无线网络中协作多媒体多播数据传输方法技术

本发明专利技术公开了一种无线网络中协作多媒体多播数据传输方法，在CARNC这种传输机制中应用了自适应网络编码，在第一个时隙里，基站发送第一个数据包，所有的用户包括中继都接收基站发送的数据，给定L个具有优先级的SVC包，基站在第一个时隙传输编码包，接着用户们将会通过信道控制产生1比特反馈给基站，来表明其是否成功接收编码包，基于网络状态信息，基站决定最佳的发射机来转发网络编码包，从而在下一个时隙里最大化网络吞吐量，相应地，每个用户都有机会成为发射机来为其他用户服务，每次发送都是当前网络状态和当前用户接收状态下的最优的发送选择，该方法在提高整个网络的吞吐量方面效果显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于随机网络编码的多媒体数据传输方法，具体涉及无线网络中协作多媒体多播数据传输方法。
技术介绍
多媒体应用，比如多播视频，近几年已经在无线网络和移动互联网领域内获得普遍关注。这些应用总是要求更高水平的服务质量，以此来保证视频观看的流畅性。相应地，可伸缩视频编码(SVC)已经被提出来，它允许发射机将一个视频比特流分割成一个基础层包和若干个加强层包来达到一个合理的视频质量。通常，基础层包是最重要的，且有最高权限；而加强层包具有较低的权限，这样它们就只有在前一个加强层包出现的时候才能被使用。所以只有第二个加强层包出现后才能使用第三个加强层包，以此类推。因此，用户接收更多层，视频观看的质量就会更高。由于多媒体是时延敏感的，所有层的包在截止时间点之前都是可用的。同时，这种情况导致了在截止日期前，具有优先级的数据难以进行多播的问题。幸运的是，用户可以利用随机网络编码(RNC)达到多播容量，并为高吞吐量、高效能和可伸缩的多播场景提供富有前景的平台。一般地，采用RNC的用户在收到所有独立编码数据包之后，可以解码所有信息。然而，RNC也相应地给数据包的转发带来了劣势，比如用户没有收集足够的网络编码包来解码时，此时用户就不能得到任何有用信息。特别是在SVC数据传输中，如果用户不能在截止时间前首先解码具有高优先级的层时，其余层将会变得无用，用户的服务质量将会大大降低。RNC是random network coding的缩写，意为随机网络编码。比如在文章Cross-layer Design of Joint Beamforming and Random Network Coding in Wireless Multicast Networks(该文章出自2014IEEE Communications Letters第99卷的第1-4页)中提出了适应性的RNC(ARNC)结构和相应的调度机制来解决该问题。然而，在某些情况下，比如发射机之间的无线信道处于深衰落时，若是仅仅依赖于通过提升网络层的网络编码结构来获得高网络性能，这将会很难！ARNC是adaptive random network coding的缩写，意为适应性的随机网络编码。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种无线网络中协作多媒体多播数据传输方法，能够在无线网络中可以显著的提升网络的吞吐量。为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：步骤一，在第一个时隙里，基站发送第一个数据包，所有的用户包括中继都接收基站发送的数据；步骤二，给定L个具有优先级的SVC包，基站在第一个时隙传输编码包，接着用户们将会通过信道控制产生1比特反馈给基站，来表明其是否成功接收编码包；步骤三，基于网络状态信息，基站决定最佳的发射机为某个用户或基站自己来转发网络编码包，从而在下一个时隙里最大化网络吞吐量。所述步骤二中，定义L代来表示网络编码进程，对于第i代，由此在t时隙所产生的网络编码包表示为：其中αtj是从有限域Fq的随机衰减指数。所述步骤二中，在用户端，每个用户n有一个T×L的状态矩阵S，它表示用户n接收的编码包的状态，每个用户的初始状态是：Sn＝0T×L，当用户在时隙t成功接收编码包，Sn的第t行被更新为由相应代传输的网络编码矢量。所述步骤三中，定义r(Sn,t,at+1)为用户n的即时网络吞吐量，它是由已知的Sn,t经过动作at+1得到的，其中Sn,t是用户n在第t个时隙的状态矩阵，并且at∈AB∪AU是t时刻的动作；r(Sn,t,at+1)＝E[r(Sn,t+1|Sn,t,at+1)]其中E[·]是期望函数，r(Sn,t+1|Sn,t,at+1)表示当动作at+1执行后，状态矩阵从Sn,t变化到Sn,t+1时，用户n增加的网络吞吐量。与现有技术相比，本专利技术在CARNC这种传输机制中应用了自适应网络编码，在第一个时隙里，基站发送第一个数据包，所有的用户包括中继都接收基站发送的数据，给定L个具有优先级的SVC包，基站在第一个时隙传输编码包，接着用户们将会通过信道控制产生1比特反馈给基站，来表明其是否成功接收编码包，基于网络状态信息，基站决定最佳的发射机(可能是某个用户，也可能是基站自己)来转发网络编码包，从而在下一个时隙里最大化网络吞吐量，相应地，每个用户都有机会成为发射机来为其他用户服务，每次发送都是当前网络状态和当前用户接收状态下的最优的发送选择，该方法在提高整个网络的吞吐量方面效果显著。【附图说明】图1为本专利技术的网络模型图；图2为本专利技术网络吞吐量与截止时间T的关系图；图3为本专利技术网络吞吐量与初始数据层数的关系图；图4为本专利技术网络平均吞吐量与用户数的关系图；图5为本专利技术网络平均吞吐量与用户之间误包率的关系图；【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步说明。参见图1，在本专利技术的模型中，基站通过无线信道广播SVC数据给N个用户。为了满足系统时延的要求，L个SVC数据包必须在截止时间T个时隙内传输。特别地，该系统是时分运行的，也就是说每个时隙只有一个数据包在传输。L个SVC数据包的重要性顺序分别为：p1≥...≥pl≥...≥pL，其中，pl是第l个SVC层包，当且仅当用户成功收到所有独立数据包pj(j＜l)后，pl才有用。所有数据包在传输之前会采用ARNC编码。另一方面，发射接收机之间的链路是独立的包丢失的信道，其中，基站到用户i及用户i到用户j之间的丢包率分别表示为εBi，εij，并且εij＝εji。由于阴影效应，某些用户信道的质量特别差，因此，邻居用户们将会协作来代替基站重传网络编码包，从而满足目标用户的要求。本专利技术分为四部分：(A)适应性随机网络编码机制(B)解码机制(C)传输动作(D)即时网络吞吐量(E)CARNC描述在该部分，我们描述了基于CARNC的调度机制。给定L个具有优先级的SVC包，基站在第一个时隙传输编码包，接着用户们将会通过信道控制产生1比特反馈给基站，来表明其是否成功接收编码包。基于收到的网络状态信息，基站决定最佳的发射机来转发网络编码包，它可能是某个用户，也可能是基站自己，从而在下一个时隙里最大化网络吞吐量。相应地，每个用户都有机会成为发射机来为其他用户服务。为了更简单的理解我们的机制，我们将本部分分为以下5个子部分。A.适应性随机网络编码机制；为了更为清晰的描述，我们定义L代来表示网络编码进程。对于第i代，由此在t时隙所产生的网络编码包表示为：其中αtj是从有限域Fq的随机衰减指数。比如，当L＝3时，三代中的网络编码包分别为：第一代(G1)仅包含p1：c1,t＝αt1p1；第二代(G2)包含p1和p2：c2,t＝αt1p1+αt2p2；第三代(G3)包含p1,p2,p3：c3,t＝αt1p1+αt2p2+αt3p3；c1,c2,c3的随机编码矢量分别为α1,t＝[αt1,0,0]，α2,t＝[αt1,αt2,0]，α2,t＝[αt1,αt2,αt3]。整个网络为了得到最高吞吐量增益，系统在每个时隙会选择最佳编码包来传输，该编码机制的优势在于：即使某些用户得到了局部的编码包，比如c1,c2，它们仍能解码部分高优先级的层包(p1和p2)。作为对比，传统的RNC将三个包编码成一个编码包，因此，用户需要收集所有的编码包(本文档来自技高网...

