專利名稱：基于無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的分級隨機網(wǎng)絡(luò)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，尤其涉及一種基于無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò) 的分級隨機網(wǎng)絡(luò)編碼方法，屬于網(wǎng)絡(luò)編碼領(lǐng)域和無線通信中的協(xié)作通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)首先由Ahlsuedu等學者在“/萬瓶Info. Theory, 2000, 46(7) 1204-1216”上所發(fā)表的論文“Network information flow”中提出。該論文指出如 果中間節(jié)點對所接收的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)層進行編碼后再轉(zhuǎn)發(fā)，而不是直接進行路由轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng) 絡(luò)容量可被相應(yīng)提高。當前網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)可分為確定性網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)和隨機網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù) 兩種。確定性網(wǎng)絡(luò)編碼可取得較好的系統(tǒng)性能，但需要知道整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)信息，適用 于具有固定拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。隨機網(wǎng)絡(luò)編碼性能不如確定性網(wǎng)絡(luò)編碼，但不需要知道網(wǎng)絡(luò) 的拓撲結(jié)構(gòu)信息。而對于無線網(wǎng)絡(luò)，由于節(jié)點的動態(tài)接入、信道的時變等因素的影響，往往 具有動態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)，因而相對而言，隨機網(wǎng)絡(luò)編碼更適用于無線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)層進行，其往往假定物理層具有可靠的物理鏈接性能。但實 際無線網(wǎng)絡(luò)的物理信道由于受多徑衰落等因素影響而變得不可靠。協(xié)作中繼技術(shù)作為一種 先進的無線通信模式，引起了學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共同關(guān)注，其可以提高無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范 圍和物理層鏈路的鏈接性能。因而可以考慮將隨機網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)和協(xié)作中繼技術(shù)相結(jié)合， 利用協(xié)作中繼技術(shù)來提高無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和物理層鏈路的鏈接性能，利用隨機網(wǎng)絡(luò)編 碼技術(shù)來提高無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的分級隨機網(wǎng)絡(luò)編碼方法，能 夠降低接收節(jié)點端的中斷概率(OP , outage probability)。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種基于無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的分級隨機網(wǎng)絡(luò)編碼方法，所述無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)包括至 少一對信源節(jié)點-接收節(jié)點和至少一個中繼節(jié)點，其特征在于
該網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送分為兩階段，第一階段由所有信源節(jié)點輪流發(fā)送數(shù)據(jù)包，第二階段 由處于激活狀態(tài)的中繼節(jié)點輪流發(fā)送數(shù)據(jù)包；其中第二階段包括如下步驟
步驟A、所有中繼節(jié)點按照其物理層所接收的信號來確定能否正確接收信源節(jié)點所發(fā) 送的信號，并按照正確接收信源節(jié)點數(shù)目的多少對中繼節(jié)點進行分級正確接收信源節(jié)點 數(shù)較多的中繼節(jié)點具有較高的優(yōu)先級，正確接收信源節(jié)點數(shù)目相同的中繼節(jié)點具有相同的 優(yōu)先級；
