專利名稱：認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要Q006-2020)》、《國家“十一五”科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》以及《863計(jì)劃“十一五”發(fā)展綱要》等國家級科技戰(zhàn)略規(guī)劃文件的部署，認(rèn)知無線電領(lǐng)域被列為重點(diǎn)前沿探索課題。無線電通信頻譜是一種寶貴的資源，目前采用的是基于頻譜授權(quán)的靜態(tài)頻帶分配的原則。隨著無線通信技術(shù)的高速發(fā)展，頻譜資源貧乏的問題日益嚴(yán)重，然而絕大多數(shù)國家的頻譜資源利用率卻不容樂觀。認(rèn)知無線電技術(shù)正是基于這一問題提出的。認(rèn)知無線電技術(shù)是通過智能的頻譜管理來解決頻譜資源“短缺”的有效方法，它能夠感知周圍的環(huán)境，并通過人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，實(shí)時(shí)的改變某些操作參數(shù)(傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，以適應(yīng)接收到的無線信號的統(tǒng)計(jì)變化，從而實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間任何地點(diǎn)的高可靠通信以及對頻譜資源的高效利用。其核心思想就是使無線通信系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)能力，能與周圍環(huán)境交換信息，感知和利用在該空間上的可用頻譜，同時(shí)限制和降低沖突發(fā)生的可能。認(rèn)知無線電通信設(shè)備能夠在較寬的頻段范圍內(nèi)按照設(shè)計(jì)的方式工作，這樣的工作方式顯著的提高了頻譜的使用效率，打破了由傳統(tǒng)的靜態(tài)固定頻譜分配方式帶來的瓶頸，被業(yè)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為是提高當(dāng)前頻譜利用率的最佳方式之一。在認(rèn)知無線電技術(shù)中，頻譜感知最為關(guān)鍵。未授權(quán)用戶(認(rèn)知用戶)感知授權(quán)頻譜，當(dāng)授權(quán)用戶信道沒有被授權(quán)用戶使用即授權(quán)用戶信道空閑時(shí)，認(rèn)知用戶利用該信道傳輸信息；當(dāng)授權(quán)用戶出現(xiàn)時(shí)，為不干擾授權(quán)用戶傳輸信息，認(rèn)知用戶要退出該信道。由于授權(quán)用戶的出現(xiàn)是隨機(jī)性的，認(rèn)知用戶傳輸時(shí)間也是隨機(jī)性的，減少認(rèn)知用戶的傳輸時(shí)間，就可以減小授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的沖突概率。進(jìn)而提高其它認(rèn)知用戶發(fā)現(xiàn)“頻譜空穴”的可能性。本發(fā)明采用網(wǎng)絡(luò)編碼減小傳輸時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)編碼是一種提高頻帶利用率和網(wǎng)絡(luò)可靠性的技術(shù)。簡要地說，網(wǎng)絡(luò)編碼打破了傳統(tǒng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式，它利用中間節(jié)點(diǎn)對收到的不同信息包合在一起編碼成一個(gè)包多播給多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)。由于中間節(jié)點(diǎn)接收信息包具有隨機(jī)性，采用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼可以使最大流速率提高到最小割組播容量。因此，認(rèn)知用戶采用網(wǎng)絡(luò)編碼可以減小傳輸時(shí)延，增大認(rèn)知用戶吞吐量。減小認(rèn)知用戶和授權(quán)用戶沖突概率，增加了其它認(rèn)知用戶發(fā)現(xiàn)“頻譜空穴”的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了降低認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中減小認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶沖突，而提供的認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法。