基于機(jī)會式網(wǎng)絡(luò)編碼搜尋最優(yōu)關(guān)聯(lián)包的重傳方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)重傳領(lǐng)域，特別涉及基于機(jī)會式網(wǎng)絡(luò)編碼搜尋最優(yōu) 關(guān)聯(lián)包的重傳方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線移動通信系統(tǒng)的廣泛商用，以及無線互聯(lián)網(wǎng)的興起，人們對無線數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求越來越高。由于無線通信鏈路易受到多徑效應(yīng)、噪聲、信號干擾、信號衰 竭等多因素影響，導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)丟失率較高，系統(tǒng)可靠性降低，重傳的開銷增加，傳統(tǒng)的 ARQ、FEC、HARQ，都是單獨重傳丟包，這種方法使得重傳方案的效率低，網(wǎng)絡(luò)開銷大。網(wǎng)絡(luò)編 碼技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)不局限于利用單個用戶的信息對數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作，而是綜 合考慮所有用戶信息的方式對丟失數(shù)據(jù)包進(jìn)行恢復(fù)，明顯優(yōu)越于點到點的傳輸性能，網(wǎng)絡(luò) 編碼技術(shù)通過一次傳輸可同時恢復(fù)多個用戶所需的數(shù)據(jù)包，從網(wǎng)絡(luò)傳輸意義上減少了重傳 次數(shù)，有效增加每次傳輸量，以節(jié)省節(jié)點能耗和減少網(wǎng)絡(luò)時延。
[0003] 目前在無線網(wǎng)絡(luò)中典型的基于機(jī)會式網(wǎng)絡(luò)編碼的文獻(xiàn)如下：CN201010607024.5， CN201110390209.X，CN201210479404.4CN201310481617.5，CN201310015456.0， CN201010574058.9這些文獻(xiàn)中都使用基于機(jī)會式網(wǎng)絡(luò)編碼并使用X0R操作，依據(jù)丟包分布 的具體情況進(jìn)行編碼并且這些方案的編碼包數(shù)都固定為二，但編碼包數(shù)的個數(shù)又與最終的 編碼增益有著密切的關(guān)系，文獻(xiàn)CN201110390209.X、CN201310481617.5在大多數(shù)的情況下 無法達(dá)到最優(yōu)的編碼效益。在文獻(xiàn)CN201010607024.5中通過反饋丟包的信息，編碼節(jié)點對 于多個需要重傳的數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼組合，然后在進(jìn)行廣播重傳。文獻(xiàn)CN201310481617.5提 出了無線網(wǎng)絡(luò)中基于機(jī)會網(wǎng)絡(luò)編碼的加權(quán)廣播重傳方案，該方案通過構(gòu)建加權(quán)數(shù)據(jù)包分布 矩陣WPDM，在重傳過程中采用新的調(diào)度算法進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)包的選取，并將選取的數(shù)據(jù)包進(jìn) 行X0R編碼后再重傳。該方案在選包階段可以選出最優(yōu)的編碼包，但由于編碼包結(jié)合數(shù)限制 為2個，文獻(xiàn)CN201310481617.5選出了編碼包個數(shù)為2的能夠使編碼增益最大的編碼包，綜 合來看文獻(xiàn)CN201310481617.5在選擇關(guān)聯(lián)包的算法上有一定的優(yōu)化，但是可以進(jìn)行編碼的 關(guān)聯(lián)包的個數(shù)沒有達(dá)到最優(yōu)，編碼增益沒有最大化，沒有達(dá)到最優(yōu)的重傳效果。
[0004] 本發(fā)明由2013年重慶高校創(chuàng)新團(tuán)隊建計劃資助項目（NO.KJTD201310)、以及國家 高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）"5G無線網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知與虛擬化關(guān)鍵技術(shù)研究與驗證" (N0.2015AA01A705)，進(jìn)行資助。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種機(jī)會式 網(wǎng)絡(luò)編碼搜尋最優(yōu)關(guān)聯(lián)包的重傳方法，其包括以下步驟：
[0006] 101、發(fā)送端依據(jù)反饋信息生成丟包矩陣，（設(shè)該矩陣有M行N列，其中N列列向量?： (1 < i < N)代表數(shù)據(jù)包，M行行向量Rj代表接收端（1 < M)。其中當(dāng)PLM( i，j) = 1時，表示接 收端Rj正確接收到數(shù)據(jù)包Pi，而當(dāng)PLM( i，j) = 0，表示接收端Rj丟失數(shù)據(jù)包Pi。發(fā)送端記錄每 個接收端的狀態(tài)后，進(jìn)入丟包恢復(fù)階段。在丟包矩陣中利用最大團(tuán)算法搜索可以編碼的關(guān) 聯(lián)包，生成編碼包組，找出可以編碼的關(guān)聯(lián)包所在的列，依據(jù)這些列生成鄰接矩陣；
[0007] 102、在鄰接矩陣中，計算步驟101所述的編碼包組的編碼增益，若編碼包組的編碼 增益是編碼包組中最大的則傳輸該編碼包組，則跳轉(zhuǎn)至步驟103;否則返回重新計算尋找最 大的編碼增益對應(yīng)的編碼包組；