步驟B、依照優(yōu)先級從高到低的次序，各中繼節(jié)點依次執(zhí)行如下操作根據(jù)從信源節(jié)點 和其它中繼節(jié)點所接收的信息判別是否能在網(wǎng)路層進行有效網(wǎng)絡(luò)譯碼，如是，則該中繼節(jié) 點處于激活狀態(tài)，并進行網(wǎng)絡(luò)譯碼，將網(wǎng)絡(luò)譯碼后的數(shù)據(jù)包進行隨機網(wǎng)絡(luò)編碼，然后將網(wǎng)絡(luò) 編碼后的數(shù)據(jù)包發(fā)送至其它中繼節(jié)點和接收節(jié)點；如否，則該中繼節(jié)點處于空閑狀態(tài)；各個接收節(jié)點根據(jù)兩階段從信源節(jié)點和處于激活狀態(tài)的中繼節(jié)點所接收的信息判斷 是否能進行有效網(wǎng)絡(luò)譯碼，如是，則進行網(wǎng)絡(luò)譯碼恢復出信源節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)包；如否， 則中斷發(fā)生。所述中繼節(jié)點按照其物理層所接收的信號來確定能否正確接收信源節(jié)點所發(fā)送 的信號，具體按照如下方法
用4表示物理層信源節(jié)點巧
)所發(fā)送的信號，、表示中繼節(jié)點丐)所對應(yīng)接收的信號，其中， F表示網(wǎng)絡(luò)中信源節(jié)點-接收節(jié)點對的個數(shù)，i表示網(wǎng)絡(luò)中中繼節(jié)點的個數(shù)，^為所給定 的數(shù)據(jù)傳輸速率，則如果A與Py間的互信息量1 ，、)大于或等于1 ,則Rj能正確接收 所發(fā)送的信號。所述中繼節(jié)點根據(jù)從信源節(jié)點和其它中繼節(jié)點所接收的信息判別是否能在網(wǎng)路 層進行有效網(wǎng)絡(luò)譯碼，具體按照以下方法
假定在網(wǎng)絡(luò)層每個數(shù)據(jù)包包含I個信息比特，第I個信源節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)包為
權(quán)利要求
1.一種基于無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的分級隨機網(wǎng)絡(luò)編碼方法，所述無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)包括 至少一對信源節(jié)點-接收節(jié)點和至少一個中繼節(jié)點，其特征在于該網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送分為兩階段，第一階段由所有信源節(jié)點輪流發(fā)送數(shù)據(jù)包，第二階段 由處于激活狀態(tài)的中繼節(jié)點輪流發(fā)送數(shù)據(jù)包；其中第二階段包括如下步驟步驟A、所有中繼節(jié)點按照其物理層所接收的信號來確定能否正確接收信源節(jié)點所發(fā) 送的信號，并按照正確接收信源節(jié)點數(shù)目的多少對中繼節(jié)點進行分級正確接收信源節(jié)點 數(shù)較多的中繼節(jié)點具有較高的優(yōu)先級，正確接收信源節(jié)點數(shù)目相同的中繼節(jié)點具有相同的 優(yōu)先級；步驟B、依照優(yōu)先級從高到低的次序，各中繼節(jié)點依次執(zhí)行如下操作根據(jù)從信源節(jié)點 和其它中繼節(jié)點所接收的信息判別是否能在網(wǎng)路層進行有效網(wǎng)絡(luò)譯碼，如是，則該中繼節(jié) 點處于激活狀態(tài)，并進行網(wǎng)絡(luò)譯碼，將網(wǎng)絡(luò)譯碼后的數(shù)據(jù)包進行隨機網(wǎng)絡(luò)編碼，然后將網(wǎng)絡(luò) 編碼后的數(shù)據(jù)包發(fā)送至其它中繼節(jié)點和接收節(jié)點；如否，則該中繼節(jié)點處于空閑狀態(tài)；各個接收節(jié)點根據(jù)兩階段從信源節(jié)點和處于激活狀態(tài)的中繼節(jié)點所接收的信息判斷 是否能進行有效網(wǎng)絡(luò)譯碼，如是，則進行網(wǎng)絡(luò)譯碼恢復出信源節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)包；如否， 則中斷發(fā)生。
2.如權(quán)利要求1所述基于無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的分級隨機網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于， 所述中繼節(jié)點按照其物理層所接收的信號來確定能否正確接收信源節(jié)點所發(fā)送的信號，具 體按照如下方法用&表示物理層信源節(jié)點巧…,叫)所發(fā)送的信號，、表示中繼節(jié)點丐)所對應(yīng)接收的信號，其中， F表示網(wǎng)絡(luò)中信源節(jié)點-接收節(jié)點對的個數(shù)，i表示網(wǎng)絡(luò)中中繼節(jié)點的個數(shù)、力所給定 的數(shù)據(jù)傳輸速率，則如果A與Py間的互信息量1 ，、)大于或等于巧，則Rj能正確接收 所發(fā)送的信號。