認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法，認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)認(rèn)知基站和L個(gè)認(rèn)知用戶接收節(jié)點(diǎn)組成，在與信道時(shí)間同步的情況下，每個(gè)時(shí)隙中，每個(gè)認(rèn)知用戶的數(shù)據(jù)包能夠以相同的速率到達(dá)任何一個(gè)授權(quán)用戶信道，L為正整數(shù)；認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理方法為步驟一、基站對待發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行緩存，當(dāng)緩存的數(shù)據(jù)包數(shù)量到達(dá)m個(gè)時(shí)，執(zhí)行步驟二，所述m為大于或等于2的整數(shù)；步驟二、基站采用線性隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼方法對步驟一中所述的m個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，獲得編碼后的數(shù)據(jù)包；步驟三、基站將步驟二獲得的編碼后的數(shù)據(jù)包在子網(wǎng)中進(jìn)行廣播；步驟四、基站等待響應(yīng)，直至有認(rèn)知用戶接收步驟二所述的編碼后的數(shù)據(jù)包并進(jìn)行成功解碼后，向基站發(fā)出接收成功的響應(yīng)信息，完成一次數(shù)據(jù)包的傳輸，返回執(zhí)行步驟
ο步驟二中所述基站采用線性隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼方法對步驟一中所述的m個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，其具體方法是認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)是單跳多播網(wǎng)絡(luò)，接收節(jié)點(diǎn)用Ri表示，信息包用Ck表示；接收節(jié)點(diǎn)成功接收到信息包用O表示，未接收到該信息包用1表示；傳輸矩陣是一個(gè)2維陣列表，行表示接收節(jié)點(diǎn)，列表示信息包；信息包效用CUk是指沒有接收到該信息包的接收節(jié)點(diǎn)數(shù)量；接收節(jié)點(diǎn)效用rUi是指沒有被該接收節(jié)點(diǎn)接收到信息包的數(shù)量；網(wǎng)絡(luò)編碼采用異或網(wǎng)絡(luò)編碼，且編碼條件為條件A 能夠立即解碼已編碼信息包接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)量不小于要編碼信息包中當(dāng)前最小信息包效用值CUk ；條件B 要編碼的信息包中每個(gè)信息包都能至少被一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)從該編碼信息包中立即解碼出來；條件C:要編碼信息包再增加下一個(gè)信息包進(jìn)行編碼就不能滿足條件A或者條件B 時(shí)的要編碼信息；或者在滿足信息條件A和條件B情況下，對于要編碼信息包，每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)效用不小于1。異或網(wǎng)絡(luò)編碼具體為初始化基站初始化要編碼信息包矩陣，要編碼信息包數(shù)為0 ；步驟1)、基站掃描下一個(gè)信息包c(diǎn)k，k初始值為1 ；步驟2)、基站判斷是否存在要編碼信息包，如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟3)；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟4)；步驟3)、基站判斷編碼完成的信息包是否是最后一個(gè)信息包，如果判斷結(jié)果為是， 則轉(zhuǎn)發(fā)該信息包Ck ；如果判斷結(jié)構(gòu)為否，則將該信息包Ck進(jìn)行存儲(chǔ)，并作為要編碼信息包， 并執(zhí)行步驟4)；步驟4)、將要編碼信息包數(shù)量加1 ；步驟5)、基站統(tǒng)計(jì)要編碼信息包的數(shù)量；如果要編碼信息包的數(shù)量為1個(gè)時(shí)，則執(zhí)行步驟6)；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟7)；步驟6)、將k的值加1，并返回執(zhí)行步驟1)；步驟7)、基站判斷信息包Ck和要編碼信息包是否滿足條件A和條件B ；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟8)；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟9)；步驟8)、基站統(tǒng)計(jì)要編碼信息包數(shù)量，如果要編碼信息包數(shù)量為1，則將要編碼信息包轉(zhuǎn)發(fā)；如果要編碼信息包數(shù)量大于或等于2，則將要編碼信息包編碼后轉(zhuǎn)發(fā)；并執(zhí)行步驟 12)；步驟9)、基站判斷信息包Ck和預(yù)期編碼信息包是否滿足條件C ；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟10)；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟11)；步驟10)、基站判斷信息包Ck是否是是最后一個(gè)信息包，如果判斷結(jié)果為是，則將信息包c(diǎn)k進(jìn)行編碼后轉(zhuǎn)發(fā)；如果判斷結(jié)果為否，則k的值加1，返回執(zhí)行步驟1)；步驟11)、基站將要編碼信息包進(jìn)行編碼并轉(zhuǎn)發(fā)；步驟1 、基站完成信息包轉(zhuǎn)發(fā)后，接收節(jié)點(diǎn)對信息包進(jìn)行解碼，初始化要編碼信息包矩陣和數(shù)量，并且掃描傳輸矩陣，使k取第一個(gè)信息包效用不是零的下標(biāo)值，且該信息包不是要編碼信息包矩陣中的第一個(gè)信息包，然后返回執(zhí)行步驟1)中。步驟四中認(rèn)知用戶接收步驟二所述的編碼后的數(shù)據(jù)包的時(shí)間期望是

權(quán)利要求
1.認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征是認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)認(rèn)知基站和L個(gè)認(rèn)知用戶接收節(jié)點(diǎn)組成，在與信道時(shí)間同步的情況下，每個(gè)時(shí)隙中，每個(gè)認(rèn)知用戶的數(shù)據(jù)包能夠以相同的速率到達(dá)任何一個(gè)授權(quán)用戶信道，L 為正整數(shù)；認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理方法為步驟一、基站對待發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行緩存，當(dāng)緩存的數(shù)據(jù)包數(shù)量到達(dá)m個(gè)時(shí)，執(zhí)行步驟二，所述m為大于或等于2的整數(shù)；步驟二、基站采用線性隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼方法對步驟一中所述的m個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，獲得編碼后的數(shù)據(jù)包；步驟三、基站將步驟二獲得的編碼后的數(shù)據(jù)包在子網(wǎng)中進(jìn)行廣播； 步驟四、基站等待響應(yīng)，直至有認(rèn)知用戶接收步驟二所述的編碼后的數(shù)據(jù)包并進(jìn)行成功解碼后，向基站發(fā)出接收成功的響應(yīng)信息，完成一次數(shù)據(jù)包的傳輸，返回執(zhí)行步驟一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于步驟二中所述基站采用線性隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼方法對步驟一中所述的m個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，其具體方法是認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)是單跳多播網(wǎng)絡(luò)，接收節(jié)點(diǎn)用氏表示，信息包用ck表示；接收節(jié)點(diǎn)成功接收到信息包用0表示，未接收到該信息包用1表示；傳輸矩陣是一個(gè)2維陣列表，行表示接收節(jié)點(diǎn)，列表示信息包；信息包效用CUk是指沒有接收到該信息包的接收節(jié)點(diǎn)數(shù)量；接收節(jié)點(diǎn)效用rUi是指沒有被該接收節(jié)點(diǎn)接收到信息包的數(shù)量；網(wǎng)絡(luò)編碼采用異或網(wǎng)絡(luò)編碼，且編碼條件為條件A 能夠立即解碼已編碼信息包接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)量不小于要編碼信息包中當(dāng)前最小信息包效用值CUk ；條件B 要編碼的信息包中每個(gè)信息包都能至少被一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)從該編碼信息包中立即解碼出來；條件C 要編碼信息包再增加下一個(gè)信息包進(jìn)行編碼就不能滿足條件A或者條件B時(shí)的要編碼信息；或者在滿足信息條件A和條件B情況下，對于要編碼信息包，每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)效用不小于1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于異或網(wǎng)絡(luò)編碼具體為初始化基站初始化要編碼信息包矩陣，要編碼信息包數(shù)為0 ； 步驟1)、基站掃描下一個(gè)信息包c(diǎn)k，k初始值為1 ；步驟2)、基站判斷是否存在要編碼信息包，如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟3)；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟4)；步驟3)、基站判斷編碼完成的信息包是否是最后一個(gè)信息包，如果判斷結(jié)果為是，則轉(zhuǎn)發(fā)該信息包c(diǎn)k ；如果判斷結(jié)構(gòu)為否，則將該信息包c(diǎn)k進(jìn)行存儲(chǔ)，并作為要編碼信息包，并執(zhí)行步驟4)；步驟4)、將要編碼信息包數(shù)量加1 ；步驟5)、基站統(tǒng)計(jì)要編碼信息包的數(shù)量；如果要編碼信息包的數(shù)量為1個(gè)時(shí)，則執(zhí)行步驟6)；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟7)；步驟6)、將k的值加1，并返回執(zhí)行步驟1)；步驟7)、基站判斷信息包c(diǎn)k和要編碼信息包是否滿足條件A和條件B ；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟8)；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟9)；步驟8)、基站統(tǒng)計(jì)要編碼信息包數(shù)量，如果要編碼信息包數(shù)量為1，則將要編碼信息包轉(zhuǎn)發(fā)；如果要編碼信息包數(shù)量大于或等于2，則將要編碼信息包編碼后轉(zhuǎn)發(fā)；并執(zhí)行步驟 12)；步驟9)、基站判斷信息包c(diǎn)k和預(yù)期編碼信息包是否滿足條件C ；如果判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟10)；如果判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟11)；步驟10)、基站判斷信息包c(diǎn)k是否是是最后一個(gè)信息包，如果判斷結(jié)果為是，則將信息包c(diǎn)k進(jìn)行編碼后轉(zhuǎn)發(fā)；如果判斷結(jié)果為否，則k的值加1，返回執(zhí)行步驟1)；步驟11)、基站將要編碼信息包進(jìn)行編碼并轉(zhuǎn)發(fā)；步驟12)、基站完成信息包轉(zhuǎn)發(fā)后，接收節(jié)點(diǎn)對信息包進(jìn)行解碼，初始化要編碼信息包矩陣和數(shù)量，并且掃描傳輸矩陣，使k取第一個(gè)信息包效用不是零的下標(biāo)值，且該信息包不是要編碼信息包矩陣中的第一個(gè)信息包，然后返回執(zhí)行步驟1)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于步驟四中認(rèn)知用戶接收步驟二所述的編碼后的數(shù)據(jù)包的時(shí)間期望是
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于步驟四中認(rèn)知用戶的隊(duì)列穩(wěn)定條件是認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)包到達(dá)率小于穩(wěn)態(tài)時(shí)認(rèn)知用戶最大吞吐量nNC，即
全文摘要
認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸方法，涉及無線電通信領(lǐng)域。它是為了降低認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)中減小認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶沖突。其方法采用網(wǎng)絡(luò)編碼的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，相比傳統(tǒng)重傳方案ARQ，認(rèn)知用戶采用異或網(wǎng)絡(luò)編碼，認(rèn)知用戶傳輸時(shí)間減小，增大了認(rèn)知用戶吞吐量，減小認(rèn)知用戶和授權(quán)用戶沖突。進(jìn)而提高了其它認(rèn)知用戶發(fā)現(xiàn)授權(quán)用戶信道“頻譜空穴”的可能性。網(wǎng)絡(luò)編碼時(shí)，首先要保證接收節(jié)點(diǎn)可以利用現(xiàn)有信息或者將來信息成功解碼；然后確保要編碼信息包數(shù)量盡可能多，從而更大程度減小傳輸時(shí)間。為方便與ARQ比較吞吐量以及認(rèn)知用戶和授權(quán)用戶沖突概率，本發(fā)明固定了編碼信息包數(shù)量。本發(fā)明適用于無線電傳輸過程中。
文檔編號H04L1/00GK102497253SQ201110424598
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者孫鵬飛, 慕偉, 王孝, 譚學(xué)治, 馬琳, 魏守明 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)