專利名稱：用于實(shí)現(xiàn)多跳無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)廣播的傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴泉碼和網(wǎng)絡(luò)編碼，屬于無線數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在LT codes以及Raptor codes作為噴泉碼的兩種實(shí)現(xiàn)形式被提出并且加以研究 之后，噴泉碼被證明是一種擁有優(yōu)秀的傳輸性能和低復(fù)雜度的實(shí)現(xiàn)過程的數(shù)據(jù)編碼方式， 因此噴泉碼也被看作是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)廣播的理想傳輸手段，并且已被列入作為具體的 3GPP和DVB-H的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)的關(guān)鍵就是通過核心的LT編碼器，在數(shù)據(jù)發(fā)送端由K個(gè) 源數(shù)據(jù)包產(chǎn)生出無限多個(gè)被稱為LT codes的編碼碼字，而接收端的LT解碼器只需要從中 正確接收到任意的稍大于K的N個(gè)LT codes，就可以恢復(fù)出左右的K個(gè)源數(shù)據(jù)包。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)需要在發(fā)送端與接收端之間建立一條信道(backhaul)來處 理來自接收端的數(shù)據(jù)重傳請(qǐng)求(ARQ)，而在組播、廣播服務(wù)中，發(fā)送端可能需要處理來自不 同接收端的針對(duì)不同數(shù)據(jù)包的ARQ，這些處理過程將會(huì)嚴(yán)重降低網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，時(shí)延等性 能。而當(dāng)使用噴泉碼來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，如果傳輸信道是刪除信道，那么在該信道上發(fā)送的 數(shù)據(jù)包要么被丟棄，要么被接收端正確無誤地收到，于是在刪除信道的環(huán)境下使用噴泉碼 進(jìn)行傳輸時(shí)，接收端只需要不斷接收信道上傳輸?shù)腖T codes，無論在接收過程中有多少的 LT codes被信道刪除，數(shù)據(jù)接收端最終必然可以成功接收到N個(gè)LT codes從而成功恢復(fù)出 K個(gè)源數(shù)據(jù)包。因此在使用噴泉碼后，發(fā)送端將不再需要處理來自接收端的ARQ，只需要一 直發(fā)送LT codes，直到所有的接收端都反饋完成接收后就可以停止傳輸當(dāng)前數(shù)據(jù)了。噴泉碼在無線信道上也能可靠的傳輸，傳輸系統(tǒng)使用CRC方式來確保源數(shù)據(jù)的正 確恢復(fù)。網(wǎng)絡(luò)編碼的基本原理是賦予多跳無線網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)以編碼解碼能力。通過在 中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，網(wǎng)絡(luò)的容量得到了一定程度的提高。另外網(wǎng)絡(luò)編碼帶給無線傳輸 領(lǐng)域的好處不僅僅是提高網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的容量，網(wǎng)絡(luò)編碼也同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)安全，測量方面也有較大 的貢獻(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)編碼和噴泉碼的編碼過程相當(dāng)類似，在每一個(gè)編碼時(shí)隙，兩者的編碼都是通 過在節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選取幾個(gè)輸入的數(shù)據(jù)包再將這些數(shù)據(jù)包進(jìn)行異或運(yùn)算，得到的計(jì)算結(jié)果作為 編碼結(jié)果進(jìn)行輸出。因此我們可以利用噴泉碼的數(shù)據(jù)接收特性以及網(wǎng)絡(luò)編碼帶給網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 傳輸?shù)母咝?，發(fā)展出一種融合了網(wǎng)絡(luò)編碼和噴泉碼特點(diǎn)的，新的數(shù)據(jù)傳輸方式，以此來實(shí) 現(xiàn)多跳無線網(wǎng)絡(luò)上可靠的數(shù)據(jù)廣播，并且對(duì)其性能做一定的改善?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)廣播技術(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送端在廣播數(shù)據(jù)包時(shí)，將其所存儲(chǔ)的各個(gè)數(shù)據(jù)包依次 向數(shù)據(jù)接收端進(jìn)行廣播，如果存在數(shù)據(jù)接收端沒有將數(shù)據(jù)完全接收，那么接收端在第一次 將所有的數(shù)據(jù)包依次發(fā)送結(jié)束后，將要將這些數(shù)據(jù)包再依次發(fā)送第二遍，或者更多遍，直到 所有的數(shù)據(jù)接收端都成功接收數(shù)據(jù)為止。因此只要有一個(gè)數(shù)據(jù)接收端沒有完成數(shù)據(jù)接收， 數(shù)據(jù)發(fā)送端就必須將所有的廣播數(shù)據(jù)包依次發(fā)送一遍，這造成了相當(dāng)大的資源浪費(fèi)，同時(shí) 數(shù)據(jù)廣播的效率也十分低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的用于實(shí)現(xiàn)多跳無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)廣播的傳輸方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了基于噴泉碼和網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)融合的數(shù)據(jù)傳輸方 式，利用多跳無線網(wǎng)絡(luò)中中繼節(jié)點(diǎn)的編碼能力，在數(shù)據(jù)從發(fā)送端經(jīng)過各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)直至被 接收端接收的過程中，實(shí)現(xiàn)噴泉碼的編碼過程，使得數(shù)據(jù)在接收端被接收后可以經(jīng)過噴泉 碼解碼恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。