[發明專利]無線多播中基于混合網絡編碼的用戶協作方法

有效

• 申請號: 201710177521.8
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107026714B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 孫永軍;趙朋俊;周昶;王倩;董文欣
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/18
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種無線多播中基于混合網絡編碼的用戶協作方法，包括以下步驟：

(1)多播數據包：

無線多播系統中的源節點將待發送的數據包，按照從1開始遞增的順序編號后，依次多播給協作簇內的用戶；

(2)建立數據包分布矩陣：

(2a)協作簇內的每個用戶接收源節點發送的數據包，同時記錄接收過程中數據包的丟失情況，將所有數據包的丟失情況用數據包分布向量表示；

(2b)協作簇內的所有用戶依次廣播自己的數據包分布向量，每個用戶接收其他用戶的數據包分布向量；

(2c)每個用戶將收到的其他用戶的數據包分布向量與自己的數據包分布向量，合并成一個數據包分布矩陣；

(3)選出重傳者：

將數據包分布矩陣中成功接收數據包數量最多的用戶作為重傳者；

(4)獲得數據包稀有度向量：

(4a)按照下式，計算接收的每個數據包的稀有度：

其中，PFV(j)表示第j個數據包的稀有度，j的取值為[1,N]范圍內任意一個正整數，N表示數據包的總數，M表示協作簇內的用戶總數，∑表示求和操作，PDM(i,l)表示數據包分布矩陣PDM中第i行第l列對應的值，l和j的取值對應相等；

(4b)將所有數據包的稀有度作降序排列后，組成數據包稀有度向量；

(5)判斷數據包稀有度向量中是否存在與協作簇內用戶總數相等的數值，若是，則執行步驟(6)，否則，執行步驟(7)；

(6)重傳者將所有用戶都丟失的數據包報告給源節點，源節點重傳這些數據包后，執行步驟(2)；

(7)判斷重傳者丟失的數據包數是否為0，若是，則執行步驟(10)，否則，執行步驟(8)；

(8)恢復重傳者丟失的數據包：

(8a)設置一個空集合，并命名為重傳者編碼集合；

(8b)將重傳者丟失的數據包中編號最小的數據包放入重傳者編碼集合中，在數據包分布矩陣中，尋找與重傳者編碼集合中數據包編號相同的數據包，將擁有該數據包的任意一個用戶作為發射者；

(8c)使用編碼集合效益值公式，計算重傳者編碼集合的效益值；

所述編碼集合效益值公式如下：

其中，benefit(PS)表示重傳者編碼集合的效益值，PS表示編碼集合，M表示協作簇內的用戶總數，∑表示求和操作，need_i表示用戶i對編碼集合的需求度，need_i的計算公式如下：

其中，l表示重傳者編碼集合中數據包的編號，PDM(k,l)表示數據包分布矩陣PDM中第k行第l列對應的值，k和i的取值對應相等；

(8d)將重傳者編碼集合中包含的數據包與發射者擁有的且不屬于重傳者編碼集合中的任意一個數據包，組成一個發射者編碼集合；

(8e)使用編碼集合效益值公式，計算發射者編碼集合的效益值；

所述編碼集合效益值公式如下：

其中，benefit(PS)表示發射者編碼集合的效益值，PS表示編碼集合，M表示協作簇內的用戶總數，∑表示求和操作，need_i表示用戶i對編碼集合的需求度，need_i的計算公式如下：

