit(PS)表示发射者编码集合的效益值，PS表示编码集合，M表示协作簇内的用户总数，∑表示求和操作，need_i表示用户i对编码集合的需求度，need_i的计算公式如下：其中，l表示发射者编码集合中数据包的编号，PDM(k,l)表示数据包分布矩阵PDM中第k行第l列对应的值，k和i的取值对应相等；(8f)判断发射者编码集合的效益值是否大于重传者编码集合的效益值，若是，则执行步骤(8g)，否则，执行步骤(8h)；(8g)用发射者编码集合的效益值更新重传者编码集合的效益值，并用发射者编码集合替换重传者编码集合；(8h)判断替换后的重传者编码集合中数据包总数是否大于等于3，若是，则执行步骤(8i)，否则，执行步骤(8d)；(8i)将发射者和替换后的重传者编码集合通过广播的方式告知协作簇内的用户；(8j)发射者使用异或操作，将替换后的重传者编码集合中包含的数据包编码成一个异或网络编码包，采用广播的方式，将异或网络编码包发送出去；(8k)协作簇内的用户，用接收到的异或网络编码包更新数据包分布矩阵；(9)判断重传者丢失的数据包数是否为0，若是，则执行步骤(10)，否则，执行步骤(8)；(10)重传者使用混合网络编码方案重传：(10a)将更新后的数据包分布矩阵中的所有列，按照数据包稀有度从高到低的顺序进行排列；(10b)将排序后数据包分布矩阵拆分为高稀有度矩阵和低稀有度矩阵，高稀有度矩阵由排序后数据包分布矩阵的1到αN列组成，α表示拆分因子，α的取值为(0,1)范围内任意一个数，低稀有度矩阵由排序后数据包分布矩阵的αN到N列组成；(10c)使用随机性网络编码公式，重传者对高稀有度矩阵中的所有数据包进行编码后，得到随机线性网络编码包，广播随机线性网络编码包；(10d)协作簇内的用户对接收到的编码矩阵进行矩阵求逆操作，得到解码结果；(10e)判断低稀有度矩阵是否为全0矩阵，若是，则执行步骤(11)，否则，执行步骤(10f)；(10f)设置一个空集合，并命名为稀有度编码集合；(10g)将低稀有度矩阵包含的数据包中稀有度最高的数据包，放入稀有度编码集合中；(10h)利用编码集合效益值公式，计算稀有度编码集合的效益值；所述编码集合效益值公式如下：其中，benefit(PS)表示稀有度编码集合的效益值，PS表示编码集合，M表示协作簇内的用户总数，∑表示求和操作，need_i表示用户i对编码集合的需求度，need_i的计算公式如下：其中，l表示稀有度编码集合中数据包的编号，PDM(k,l)表示数据包分布矩阵PDM中第k行第l列对应的值，k和i的取值对应相等；(10i)将稀有度编码集合与重传者拥有的且不属于稀有度编码集合的任意一个数据包，组成一个混合编码集合；(10j)利用编码集合效益值公式，计算混合编码集合的效益值；所述编码集合效益值公式如下：其中，benefit(PS)表示混合编码集合的效益值，PS表示编码集合，M表示协作簇内的用户总数，∑表示求和操作，need_i表示用户i对编码集合的需求度_，need_i的计算公式如下：其中，l表示混合编码集合中数据包的编号，PDM(k,l)表示数据包分布矩阵PDM中第k行第l列对应的值，k和i的取值对应相等；(10k)判断混合编码集合的效益值是否大于稀有度编码集合的效益值，若是，则执行步骤(10l)，否则，执行步骤(10m)；(10l)将稀有度编码集合的效益值更新为混合编码集合的效益值，并将稀有度编码集合用混合编码集合替换；(10m)判断稀有度编码集合中数据包总数是否大于等于3，若是，则执行步骤(10n)，否则，执行步骤(10i)；(10n)将替换后的稀有度编码集合通过广播的方式告知协作簇内的用户；(10o)重传者使用异或操作，将替换后的稀有度编码集合包含的数据包编码成一个异或网络编码包，采用广播的方式，将异或网络编码包发送出去；(10p)协作簇内的用户接收重传者广播的异或网络编码包，用接收到的异或网络编码包更新低稀有度矩阵；(10q)判断低稀有度矩阵是否为全0矩阵，若是，则执行步骤(11)，否则，执行步骤(10f)；(11)结束多播过程。