具體地說，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案如下該用于實(shí)現(xiàn)多跳無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)廣播的傳輸方法是所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)含有兩個(gè) 以上的數(shù)據(jù)發(fā)送端和一個(gè)以上的數(shù)據(jù)接收端，每跳中繼包含一個(gè)以上的中繼節(jié)點(diǎn)，并且所 有數(shù)據(jù)發(fā)送端與中繼節(jié)點(diǎn)都達(dá)到同步；所述傳輸方法包括如下步驟(1)所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心向各數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送一組相同的待廣播數(shù)據(jù) 包，各數(shù)據(jù)發(fā)送端將所接收的待廣播數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)；(2)在所有數(shù)據(jù)發(fā)送端對(duì)所接收的待廣播數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)完畢后，所述數(shù)據(jù)中心停止 向各數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送待廣播數(shù)據(jù)包；(3)在所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，各數(shù)據(jù)發(fā)送端從所存儲(chǔ)的待廣 播數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選取一個(gè)向第一跳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播，所述第一跳節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)；(4)第一跳節(jié)點(diǎn)在所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙接收到所有數(shù)據(jù)發(fā)送 端所發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，以概率P執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼，或者以概率I-P執(zhí)行直接轉(zhuǎn)發(fā)；所述執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的步驟為該第一跳節(jié)點(diǎn)在所有接收到的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇兩 個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行異或計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果作為編碼結(jié)果在緊接的下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙向下一 跳節(jié)點(diǎn)廣播，將其余未被選擇到的數(shù)據(jù)包丟棄，接著等待下一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙以接收新的 來自所有數(shù)據(jù)發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù)包；所述執(zhí)行直接轉(zhuǎn)發(fā)的步驟為該第一跳節(jié)點(diǎn)在所有接收到的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇一 個(gè)，并將選中的數(shù)據(jù)包在緊接的下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙向下一跳節(jié)點(diǎn)廣播，將其余未被選中 的數(shù)據(jù)包丟棄，接著等待下一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙接收新的來自所有數(shù)據(jù)發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù) 包；若所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)為兩跳網(wǎng)絡(luò)，則所述下一跳節(jié)點(diǎn)為數(shù)據(jù)接收端并執(zhí)行步驟 (6)；若所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)為三跳以上的網(wǎng)絡(luò)，則所述下一跳節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)并執(zhí)行步驟 (5)；(5)所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)中的除第一跳節(jié)點(diǎn)以外的其他中繼節(jié)點(diǎn)在每一個(gè)數(shù)據(jù)接收 時(shí)隙接收到其上一跳節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，以概率P執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼，或者以概率I-P執(zhí)行 直接轉(zhuǎn)發(fā)；所述執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的步驟為該中繼節(jié)點(diǎn)將在所有接收到的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇兩 個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行異或計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果作為編碼結(jié)果在緊接的下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙向下一 跳節(jié)點(diǎn)廣播，將其余未被選擇到的數(shù)據(jù)包丟棄，接著等待下一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙以接收新的 來自所有數(shù)據(jù)發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù)包；所述執(zhí)行直接轉(zhuǎn)發(fā)的步驟為該中繼節(jié)點(diǎn)將在所有接收到的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇一 個(gè)，并將選中的數(shù)據(jù)包在緊接的下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙向下一跳節(jié)點(diǎn)廣播，將其余未被選中的數(shù)據(jù)包丟棄，接著等待下一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙接收新的來自所有數(shù)據(jù)發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù) 包；(6)各數(shù)據(jù)接收端在從上一跳中繼節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包后利用所接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行 LT解碼直至所述數(shù)據(jù)發(fā)送端所存儲(chǔ)的待廣播數(shù)據(jù)包全部恢復(fù)，該數(shù)據(jù)接收端完成數(shù)據(jù)接 收，并停止接收新的數(shù)據(jù)包；(7)各數(shù)據(jù)接收端在完成數(shù)據(jù)接收后，向所有的數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送反饋信息表明數(shù) 據(jù)接收成功；(8)當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端接收到所有數(shù)據(jù)接收端所發(fā)送的反饋信息后，所有數(shù)據(jù)發(fā) 送端停止發(fā)送當(dāng)前存儲(chǔ)的帶廣播數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)廣播數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中，多跳無 線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用基于概率P的網(wǎng)絡(luò)編碼過程完成的噴泉碼編碼過程，在各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)傳輸?shù)?待廣播數(shù)據(jù)包進(jìn)行異或計(jì)算或者直接轉(zhuǎn)發(fā)，使得對(duì)待廣播數(shù)據(jù)包的LT編碼過程得以在數(shù) 據(jù)包在多跳無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸過程中實(shí)現(xiàn)，而數(shù)據(jù)接收端在接收到一定數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)包后 就可以完全恢復(fù)待廣播數(shù)據(jù)包。這種數(shù)據(jù)廣播與網(wǎng)絡(luò)編碼的結(jié)合，使得數(shù)據(jù)接收端可以利 用噴泉碼的接收特性來更高效地恢復(fù)數(shù)據(jù)；因此提升數(shù)據(jù)廣播的性能。(2)本發(fā)明所述的 數(shù)據(jù)廣播方式基于噴泉碼傳輸原理，數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)可以以更高的效率進(jìn)行傳輸，對(duì)比起現(xiàn) 有的廣播技術(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送端可以在遇到有數(shù)據(jù)接收端未能完成數(shù)據(jù)接收的情況時(shí)，發(fā)送更 少量的數(shù)據(jù)包來使得數(shù)據(jù)接收端完成數(shù)據(jù)接收，這樣就可以降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷以及數(shù)據(jù)發(fā)送端 和接收端的開銷。(3)本發(fā)明在中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理過程中復(fù)雜度很低，適合一般的中繼節(jié) 點(diǎn)使用；同時(shí)可以降低傳輸延時(shí)以及能量消耗，是一種成本很低的數(shù)據(jù)廣播的實(shí)現(xiàn)方法。


圖1是本發(fā)明所涉及的多跳無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D；圖2是本發(fā)明傳輸方法的流程圖；圖3是本發(fā)明一種實(shí)施方式中數(shù)據(jù)接收端的誤包率曲線圖。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明所涉及的多跳無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D，多跳無線網(wǎng)絡(luò)含有T個(gè)2)數(shù) 據(jù)發(fā)送端和一個(gè)以上的接收廣播數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收端，每跳中繼包含一個(gè)以上的中繼節(jié)點(diǎn)， 并且所有數(shù)據(jù)發(fā)送端與中繼節(jié)點(diǎn)都達(dá)到同步。