自组织网络中基于概率反馈和阶段式的喷泉码传输方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步地涉及无线通信技术领域中的一种自组织网络中基于概率反馈和阶段式的喷泉码传输方法。本发明可用于自组织网络中喷泉码的传输。

背景技术

近年来，喷泉码技术为提高网络传输效率和可靠性开辟了新的途径。喷泉码是21世纪初期诞生的新型信道编码技术，本质上是一种无速率码，无线通信的接收端只要接收到足够多的编码分组，就能够实现正确的译码。喷泉码具有广阔的应用前景，目前已被3GPPTS 26.346等国际标准采用。然而由于无线网络稳定性差、丢包率高等缺点，如何实现喷泉码的高效传输成为一大难点。

李艳霞在其发表的论文“无线通信中的喷泉码技术研究”(Diss.电子科技大学硕士学位论文.2019年)中公开了一种基于反馈的自适应滑窗喷泉码传输方法，旨在提升系统可靠性的同时避免信息重复传输造成资源浪费。其实现的步骤为：利用双工通信中固有的反馈信道，在每一个窗口译码结束之后，根据译码成功或者译码不成功的包数，记录数量较小那一类的包号。如果译码成功的包数较多，则反馈译码失败的包号，如果译码失败的包数较多，则反馈译码成功的包号，因此反馈的包号数量一定小于等于窗口大小的一半。该方法存在的不足之处在于，在信道条件较好时喷泉码传输效率低，编译码复杂度高。

南京航空航天大学在其申请的专利文献“一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法”(申请号：2016103445608申请公开号：CN 106100804A)中公开了一种基于选择重传ARQ的数字喷泉码传输方法，将适用于固定码率码的选择重传ARQ延伸至无码率的系统LT码上。其实现的步骤为：(1)将原始符号块和需要续传的编码符号块按照一定的规则组合成一种特殊的数据帧，并以此为数据传输单元进行传输；(2)接收端如成功译码会通过反馈信道向发送端发送ACK确认信息；(3)如果在间隔某个大于信道往返时延τ的时间之后，接收节点仍未接收到ACK确认，接收端会将该原始数据块生成的编码数据块置于数据帧中进行传输，而发送端会重复本步骤直到接收到ACK确认信息为止。该方法存在的不足之处在于，喷泉码传输过程中发送端收到反馈后不能充分适应接收端的译码状态，反馈量不可控。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于概率反馈和阶段式的喷泉码传输方法，用于解决现有喷泉码传输方法在信道条件较好时喷泉码传输效率低、编译码复杂度高、反馈量不可控的技术问题。

本发明实现上述目的的思路是：自组织网络的发送端分度一发送阶段和鲁棒孤波分布发送两个阶段进行发送，度一发送阶段仅发送原始喷泉码分组，无需编译码，在信道条件好时，可以提高喷泉码传输效率，降低编译码复杂度，自组网的接收端概率反馈part-ack数据包，则可以根据概率调整反馈量，使得反馈量可控。

本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)度一发送阶段：

(1a)当待发送队列中原始喷泉码分组个数达到预设个数，自组织网络的发送端进入度一发送阶段，对待发送队列中的所有原始喷泉码分组依次编号；

(1b)将待发送队列中每个原始喷泉码分组的译出概率均设置为0，依次发送待发送队列中的原始喷泉码分组；

(2)鲁棒孤波分布发送阶段：

(2a)当发送端待发送队列中的原始喷泉码分组发送完成后，发送端进入鲁棒孤波分布发送阶段，按照鲁棒孤波分布生成的一组度值，每次从该组度值中随机选取一个度值d，从待发送队列中随机选取m个原始喷泉码分组进行异或编码，依次发送每次得到的编码分组，其中，m的取值与d相等；

(2b)接收端将每次收到的编码分组进行置信传播译码；

(3)概率反馈part-ack数据包：

判断译码器从译出第一个原始喷泉码分组到本次译码结束后是否译出全部原始喷泉码分组，若是，则自组织网络的接收端将反馈一个包含所有原始喷泉码分组均已译出的all-ack数据包至该网络的发送端，否则，接收端将以概率p反馈一个包含译出分组编号信息的part-ack数据包至发送端，其中0≤p≤1；