[0008] 103、更新丟包對應(yīng)的鄰接矩陣，判斷鄰接矩陣中是否有可以進(jìn)行編碼的關(guān)聯(lián)包 組，若是則返回步驟102重新計算編碼包組的編碼增益，若沒有則發(fā)送端根據(jù)鄰接矩陣進(jìn)行 數(shù)據(jù)包的重傳，結(jié)束。
[0009] 進(jìn)一步的，所述步驟101中最大團(tuán)算法具體包括以下步驟:（需要補(bǔ)充）
[0010] -個無向圖G=(V，E)，V是點集，E是邊集。取V的一個子集U，若對于U中任意兩個點 u和V，有邊(u，v)eE，那么稱U是G的一個完全子圖。U是一個團(tuán)當(dāng)且僅當(dāng)U不被包含在一個更 大的完全子圖中。其中的G即為鄰接矩陣所構(gòu)成，V為原始的數(shù)據(jù)包的頂點，兩包之間存在的 關(guān)聯(lián)性映射為無向圖的邊即頂點的無序?qū)?，這一關(guān)系構(gòu)成了最大團(tuán)中各個頂點的連接關(guān) 系。G的最大團(tuán)指的是定點數(shù)最多的一個團(tuán)，本專利只計算團(tuán)數(shù)為（2-4)的最大團(tuán)，由文獻(xiàn) CN201310481617.5得出在2-4個是編碼增益最優(yōu)
[0011] 從一個點u開始，把這個點加入集合U中。將編號比它大的且和它相連的點加入集 合S1中，為了方便，將集合S1中的點有序，讓他們從小到大排列，進(jìn)行第一遍DFS
[0012] 第一遍 DFS:
[0013] 從S1中選擇一個點ul，遍歷S1中，所有編號比ul大且和ul相連的點，其實也就是排 在ul后面，并且和ul相連的點，將它們加入集合S2中。同理，讓S2中的點也按照編號也從小 到大排列。將ul加入集合U中，進(jìn)行
[0014] 第二遍 DFS:
[0015] 從S2中選擇一個點u2,遍歷S2中，所有排在u2后面且和u2相連的點，并把它們加入 集合S3中，讓S3中的點按照編號從小到大排列，將u2加入集合U中進(jìn)行第三遍DFS
[0016] 第三遍 DFS:
[0017] 從S3中選擇一個點u3,遍歷S3中，所有排在u3后面且和u3相連的點，并把它們加入 集合S4中，讓S4中的點按照編號從小到大排列，將u3加入集合U中進(jìn)行第四遍DFS
[0018] 最底層的DFS:
[0019] 當(dāng)某個S集合為空時，DFS過程結(jié)束，得到一個只用后面幾個點構(gòu)成的完全子圖，并 用它去更新只用后面幾個點構(gòu)成的最大團(tuán)。退出當(dāng)前DFS，返回上層DFS，接著找下一個完全 子圖，直到找完所有的完全子圖
[0020] 進(jìn)一步的，所述步驟102中判斷編碼包組的編碼增益是編碼包組中最大的采用逐 一比較法，選擇Eg最大的對應(yīng)的編碼包組進(jìn)行重傳。
[0021] 進(jìn)一步的，所述丟包矩陣采用0-1進(jìn)行表示，若丟包矩陣中的對應(yīng)列全1表示接收 端已成功獲得數(shù)據(jù)包，若有0則表示未成功獲得數(shù)據(jù)包。
[0022] 進(jìn)一步的，所述步驟102中計算編碼包組的編碼增益的計算公式為：
[0024]其中EgS計算出的編碼增益，Pi為各個丟包（1 < i <N)，EPj(2 < j < 4)為生成的編 碼包組，優(yōu)先計算j = 4時的編碼包組目的在于盡可能多的恢復(fù)丟包，選擇Eg最大值所對應(yīng) 的編碼包進(jìn)行重傳。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：
[0026] 本發(fā)明提出了無線網(wǎng)絡(luò)基于中單信源-多信宿場景下，無線網(wǎng)絡(luò)中基于機(jī)會式網(wǎng) 絡(luò)編碼搜尋最優(yōu)關(guān)聯(lián)包的重傳方法，該方法利用了圖論中的最大團(tuán)算法找到可以編碼的所 用關(guān)聯(lián)包組，依據(jù)當(dāng)前丟包分布動態(tài)確定參與編碼包個數(shù)以及參與的編碼包，該策略優(yōu)于 傳統(tǒng)的機(jī)會式網(wǎng)絡(luò)編碼，避免了可以編碼的關(guān)聯(lián)包的包結(jié)合數(shù)固定與編碼包之間可能存在 的交叉重疊問題，該方案還充分利用到機(jī)會網(wǎng)絡(luò)編碼異或操作編解碼簡單便捷的優(yōu)勢，最 大化編碼增益，降低了重傳次數(shù)。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實施例網(wǎng)絡(luò)模型；
[0028]圖2為本發(fā)明的流程框圖；
[0029] 圖3為利用最大團(tuán)算法搜索可以編碼的關(guān)聯(lián)包組；
[0030] 圖4為在所有的可以編碼的關(guān)聯(lián)包組中計算編碼增益最大的編碼包。
【具體實施方式】
[0031] 以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0032] 如圖1所示，
[0033] 無線廣播網(wǎng)絡(luò)模型包括一個廣播發(fā)送基站BS(Base station)和Ri(l < i SN)并且 有如下假設(shè)：
[0034] (1)廣播源以固定的時間間隔A t廣播信息包。
[0035] (2)廣播源節(jié)點和接收節(jié)點之間的傳輸丟包率互不相關(guān)，且服從伯努利分布，對應(yīng) 某個接收節(jié)點的丟包率為Pn。
[0036] (3)廣播源與接收端能夠同時能夠獲得接收節(jié)點丟失情況，如信息包是否丟失，丟 失信息包序列號。
[0037] 如圖2所示為本發(fā)明的流程框圖，一種機(jī)會式網(wǎng)絡(luò)編碼搜尋最優(yōu)關(guān)聯(lián)包的重傳方 法，其包括以下步驟：
[0038] 101、發(fā)送端依據(jù)反饋信息生成丟包矩陣，（設(shè)該矩陣有M行N列，其中N列列向量?： (1 <