每個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端各自儲(chǔ)存著一組相同大小和 內(nèi)容的待廣播數(shù)據(jù)包等待發(fā)送，這組數(shù)據(jù)包來自多跳無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)包從數(shù)據(jù) 發(fā)送端發(fā)送，經(jīng)過J+1跳后達(dá)到數(shù)據(jù)接收端，也就是說網(wǎng)絡(luò)中一共有J跳的中繼，每一跳中 繼包含了 A個(gè)固定位置的中繼節(jié)點(diǎn)(i = 1，2... J)，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都有編碼的功能，并且能 夠接收在拓?fù)鋱D中來自該節(jié)點(diǎn)上一跳的所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息，而且只能接收來自上一跳節(jié) 點(diǎn)的信息，即第一跳中繼節(jié)點(diǎn)能夠接收所有發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)包，而第i跳中繼中的中繼 節(jié)點(diǎn)能夠自由接收所有屬于第i_l跳中繼的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且只能收到來自這些 中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收端是移動(dòng)的，因此對(duì)于多跳無線網(wǎng)絡(luò)，盡管第J跳中繼發(fā)送數(shù)據(jù) 時(shí)時(shí)廣播的，但是由于發(fā)送功率的限制，并不是每一個(gè)移動(dòng)數(shù)據(jù)接收端都能收到其發(fā)送的 數(shù)據(jù)，因此在此多跳無線網(wǎng)絡(luò)廣播環(huán)境中，各個(gè)數(shù)據(jù)接收端根據(jù)當(dāng)前的位置以及第J層中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，可以接收M個(gè)第J層中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包。因此網(wǎng)絡(luò)的總體拓?fù)淇梢员硎緸?T，H1, IV·· )，對(duì)于每一個(gè)數(shù)據(jù)接收端，它所對(duì) 應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢员硎緸?T，H1, ν··!^，Μ)。本發(fā)明設(shè)定在本發(fā)明所述的多跳無線網(wǎng)絡(luò)中，所有的數(shù)據(jù)發(fā)送端以及網(wǎng)絡(luò)中的 中繼節(jié)點(diǎn)全部嚴(yán)格同步，所有的節(jié)點(diǎn)都在同一時(shí)刻(網(wǎng)絡(luò)定義的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙)發(fā)送數(shù)據(jù) 包，在同一時(shí)刻(網(wǎng)絡(luò)定義的數(shù)據(jù)接收時(shí)隙)接收數(shù)據(jù)包。定義一個(gè)參數(shù)P，其中0 < P < 1，參數(shù)P表示中繼節(jié)點(diǎn)選擇執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的概率。多跳無線網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端從服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)中心得到一組個(gè)數(shù)相同， 內(nèi)容相同的帶廣播數(shù)據(jù)包，在各數(shù)據(jù)發(fā)送端之間達(dá)到同步后，發(fā)送端開始向數(shù)據(jù)接收端進(jìn) 行數(shù)據(jù)廣播。如圖2所示，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下1)各數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)包多跳無線網(wǎng)絡(luò)中的各數(shù)據(jù)發(fā)送端先從廣播服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)中心獲取一組包含 當(dāng)前需要廣播的內(nèi)容的待廣播數(shù)據(jù)包，然后將這組待廣播數(shù)據(jù)包儲(chǔ)存。各數(shù)據(jù)發(fā)送端接收完所有的待廣播數(shù)據(jù)包并將其儲(chǔ)存完畢后，數(shù)據(jù)中心停止向各 數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送待廣播數(shù)據(jù)包，而后數(shù)據(jù)廣播過程開始，每個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端在每個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送 時(shí)隙中隨機(jī)地從它所存儲(chǔ)的所有的待廣播數(shù)據(jù)包中抽取一個(gè)，向第一跳的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣 播；2)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行計(jì)算處理多跳無線網(wǎng)絡(luò)的各中繼節(jié)點(diǎn)可以接收位于其上一跳所有的節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)包。 當(dāng)多跳無線網(wǎng)絡(luò)為兩跳時(shí)，第一跳中繼節(jié)點(diǎn)在每一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙中收到來自數(shù)據(jù)發(fā)送端 發(fā)送的T個(gè)待廣播數(shù)據(jù)包，在接收到這些數(shù)據(jù)包后，第一跳的中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)概率P選擇是否 要在當(dāng)前時(shí)隙在此節(jié)點(diǎn)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼，即執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的概率為P，不執(zhí)行的概率是1-Ρ，P 的值可任意確定。