无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法技术

本发明专利技术公开了一种无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法，提出方法ABRC中引入了自适应网络编码，使得用户接收状态矩阵在没有满秩的情况下就解码出部分数据包，而且每次发送都采用竞争方案，选择最优的发送者和最优类型的编码包进行发送，这在克服了网络编码的时延的同时，也显著的提高了网络吞吐量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于网络编码的多媒体数据传输的方法，具体涉及无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法。
技术介绍
在无线广播网络中，随机线性网络编码(RandomlinerNetworkCoding)是一种高效的编码方法，能有效的提升网络的吞吐量。但是传统的随机线性网络编码却带来了很大的传输时延，只有当用户成功接收足够多的编码数据包使得其接收的状态矩阵达到满秩后，才能一次性的全部成功解码出信源所发出的所有信息。比如在文章EfficientSchedulingforRelay-AidedBroadcastingwithRandomNetworkCodes(该文章出自2011IEEE22ndInternationalSymposiumonPersonal,IndoorandMobileRadioCommunications)中作者提出了一种基于随机网络编码的中继网络中的数据传输方案，这种传输方案中应用的就是随机网络编码，但是这引入了较大的传输时延，只能用于传输对时延要求不高的普通数据。这在传输实时性要求比较高的多媒体数据来说是不能忍受的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法，不仅克服了网络编码传输多媒体数据时的时延问题的同时，还有效的提高了网络的吞吐率。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a1，所有的用户包括中继都接收基站发送的数据；步骤二，在第二个时隙至整个传输时期末，由基站和中继竞争进行数据包的发送，所有的用户在每个时隙末，都对其自己的接收状况进行一次反馈，报告给基站和中继其是否成功的接收到了该时隙内数据包；步骤三，基站和中继分别根据网络中所有用户的接收状态，预测下一次发送的最佳类型的编码数据包，并根据网络和用户的状态各自预测发送此最佳类型数据包所达到的网络吞吐量的增益；步骤四，基站和中继就此增益进行比较，最后优胜者获得下一个时隙的发送权，在下一个时隙发送该优胜者的最佳类型的编码数据包。2、根据权利要求1所述的无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法，其特征在于，所述步骤一中，基站的信源端有L个数据包a1,a2,...,aL需要发送给用户，它们的优先级顺序是递减的，其顺序为：a1≥a2...≥aL,这是一种分层的数据，总共把这L个数据包分为L层，每个数据包为一层，有L个HDCP数据包需要传送，他们的重要性等级为a1≥a2...≥aL，把所有的编码数据包分为L类，则Gi代表第i类编码数据包，其中1≤i≤L，且这种类型的数据包是由前i个原始编码数据包随机线性组合而成。3、根据权利要求1所述的无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法，其特征在于，所述步骤四中，基站能够自适应的对原始数据包进行编码，所以基站在每个时隙内可以发送所有类型的编码数据包，即其编码数据包为其中αi＝[αi1,αi2...αiL]是随机编码向量，如果i＜j≤L时αij＝0且j＝1,2,...,L，在此，定义一个增益函数R(Si)，它代表了在当前网络矩阵状态为Si的情况下，所有的用户解码出的所有的有用的原始数据包的个数，即网络的总增益，Si是第i个时隙末，网络的状态矩阵，R(Si+1|Si,ci+1)表示的是在第i+1个时隙内发送编码数据包ci+1后网络状态从Si变到Si+1后整个网络的增益，在此定义：其中的CB＝(c1,c2,...,cL)代表所有的编码包种类的集合，是在第i个时隙里，基站要发送的最优类型的编码数据包；当然中继在接收的基站发送的编码数据包时也是会丢失掉一些数据包的，我们在此设定CR＝(cα,cβ,...,cγ)是中继所能够产生的所有类型的编码数据包，比如当中继能够解码出原始数据包a1,a2,a3的时候，它就可以产生G1，G2，G3这三种类型的编码包，定义：通过上式我们可以得到它是中继在第i+1个时隙内选择发送的最优类型的编码包。4、根据权利要求1所述的无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法，其特征在于，所述步骤四中，定义RB是基站通过发送使得整个网络达到的最大增益；RR是中继通过发送能使得网络达到的最大的增益，由此可得：如果RB＞RR，基站将会发送给所有的接收用户，如果RB＜RR则由中继发送给所有的用户；在ABRC的整个传输过程中，除第一个时隙由基站发送G1类型的编码包外，基站和中继以及不同编码方式的这两种竞争将一直存在直到超过T个时隙过后或者是所有的用户都已经成功解码出所有的原始数据包，然后在整个过程结束后，将进行计算这段时间内整个网络的平均单位吞吐率，设定用户i的状态向量为si＝[si1,si2,...,siL]，则以此来计算用户i所能解码出的原始数据包的个数ηi，然后，以此算法依次计算出所有接收用户的η值，则式(5)计算出整个网络的单位时间内平均吞吐量：其中K为总用户数，T为整个传输时期的总时隙数，ηk为用户k最终解码出的原始数据包的个数。与现有技术相比，本专利技术提出的ABRC中引入了自适应网络编码，使得用户接收状态矩阵在没有满秩的情况下就解码出部分数据包，而且每次发送都采用竞争方案，选择最优的发送者和最优类型的编码包进行发送，这在克服了网络编码的时延的同时，也显著的提高了网络吞吐量。【附图说明】图1为本专利技术无线中继的网络模型；图2为本专利技术用户数和平均吞吐量的关系图3为本专利技术吞吐量与T的关系；图4为本专利技术吞吐量与εBi的关系；图5为本专利技术吞吐量与εBR；图6为本专利技术ABRC的网络状态矩阵。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术能够分为四个部分，(A)数据定义(B)自适应网络编码(C)参数分析(D)吞吐量的计算；(A)数据的定义；经典的可伸缩视频编码SVC是保障多媒体数据传输的关键技术。SVC是一种分层的数据，我们基于此对传输数据做如下解释：我们设信源端有L个数据包a1,a2,...,aL需要发送给用户，它们的优先级顺序是递减的，其顺序为：a1≥a2...≥aL,这是一种分层的数据，总共把这L个数据包分为L层，每个数据包为一层。第一层为数据包a1，也是最重要的一个数据包，如果在接收端，丢失了此数据包，则其后的所有的数据包都不能被解码出来；同理在数据包a2丢失掉的情况下，其后的数据包都不能被解码出来。当然如果想要解出数据包an，必须是在a1,a2,...,ai(i＜n)都被解出来的前提下才能成功解码。而且这些数据都是有时间限制的，就是必须是在一个截止时间内收到才被视为有效数据，一旦超出了截止时间，即便是正确的收到并成功解码出了原始数据包，此时已经被视为无效数据。我们又称此类数据为HDCP(HardDeadlineConstrainedPrioritized)数据。(B)自适应网络编码；设信源有L个HDCP数据包要传送。他们的重要性等级为a1≥a2...≥aL。我们把所有的编码数据包分为L类，则Gi(generationi)代表第i类编码数据包，其中1≤i≤L，且这种类型的数据包是由前i个原始编码数据包随机线性组合而成。我们在此举例说明，以此来说明编码包的生成。当L＝3时，G1,G2,G3的组合方式如下：G1由第一个数据包组合而成，即c1＝α11a1本文档来自技高网...