其中，l表示發射者編碼集合中數據包的編號，PDM(k,l)表示數據包分布矩陣PDM中第k行第l列對應的值，k和i的取值對應相等；

(8f)判斷發射者編碼集合的效益值是否大于重傳者編碼集合的效益值，若是，則執行步驟(8g)，否則，執行步驟(8h)；

(8g)用發射者編碼集合的效益值更新重傳者編碼集合的效益值，并用發射者編碼集合替換重傳者編碼集合；

(8h)判斷替換后的重傳者編碼集合中數據包總數是否大于等于3，若是，則執行步驟(8i)，否則，執行步驟(8d)；

(8i)將發射者和替換后的重傳者編碼集合通過廣播的方式告知協作簇內的用戶；

(8j)發射者使用異或操作，將替換后的重傳者編碼集合中包含的數據包編碼成一個異或網絡編碼包，采用廣播的方式，將異或網絡編碼包發送出去；

(8k)協作簇內的用戶，用接收到的異或網絡編碼包更新數據包分布矩陣；

(9)判斷重傳者丟失的數據包數是否為0，若是，則執行步驟(10)，否則，執行步驟(8)；

(10)重傳者使用混合網絡編碼方案重傳：

(10a)將更新后的數據包分布矩陣中的所有列，按照數據包稀有度從高到低的順序進行排列；

(10b)將排序后數據包分布矩陣拆分為高稀有度矩陣和低稀有度矩陣，高稀有度矩陣由排序后數據包分布矩陣的1到αN列組成，α表示拆分因子，α的取值為(0,1)范圍內任意一個數，低稀有度矩陣由排序后數據包分布矩陣的αN到N列組成；

(10c)使用隨機性網絡編碼公式，重傳者對高稀有度矩陣中的所有數據包進行編碼后，得到隨機線性網絡編碼包，廣播隨機線性網絡編碼包；

(10d)協作簇內的用戶對接收到的編碼矩陣進行矩陣求逆操作，得到解碼結果；

(10e)判斷低稀有度矩陣是否為全0矩陣，若是，則執行步驟(11)，否則，執行步驟(10f)；

(10f)設置一個空集合，并命名為稀有度編碼集合；

(10g)將低稀有度矩陣包含的數據包中稀有度最高的數據包，放入稀有度編碼集合中；

(10h)利用編碼集合效益值公式，計算稀有度編碼集合的效益值；

所述編碼集合效益值公式如下：

其中，benefit(PS)表示稀有度編碼集合的效益值，PS表示編碼集合，M表示協作簇內的用戶總數，∑表示求和操作，need_i表示用戶i對編碼集合的需求度，need_i的計算公式如下：

其中，l表示稀有度編碼集合中數據包的編號，PDM(k,l)表示數據包分布矩陣PDM中第k行第l列對應的值，k和i的取值對應相等；

(10i)將稀有度編碼集合與重傳者擁有的且不屬于稀有度編碼集合的任意一個數據包，組成一個混合編碼集合；

(10j)利用編碼集合效益值公式，計算混合編碼集合的效益值；

所述編碼集合效益值公式如下：

其中，benefit(PS)表示混合編碼集合的效益值，PS表示編碼集合，M表示協作簇內的用戶總數，∑表示求和操作，need_i表示用戶i對編碼集合的需求度_，need_i的計算公式如下：

其中，l表示混合編碼集合中數據包的編號，PDM(k,l)表示數據包分布矩陣PDM中第k行第l列對應的值，k和i的取值對應相等；

(10k)判斷混合編碼集合的效益值是否大于稀有度編碼集合的效益值，若是，則執行步驟(10l)，否則，執行步驟(10m)；

(10l)將稀有度編碼集合的效益值更新為混合編碼集合的效益值，并將稀有度編碼集合用混合編碼集合替換；

(10m)判斷稀有度編碼集合中數據包總數是否大于等于3，若是，則執行步驟(10n)，否則，執行步驟(10i)；

(10n)將替換后的稀有度編碼集合通過廣播的方式告知協作簇內的用戶；

(10o)重傳者使用異或操作，將替換后的稀有度編碼集合包含的數據包編碼成一個異或網絡編碼包，采用廣播的方式，將異或網絡編碼包發送出去；

(10p)協作簇內的用戶接收重傳者廣播的異或網絡編碼包，用接收到的異或網絡編碼包更新低稀有度矩陣；

(10q)判斷低稀有度矩陣是否為全0矩陣，若是，則執行步驟(11)，否則，執行步驟(10f)；

(11)結束多播過程。