需要說明的是，P的取值不同使得各個(gè)中繼執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的概率發(fā)生變 化，相應(yīng)地使數(shù)據(jù)接收端在恢復(fù)數(shù)據(jù)發(fā)送端的數(shù)據(jù)包時(shí)所需要的總體接收時(shí)間以及總體接 收數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)產(chǎn)生不同。如果選擇執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼，那么該中繼節(jié)點(diǎn)就在當(dāng)前接收時(shí)隙接收 到的所有的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選取兩個(gè)待廣播數(shù)據(jù)包進(jìn)行異或計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為輸出向下 一跳的數(shù)據(jù)接收端廣播，其余未被選擇到執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)包被丟棄。如果不選擇執(zhí)行 網(wǎng)絡(luò)編碼，那么該節(jié)點(diǎn)就在當(dāng)前接收時(shí)隙從接收到的所有數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)據(jù)包向 下一跳的數(shù)據(jù)接收端進(jìn)行廣播，其余未被選擇到的待廣播數(shù)據(jù)包被隨即丟棄。因此，如果所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)只有兩跳，那么數(shù)據(jù)包在經(jīng)過第一跳中繼的中繼節(jié) 點(diǎn)處理后就直接被廣播到數(shù)據(jù)接收端，數(shù)據(jù)接收端將利用接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行LT解碼直 至恢復(fù)出數(shù)據(jù)發(fā)送端所存儲(chǔ)的全部的待廣播數(shù)據(jù)包。而對(duì)于三跳以上的多跳無線網(wǎng)絡(luò)，則至少包含兩跳的中繼節(jié)點(diǎn)。對(duì)于那些不是位 于第一跳位置的中繼節(jié)點(diǎn)，即對(duì)于位于第i跳(i ^ 2)的中繼節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)將在每一個(gè)數(shù)據(jù) 接收時(shí)隙中收到所有由上一跳節(jié)點(diǎn)發(fā)送的IV1個(gè)(i > 1)經(jīng)過中繼節(jié)點(diǎn)處理的數(shù)據(jù)包。在 接收到這些數(shù)據(jù)包后，該中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)概率P選擇是否要在當(dāng)前時(shí)隙在此節(jié)點(diǎn)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編 碼(執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的概率為P，不執(zhí)行的概率是1-P)。如果該節(jié)點(diǎn)選擇執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼，那么 該節(jié)點(diǎn)就在當(dāng)前接收時(shí)隙接收到的所有的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選取兩個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行異或計(jì)算，將
6計(jì)算結(jié)果作為輸出向下一層的中繼節(jié)點(diǎn)(i < J)或者接收端廣播(i = J)，其余未被選擇到 執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)包被丟棄。如果該節(jié)點(diǎn)不選擇執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼，那么該節(jié)點(diǎn)就在當(dāng)前接 收時(shí)隙從接收到的所有數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)據(jù)包向下一跳的中繼節(jié)點(diǎn)或者數(shù)據(jù)接收 端進(jìn)行廣播，其余未被選擇到的數(shù)據(jù)包被隨即丟棄。3)數(shù)據(jù)接收端恢復(fù)發(fā)送端原始廣播數(shù)據(jù)當(dāng)某個(gè)移動(dòng)的數(shù)據(jù)接收端可以接收來自M個(gè)屬于第J跳中繼的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù) 據(jù)。各個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端在經(jīng)歷若干的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙(K個(gè))完成了一定量的數(shù)據(jù)包發(fā)送后，該 數(shù)據(jù)接收端一共收到了 K*M個(gè)數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包可能已經(jīng)經(jīng)過了中繼節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼， 都是數(shù)據(jù)發(fā)送端所存儲(chǔ)的待廣播數(shù)據(jù)包的線性組合。因此對(duì)于數(shù)據(jù)接收端，它相當(dāng)于接收 到了一系列的由數(shù)據(jù)發(fā)送端的待廣播數(shù)據(jù)包經(jīng)過LT編碼產(chǎn)生的LT碼字。因此在接收到一 定數(shù)量的數(shù)據(jù)包(LT碼字)后，數(shù)據(jù)接收端嘗試對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行LT解碼以恢復(fù)數(shù) 據(jù)發(fā)送端的原始數(shù)據(jù)包，即所有的待廣播數(shù)據(jù)包。