[發明專利]多跳網絡中的健壯編碼

無效

• 申請號: 200980108932.5
• 申請日: 2009-03-12
• 公開（公告）號: CN101971671A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: A·阿吉里奧厄
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H04W40/00
• 分類號: H04W40/00;H04W74/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李舒;劉鵬

技術領域

本發明總體涉及一種在傳輸系統(比如但不限于無線局域網(WLAN))中執行到多個其他傳輸端的多用戶傳輸的發送裝置、接收裝置、系統和方法。

背景技術

現今，例如在IEEE802.11規范中定義的無線局域網(WLAN)幾乎無所不在。可用信道的吞吐量的增加是一個主要問題，并且研究集中在改進物理協議層內的調制和編碼上。

根據802.11標準，無線節點或站實現分布式協調功能(DCF)，這是載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)的一種形式。CSMA/CA是基于競爭的協議，其確定所有站在發送之前首先偵聽介質。其主要目的是避免多個站同時發送，從而導致沖突和相應的重發。如果想要發送幀的站偵聽到介質上超過特定閾值的能量(這可能意味著另一站的發送)，則想要訪問的站在發射幀之前將等待直到介質空閑。協議的沖突避免方面涉及使用接收站向發送站發送的用來驗證無誤差接收的確認。盡管稍微更加復雜，但是訪問介質的該過程可被看作會議，會議中每個人都是有禮貌的并且每個人只在沒有其他人講話時發言。此外，理解此人正在談論的內容的參與者一致點頭。

在隨機運行的回退過程中，有要發送的數據分組的站生成0與競爭窗口(CW)大小之間的隨機數，該隨機數確定了如以時隙數量計數的回退計時器的持續時間。該CW具有最小初值15，在沖突后加倍，可以升高到1023，并且在通過確認(ACK)幀指示的成功傳送之后減小。在檢測到介質空閑達DCF幀間間隔(DIFS)的持續時間之后，移動臺遞減計數回退計時器直到它達到零為止，隨后開始其發送。如果在所述遞減計數期間，另一個移動臺占用介質，則回退中的所用移動臺都中斷它們的遞減計數并推遲直到它們檢測到介質空閑達至少DIFS。該標準包括在傳輸之前可選的請求發送(RTS)-清除發送(CTS)握手。

最近，網絡編碼與廣播的結合已經在基于802.11的多跳無線網絡中得到應用以增加每次傳輸的信息內容，并且已經證實針對數據應用的吞吐量的益處。

圖1示意性描繪了若干無線節點的拓撲。在該圖所呈現的場景中，根據在每個節點處提供的路由表，節點1和2需要將它們的分組a和b分別發送到節點4和5。節點2必須充當這些分組的轉發器，因為節點4和5不在節點1的無線電射程內。根據網絡編碼的基本原理，節點2向節點4廣播編碼的分組(例如，a⊕b)而不是向節點4轉發分組a，以及向節點5廣播分組b。以此方式，節點4和5二者都可以僅僅利用在物理層的來自節點2的一次廣播傳輸而不是兩次專用傳輸來解碼它們的原始分組。這可能導致更高的吞吐量。然而，基于該原理已經提出的實踐方案使用對分組的機會性編碼和傳輸，這意味著在現有的媒體訪問控制(MAC)協議上它們對于完整性不是健壯的。而且，它們需要MAC與路由協議之間的跨層的交互，這妨礙了潛在的干凈(clean)的解決方案。

在用于網絡編碼的所謂的“機會性方法”中，無線節點依靠本地信息來實時檢測并使用編碼機會。如果節點參與機會性監聽，則它們探聽它們在無線介質上聽到的所有通信。這些節點還可以注解它們發送的分組以告知它們的鄰居它們已經聽到了哪些分組。當節點發送時，它可以使用它知道的其鄰居已經接收到的信息執行機會性編碼，這可能意味著如果每個預期的接收機具有足夠的信息來解碼器其分組，則該節點可以結合(例如XOR，“⊕”)多個分組并且以單次傳輸來發送它們。

然而，當前的無線網絡編碼方案所面臨的問題在于，節點機會性地無意聽到不是針對它們的分組傳輸。例如在圖1中，節點1發送針對節點2的分組a，但是它被在節點1的無線電射程內(并且在節點2的無線電射程內)的節點5無意聽到。然而，根據現有的MAC協議，不是預期的接收機的節點(例如圖1中的節點5)不能確認無意聽到的分組的正確接收。這意味著使用網絡編碼算法的節點(例如圖1中的節點2)不能知道它已經做出的編碼判決是否是正確的判決。錯誤的編碼判決最終導致更低的吞吐量，其距離網絡編碼在理論上可能的吞吐量很遠。

在2006年的SIGCOMM中的Sachin?Katti等人的“XORs?in?The?Air：Practical?Wireless?Network?Coding”中，提出了作為解決上述問題的方法的異步帶外確認。然而，根據該方法，當節點決定哪些分組要編碼時，它必須仍然使用隨機的方法以估計無意聽到的分組的命運。顯然，這不是供網絡編碼實際采用的可行方法。