【技术保护点】
无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法，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a1，所有的用户包括中继都接收基站发送的数据；步骤二，在第二个时隙至整个传输时期末，由基站和中继竞争进行数据包的发送，所有的用户在每个时隙末，都对其自己的接收状况进行一次反馈，报告给基站和中继其是否成功的接收到了该时隙内数据包；步骤三，基站和中继分别根据网络中所有用户的接收状态，预测下一次发送的最佳类型的编码数据包，并根据网络和用户的状态各自预测发送此最佳类型数据包所达到的网络吞吐量的增益；步骤四，基站和中继就此增益进行比较，最后优胜者获得下一个时隙的发送权，在下一个时隙发送该优胜者的最佳类型的编码数据包。

【技术特征摘要】
1.无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法，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a1，所有的用户包括中继都接收基站发送的数据；步骤二，在第二个时隙至整个传输时期末，由基站和中继竞争进行数据包的发送，所有的用户在每个时隙末，都对其自己的接收状况进行一次反馈，报告给基站和中继其是否成功的接收到了该时隙内数据包；步骤三，基站和中继分别根据网络中所有用户的接收状态，预测下一次发送的最佳类型的编码数据包，并根据网络和用户的状态各自预测发送此最佳类型数据包所达到的网络吞吐量的增益；步骤四，基站和中继就此增益进行比较，最后优胜者获得下一个时隙的发送权，在下一个时隙发送该优胜者的最佳类型的编码数据包。2.根据权利要求1所述的无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法，其特征在于，所述步骤一中，基站的信源端有L个数据包a1,a2,...,aL需要发送给用户，它们的优先级顺序是递减的，其顺序为：a1≥a2...≥aL,这是一种分层的数据，总共把这L个数据包分为L层，每个数据包为一层，有L个HDCP数据包需要传送，他们的重要性等级为a1≥a2...≥aL，把所有的编码数据包分为L类，则Gi代表第i类编码数据包，其中1≤i≤L，且这种类型的数据包是由前i个原始编码数据包随机线性组合而成。3.根据权利要求1所述的无线中继网络中基于网络编码的多媒体数据传输方法，其特征在于，所述步骤四中，基站能够自适应的对原始数据包进行编码，所以基站在每个时隙内可以发送所有类型的编码数据包，即其编码数据包为其中αi＝[αi1,αi2...αiL]是随机编码向量，如果i＜j≤L时αij＝0且j＝1,2,...,L，在此，定义一个增益函数R(Si)，它代表了在当前网络矩阵状态为Si的情况下，所有的用户解码出的所有的有用的原始数据包的个数，即网络的总增益，Si是第i个时隙末，网络的状态矩阵，R(Si+1|Si,ci+1)表示的是在第i+1个时隙内发送编码数据包ci+1后网络状态从Si变到Si+1后整个网络的增益，在此定义：AB*=argmaxci+1∈CBE[R(Si+1...

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