(4)调整编码策略：

(4a)发送端每收到一次part-ack数据包，则将该数据包中译出分组编号对应的原始喷泉码分组的译出概率设置为1；

(4b)按照下述分组增益公式，计算每个原始喷泉码分组的分组增益：

其中，s

(4c)每次从鲁棒孤波分布生成的一组度值中随机选取一个度值d；

(4d)将每个分组增益从高到低地选取m个原始喷泉码分组进行异或编码，依次发送每次得到的编码分组，其中，m的取值与d相等；

(5)发送端收到all-ack数据包后完成本组喷泉码分组的传输。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

第一，本发明通过将自组织网络的发送端的发送过程分成度一发送阶段和鲁棒孤波分布发送两个阶段，解决了现有技术在信道状态较好时传输效率低，编译码复杂的问题，使得本发明具有在信道条件较好时传输效率高，编译码简单的优点。

第二，本发明中通过自组织网络的接收端概率反馈part-ack信息包，发送端收到part-ack数据包后，根据该数据包中译出分组编号信息调整编码策略，按照调整后的编码策略选取喷泉码分组进行异或编码，发送得到的编码分组，解决了现有技术反馈量不可控，发送端收到反馈后不能充分适应接收端译码状态的问题，使得本发明在具有反馈量可控、能够充分适应接收端译码状态的优点的同时提高了编译码的效率。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的数据传输时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

参照附图1，对本发明的具体步骤做进一步的描述。

步骤1.度一发送阶段。

当待发送队列中原始喷泉码分组个数达到预设个数，自组织网络的发送端进入度一发送阶段，对待发送队列中的所有原始喷泉码分组依次编号。

所述预设个数为用户设定的个数，但受限于系统内存的大小。

将待发送队列中每个原始喷泉码分组的译出概率均设置为0，依次发送待发送队列中的原始喷泉码分组。

步骤2.鲁棒孤波分布发送阶段。

当发送端待发送队列中的原始喷泉码分组发送完成后，发送端进入鲁棒孤波分布发送阶段，按照鲁棒孤波分布生成的一组度值，每次从该组度值中随机选取一个度值d，从待发送队列中随机选取m个原始喷泉码分组进行异或编码，依次发送每次得到的编码分组，其中，m的取值与d相等。

所述鲁棒孤波分布生成的一组度值是指，按照下式，产生M个服从以下鲁棒孤波分布的度值组成一组，其中，M与待发送队列中原始喷泉码分组个数相等：

其中，μ(·)表示鲁棒孤波分布函数，x

接收端将每次收到的编码分组进行置信传播译码。

步骤3.概率反馈part-ack数据包。

判断译码器从译出第一个原始喷泉码分组到本次译码结束后是否译出全部原始喷泉码分组，若是，则自组织网络的接收端将反馈一个包含所有原始喷泉码分组均已译出的all-ack数据包至该网络的发送端，否则，接收端将以概率p反馈一个包含译出分组编号信息的part-ack数据包至发送端，其中0≤p≤1。

part-ack数据包以及all-ack数据包格式如附图二所示。

所述的概率p是按照如下方法取值：在接收端首次收到编码分组时，p取1；否则，p为[0,1]区间随机选取的一个实数。

步骤4.调整编码策略。

发送端每收到一次part-ack数据包，则将该数据包中译出分组编号对应的原始喷泉码分组的译出概率设置为1。

按照下述分组增益公式，计算每个原始喷泉码分组的分组增益：

其中，s

每次从鲁棒孤波分布生成的一组度值中随机选取一个度值d。

将每个分组增益从高到低地选取m个原始喷泉码分组进行异或编码，依次发送每次得到的编码分组，其中，m的取值与d相等。

步骤5.

发送端收到all-ack数据包后完成本组喷泉码分组的传输。

参照附图2，对本发明的实施例做进一步的描述。

在0时刻，自组网的发送端进入度一发送阶段。该时刻也意味着喷泉码分组传输的开始，自组网的接收端在1时刻收到第一个编码分组后进行置信传播译码。译码完成后，反馈一个part-ack数据包至发送端。

在2时刻，发送端收到反馈的part-ack数据包，根据该数据包中译出分组编号信息调整编码策略，按照调整后的编码策略选取喷泉码分组进行异或编码，发送得到的编码分组。在3时刻接收端收到新的编码分组，译码后概率反馈一个part-ack数据包至发送端，发送端在4时刻收到该数据包。再次调整编码策略，选取喷泉码分组进行异或编码，发送得到的编码分组。在5时刻接收端成功译出所有原始喷泉码分组，反馈一个all-ack数据包至发送端。在6时刻，发送端收到了反馈的all-ack数据包，本组喷泉码分组传输完成。