如果當(dāng)前該數(shù)據(jù)接收端LT解碼失敗，原 始數(shù)據(jù)無法完全恢復(fù)，此接收端將會(huì)繼續(xù)在接下來的若干個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙中接收新的數(shù)據(jù) 包，然后接著再次嘗試進(jìn)行LT解碼，直到所有的發(fā)送端存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包均被恢復(fù)，數(shù)據(jù)發(fā)送 端所存儲(chǔ)的待廣播數(shù)據(jù)包全部被該接收端接收為止。4)數(shù)據(jù)發(fā)送端停止數(shù)據(jù)廣播當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)接收端完成發(fā)送端數(shù)據(jù)包恢復(fù)后，該數(shù)據(jù)接收端向所有數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā) 送一個(gè)反饋信號(hào)，表示數(shù)據(jù)接收完畢。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端接收到了來自所有數(shù)據(jù)接收端的 反饋信號(hào)后，數(shù)據(jù)發(fā)送端確認(rèn)所有的接收端都已完成數(shù)據(jù)接收，該數(shù)據(jù)廣播成功完成，各個(gè) 數(shù)據(jù)發(fā)送端停止發(fā)送數(shù)據(jù)。從上述過程我們可以發(fā)現(xiàn)，通過在無限多跳無線網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)以概率P執(zhí) 行網(wǎng)絡(luò)編碼，傳輸系統(tǒng)可以在發(fā)送端發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中完成對(duì)這些 廣播數(shù)據(jù)包的LT編碼過程，使得數(shù)據(jù)接收端只需要接收到一定量的經(jīng)過中繼節(jié)點(diǎn)處理后 的數(shù)據(jù)包，就可以通過LT解碼恢復(fù)所有的廣播數(shù)據(jù)包。但是通過這種方式所完成的LT 編碼過程，它所關(guān)聯(lián)的度數(shù)分布函數(shù)并不是M. Luby提出的效率很高的Robust Soliton Distribution，而是效率比較低的一種度數(shù)分布，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中生成的LT碼從性能 方面來說并不是最優(yōu)的。但是這不妨礙數(shù)據(jù)接收端使用LT解碼來恢復(fù)發(fā)送端發(fā)送的廣播 數(shù)據(jù)包。也就是說，經(jīng)過上述的網(wǎng)絡(luò)編碼過程，接收端只要接收到一定數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)包 后，就可以通過LT解碼過程來恢復(fù)原始數(shù)據(jù)包，該網(wǎng)絡(luò)編碼過程實(shí)現(xiàn)了多跳無線網(wǎng)絡(luò)中對(duì) 發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)的進(jìn)行LT編碼的過程，而數(shù)據(jù)接收端利用LT噴泉碼的接收特性，以更高 的效率完成數(shù)據(jù)廣播的傳輸。圖3包含的曲線表示的是本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收端在一種拓?fù)鋱鼍爸械慕邮諗?shù)據(jù)時(shí) 恢復(fù)發(fā)送端數(shù)據(jù)包的誤包率曲線，所謂的誤包率指的是接收端所恢復(fù)的數(shù)據(jù)包和發(fā)送端所 存儲(chǔ)的待廣播數(shù)據(jù)包相比，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包所占的百分比。圖3曲線代表的是一個(gè)接收端的 數(shù)據(jù)恢復(fù)情況，可以廣泛代表數(shù)據(jù)廣播時(shí)所有接收端的平均接收性能。圖3誤包率曲線是 在下面的拓?fù)洵h(huán)境中實(shí)現(xiàn)的該拓?fù)浒?2跳的中繼，對(duì)于曲線所考察的數(shù)據(jù)接收端，我 們將它所對(duì)應(yīng)的拓?fù)浔硎?T，H1, M)，其中T表示傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端個(gè)數(shù)，這些發(fā)送端存儲(chǔ) 著相同的源數(shù)據(jù)包，在每個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)選取一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送。Ii1表示的是第一跳中繼 中的中繼節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，這些節(jié)點(diǎn)各自接收T個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)包并且基于概率P選
7擇是否要執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼，然后輸出處理后的數(shù)據(jù)包。M表示的是第二跳中繼中可供當(dāng)前接 收端接收數(shù)據(jù)的中繼個(gè)數(shù)，對(duì)于不同的接收端，M的值可以是不同的。圖3中，設(shè)定數(shù)據(jù)發(fā) 送端的待廣播數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)為1000，一共經(jīng)歷800個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，也就是說每一個(gè)發(fā)送端 各自隨機(jī)發(fā)送800個(gè)待廣播數(shù)據(jù)包，P表示各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的概率。