3.如權(quán)利要求1所述基于無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的分級隨機網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于， 所述中繼節(jié)點根據(jù)從信源節(jié)點和其它中繼節(jié)點所接收的信息判別是否能在網(wǎng)路層進行有 效網(wǎng)絡(luò)譯碼，具體按照以下方法假定在網(wǎng)絡(luò)層每個數(shù)據(jù)包包含I個信息比特，第！個信源節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)包為h = [^1. , ■ -- ] = ‘ · - . *- ' ‘ ‘ - bIM' --ΑΙ-Λ-Λ^ ■ ] , ^ [feVM'"^ /*}*]' J'e I1s---. 4 映射成 有限域巧中符號、廣巧，其中g(shù)=2*, J=i/Jt ,則可將表示成 = ，…, ]；假如 中繼節(jié)Aij處于激活狀態(tài)，則R進行隨機網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)包可被表示成其中MmHm 4為隨機網(wǎng)絡(luò)編碼系數(shù)，在有限域中進行獨立均勻的隨機選?。患偃缇W(wǎng)絡(luò)中所有 M個中繼節(jié)點都處于激活狀態(tài)，則網(wǎng)絡(luò)中所有F個信源節(jié)點和M個中繼節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)包可被表示成 I= [i^JhWrv/]1 = FC，其中 F = [ =[而,1，-，/^,/:…，/ 1]1，A (^{Ι-,Λ ))為單位矩陣Jwww的第，行，/^！/^，/！^…為.』()為中繼 節(jié)點巧所對應(yīng)的隨機網(wǎng)絡(luò)編碼系數(shù)；對于中繼節(jié)點冉(而言,假定信源節(jié)點& ()所發(fā)送的信號不能被中繼節(jié)點1 所正確接收，即有1(、，、)<巧，則將A, 從矩陣f中刪除；假定處于激活狀態(tài)的中繼節(jié)點乓()所發(fā)送的信息不 能被中繼節(jié)點巧所正確接收，即有4、.、)<巧，則將At從矩陣f中刪除，由此可得到行 刪除后的矩陣盡為中繼節(jié)點冉所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)編碼轉(zhuǎn)換矩陣；如果矩陣4的秩小于Ji，即 ^AfFj,)< M ,則中繼節(jié)點卩不能根據(jù)從信源節(jié)點和其它中繼節(jié)點所接收的信息來進行有效的網(wǎng)絡(luò)譯碼；如果"^(FjJ= -V ,則中繼節(jié)點$能進行有效網(wǎng)絡(luò)譯碼。
4.如權(quán)利要求1所述基于無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的分級隨機網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于， 所述各個接收節(jié)點根據(jù)兩階段從信源節(jié)點和處于激活狀態(tài)的中繼節(jié)點所接收的信息判斷 是否能進行有效網(wǎng)絡(luò)譯碼，具體按照以下方法取tliiy = [ ,,'，.《，-.Ai/]1 ’ f)為單位矩陣,的第 行，Λ, = [4^ 4,1. + ’()為中繼節(jié)點Rf所對應(yīng)的隨機網(wǎng)絡(luò)編碼系數(shù)，在所述兩階段數(shù)據(jù)包發(fā)送完成后,對于接收節(jié)點A (^{1,-^/})而言，假定信源節(jié)點4()所發(fā)送的信號不能被所正確接收，即有4、，/!!)<乓，則將4從矩陣JT中刪除；假定處于激活狀態(tài)的中繼節(jié)點巧(^M^-vV})所發(fā)送的信息不能被A所正確接收，即有4、、) < ^ ,則將At從矩陣F中刪除,其中，N表示網(wǎng)絡(luò)中信源節(jié)點-接收節(jié)點對的個數(shù)，M表示網(wǎng)絡(luò)中中繼節(jié)點的個數(shù)，由此可得到行刪除后的矩陣、為接收節(jié)點A所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)編碼轉(zhuǎn)換矩陣，如果矩陣的秩小于W ,即》^A(、)<JV ,則接收節(jié)點^不能根據(jù)從信源節(jié)點和中繼節(jié)點所接收的信息進行有效的網(wǎng)絡(luò)譯碼；如果矩陣4的秩等于T則接 收節(jié)點A能夠根據(jù)從信源節(jié)點和中繼節(jié)點所接收的信息進行有效的網(wǎng)絡(luò)譯碼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的分級隨機網(wǎng)絡(luò)編碼方法。本發(fā)明方法中，中繼節(jié)點按照其正確接收信息信源節(jié)點的數(shù)目進行分級，正確接收信息信源節(jié)點數(shù)較多的中繼節(jié)點具有較高的優(yōu)先級，具有較高優(yōu)先級的中繼節(jié)點可以優(yōu)先被選擇用來判別是否可以根據(jù)從信源節(jié)點和其他中繼節(jié)點所獲得的信息來判別可否進行有效網(wǎng)絡(luò)譯碼，如可以，則該中繼節(jié)點處于激活狀態(tài)，并將網(wǎng)絡(luò)譯碼后的數(shù)據(jù)包進行隨機網(wǎng)絡(luò)編碼后進行轉(zhuǎn)發(fā)；否則，該中繼節(jié)點處于空閑狀態(tài)。本發(fā)明方法能夠降低接收節(jié)點端的中斷概率。
文檔編號H04L1/00GK102098132SQ20101052194
公開日2011年6月15日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者孔媛媛, 楊震, 梅中輝 申請人:南京郵電大學