【技术保护点】
无线网络中协作多媒体多播数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在第一个时隙里，基站发送第一个数据包，所有的用户包括中继都接收基站发送的数据；步骤二，给定L个具有优先级的SVC包，基站在第一个时隙传输编码包，接着用户们将会通过信道控制产生1比特反馈给基站，来表明其是否成功接收编码包；步骤三，基于网络状态信息，基站决定最佳的发射机为某个用户或基站自己来转发网络编码包，从而在下一个时隙里最大化网络吞吐量。

【技术特征摘要】
1.无线网络中协作多媒体多播数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在第一个时隙里，基站发送第一个数据包，所有的用户包括中继都接收基站发送的数据；步骤二，给定L个具有优先级的SVC包，基站在第一个时隙传输编码包，接着用户们将会通过信道控制产生1比特反馈给基站，来表明其是否成功接收编码包；步骤三，基于网络状态信息，基站决定最佳的发射机为某个用户或基站自己来转发网络编码包，从而在下一个时隙里最大化网络吞吐量。2.根据权利要求所述的无线网络中协作多媒体多播数据传输方法，其特征在于，所述步骤二中，定义L代来表示网络编码进程，对于第i代，由此在t时隙所产生的网络编码包表示为：其中αtj是从有限域Fq的随机衰减指数。3.根据权利要求所述的无线网络中协作多媒体多播数据传输方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张若南，袁建平，罗建军，李彬，唐英杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61