經(jīng)過網(wǎng)絡(luò) 編碼后，圖3表示的是接收端從M個(gè)第二層中繼節(jié)點(diǎn)共收集了 800*M個(gè)數(shù)據(jù)包以后，使用LT 解碼恢復(fù)源數(shù)據(jù)包時(shí)的誤包率。可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)各層的站點(diǎn)增多時(shí)，原始數(shù)據(jù)的恢復(fù)性能越 好，PER的值越低。同時(shí)，在執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的概率P進(jìn)行改變時(shí)，數(shù)據(jù)恢復(fù)的性能也在跟著 變化，但是無論P(yáng)取什么值，只要各數(shù)據(jù)發(fā)送端持續(xù)不斷地發(fā)送待廣播數(shù)據(jù)包，經(jīng)過足夠長 的傳輸時(shí)間(數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙)后，數(shù)據(jù)接收端都能夠利用LT碼的接收特性完全恢復(fù)出所有 的廣播數(shù)據(jù)包，也就是說，從數(shù)據(jù)發(fā)送端開始發(fā)送第一個(gè)待廣播數(shù)據(jù)包開始，直到數(shù)據(jù)接收 端通過LT解碼完成數(shù)據(jù)恢復(fù)的這段總的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，是和P的值有關(guān)的，以更短的時(shí)間 完成廣播數(shù)據(jù)接收代表了更高的數(shù)據(jù)廣播效率。因此，本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收端必定能夠恢復(fù) 出所有的廣播數(shù)據(jù)包，本發(fā)明所述的用于實(shí)現(xiàn)多跳無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)廣播的傳輸方法是有效 的，而選擇合適的P值會(huì)使得數(shù)據(jù)廣播以更高的效率進(jìn)行傳輸。
權(quán)利要求
一種用于實(shí)現(xiàn)多跳無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)廣播的傳輸方法，其特征是所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)含有兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)發(fā)送端和一個(gè)以上的數(shù)據(jù)接收端，每跳中繼包含一個(gè)以上的中繼節(jié)點(diǎn)，并且所有數(shù)據(jù)發(fā)送端與中繼節(jié)點(diǎn)都達(dá)到同步；所述傳輸方法包括如下步驟(1)所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心向各數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送一組相同的待廣播數(shù)據(jù)包，各數(shù)據(jù)發(fā)送端將所接收的待廣播數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)；(2)在所有數(shù)據(jù)發(fā)送端對(duì)所接收的待廣播數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)完畢后，所述數(shù)據(jù)中心停止向各數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送待廣播數(shù)據(jù)包；(3)在所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙，各數(shù)據(jù)發(fā)送端從所存儲(chǔ)的待廣播數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選取一個(gè)向第一跳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播，所述第一跳節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)；(4)第一跳節(jié)點(diǎn)在所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙接收到所有數(shù)據(jù)發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，以概率P執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼，或者以概率1 P執(zhí)行直接轉(zhuǎn)發(fā)；所述執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的步驟為該第一跳節(jié)點(diǎn)在所有接收到的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇兩個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行異或計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果作為編碼結(jié)果在緊接的下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙向下一跳節(jié)點(diǎn)廣播，將其余未被選擇到的數(shù)據(jù)包丟棄，接著等待下一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙以接收新的來自所有數(shù)據(jù)發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù)包；所述執(zhí)行直接轉(zhuǎn)發(fā)的步驟為該第一跳節(jié)點(diǎn)在所有接收到的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇一個(gè)，并將選中的數(shù)據(jù)包在緊接的下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙向下一跳節(jié)點(diǎn)廣播，將其余未被選中的數(shù)據(jù)包丟棄，接著等待下一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙接收新的來自所有數(shù)據(jù)發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù)包；若所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)為兩跳網(wǎng)絡(luò)，則所述下一跳節(jié)點(diǎn)為數(shù)據(jù)接收端并執(zhí)行步驟(6)；若所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)為三跳以上的網(wǎng)絡(luò)，則所述下一跳節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn)并執(zhí)行步驟(5)；(5)所述多跳無線網(wǎng)絡(luò)中的除第一跳節(jié)點(diǎn)以外的其他中繼節(jié)點(diǎn)在每一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙接收到其上一跳節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，以概率P執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼，或者以概率1 P執(zhí)行直接轉(zhuǎn)發(fā)；所述執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼的步驟為該中繼節(jié)點(diǎn)在所有接收到的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇兩個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行異或計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果作為編碼結(jié)果在緊接的下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙向下一跳節(jié)點(diǎn)廣播，將其余未被選擇到的數(shù)據(jù)包丟棄，接著等待下一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙以接收新的來自上一跳中繼節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)包；所述執(zhí)行直接轉(zhuǎn)發(fā)的步驟為該中繼節(jié)點(diǎn)在所有接收到的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇一個(gè)，并將選中的數(shù)據(jù)包在緊接的下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)隙向下一跳節(jié)點(diǎn)廣播，將其余未被選中的數(shù)據(jù)包丟棄，接著等待下一個(gè)數(shù)據(jù)接收時(shí)隙接收新的來自上一跳中繼節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)包；(6)各數(shù)據(jù)接收端在從上一跳中繼節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包后利用所接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行LT解碼直至所述數(shù)據(jù)發(fā)送端所存儲(chǔ)的待廣播數(shù)據(jù)包全部恢復(fù)，該數(shù)據(jù)接收端完成數(shù)據(jù)接收，并停止接收新的數(shù)據(jù)包；(7)各數(shù)據(jù)接收端在完成數(shù)據(jù)接收后，向所有數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送反饋信息表明數(shù)據(jù)接收成功；(8)當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端接收到所有數(shù)據(jù)接收端所發(fā)送的反饋信息后，所有數(shù)據(jù)發(fā)送端停止發(fā)送當(dāng)前存儲(chǔ)的帶廣播數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于實(shí)現(xiàn)多跳無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)廣播的傳輸方法，包括各數(shù)據(jù)發(fā)送端在每個(gè)發(fā)送時(shí)隙隨機(jī)選取一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送；中繼節(jié)點(diǎn)在接收到上一跳節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，或者在接收到的數(shù)據(jù)包中選擇兩個(gè)進(jìn)行異或計(jì)算向下一跳節(jié)點(diǎn)發(fā)送而丟棄其余的數(shù)據(jù)包，或者在接收到的數(shù)據(jù)包中隨機(jī)選擇一個(gè)向下一跳節(jié)點(diǎn)廣播，其余數(shù)據(jù)包丟棄；各數(shù)據(jù)接收端在從上一跳中繼節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包后利用所接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行LT解碼直至數(shù)據(jù)發(fā)送端所存儲(chǔ)的待廣播數(shù)據(jù)包全部恢復(fù)才停止接收數(shù)據(jù)包，并向發(fā)送端發(fā)送反饋信息說明接收成功；當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送端接收到所有數(shù)據(jù)接收端所發(fā)送的反饋信息后，所有數(shù)據(jù)發(fā)送端停止發(fā)送當(dāng)前存儲(chǔ)的帶廣播數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101895376SQ201010248898
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者呂思達(dá), 崔云, 張宏綱, 王峰, 王曉, 趙志峰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)