具有无标度特性的分布式SF‑LT码编码方法技术

本发明专利技术公开了一种具有无标度特性的分布式SF‑LT码编码方法，包括以下步骤：S1：利用无标度网络平均路径长最小的特征，将无标度网络引入喷泉码的度分布设计中，得到网络结构具有无标度特性的LT码，即SF‑LT码；S2：将SF‑LT码引入分布式通信系统模型，得到分布式SF‑LT码。本发明专利技术首先利用无标度网络(SF network)平均路径（APL）长最小的特性，将无标度网络引入喷泉码的度分布设计中，设计一类网络结构具有无标度特性的LT码，即SF‑LT码，在相同的删除概率下，译码效率高于LT码；然后将SF‑LT码引入分布式通信系统模型，设计具有优越性能的分布式SF‑LT码，译码性能高于SF‑LT码，在改进编译码效率的同时，提高分布式LT码的译码成功概率。

【技术实现步骤摘要】
具有无标度特性的分布式SF-LT码编码方法
本专利技术涉及传感网络、智能电网、无线通信等领域，特别是涉及一种具有无标度特性的分布式SF-LT码编码方法。
技术介绍
LT码是喷泉码的一种，是首先由MichaelLuby提出的无码率删除码，特别适用于无线通信的差错控制中。分布式喷泉码具有多信源、多中继的特性，具有比喷泉码更好的译码性能，其适合分布式系统，能在分布式节点实现轻重量的差错控制，对传感网络节点、智能电网和无线通信终端等资源受限的系统尤其适用。LT码自身的度分布决定了其译码性能，鲁棒孤波分布并不是使得喷泉码的性能达到最好的编码度分布，LT码的度分布还有进一步的改进空间。本专利技术的目的是设计一种具有无标度特性的分布式SF-LT码，采用一种基于无标度网络的度分布函数设计方案，使其实现比鲁棒孤波分布度设计的分布式LT码更好的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过构造新型的度分布函数提高数据包恢复率的具有无标度特性的分布式SF-LT码编码方法，首先利用无标度网络(SFnetwork)平均路径(APL)长最小的特性，将无标度网络引入喷泉码的度分布设计中，设计一类网络结构具有无标度特性的LT码，即SF-LT码，在相同的删除概率下，译码效率高于LT码；然后将SF-LT码引入分布式通信系统模型，设计具有优越性能的分布式SF-LT码，译码性能高于SF-LT码，在改进编译码效率的同时，提高分布式LT码的译码成功概率。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：具有无标度特性的分布式SF-LT码编码方法，它包括以下步骤：S1：利用无标度网络平均路径长最小的特征，将无标度网络引入喷泉码的度分布设计中，得到网络结构具有无标度特性的LT码，即SF-LT码；S2：将SF-LT码引入分布式通信系统模型，得到分布式SF-LT码。所述的步骤S1包括以下子步骤：S101：确定LT码的度分布函数：度是指与编码数据包相连的源数据包的个数，LT码的度分布函数包括鲁棒孤波分布，它是理想孤波分布ρ(·)与鲁棒孤波子分布τ(·)和的概率归一化结果：理想孤波度分布ρ(·)：鲁棒孤波子分布τ(·)：其中，参数R则代表度为1的编码数据包在整个编码数据包中的平均个数，参数σ表示接收到n个编码数据包后译码失败的概率，参数0＜c＜1；S102：SF-LT码的度分布设计，它包括以下子步骤：S1021：输入编码数据包的度i，分别计算理想孤波度分布ρ(·)、鲁棒孤波子分布τ(·)和无标度分布λ(i)，其中，无标度分布λ(i)表示为：其中，i是节点的度，r是幂指数参数，A是使得∑iλ(i)＝1的归一化参数；S1022：将ρ(i)、τ(i)、λ(i)相加并进行概率归一化处理，求出结果μ(·)：μ(i)＝(ρ(i)+τ(i)+λ(i))/β；其中，为归一化因子；根据实际信道状况通过仿真测试分别对ρ(i)、τ(i)、λ(i)选取适当的系数x1、x2、x3，对其μ(i)进行优化，相应的，输出SF-LT码的度分布μ(·)。所述的LT码的随机编码算法具体实现如下：a)从度分布概率函数ρ(d)中随机选取d个编码数据包的；b)从k个原始数据包中，等概率地随机选取d个源数据包c)将这d个源数据包进行模二和，生成一个编码数据包。具有无标度特性的分布式SF-LT码编码方法包括一个分布式两信源SF-LT码的编码步骤，包括以下子步骤：SS1：分布式两信源SF-LT码度分布设计，包括以下步骤：SS101：输入编码数据包的度i，分别计算理想的孤波度分布ρ(·)、鲁棒孤波子分布τ(·)和无标度分布λ(i)；SS102：根据步骤SS101的结果，计算以下两式：其中，β"＝ρ(1)+τ(1)+λ(1)+τ(k/R)，β＝β'+β"，为标准化因子；SS103：对μ'(i)求解卷积f(i)：其中j为累加变量；SS104：根据步骤SS101、SS102、SS103的结果，得到SF-LT码度分布μ(·)的解卷积分布其中，根据实际信道状况通过仿真测试分别对ρ(i)、τ(i)、λ(i)选取适当的系数x1、x2、x3，对其p(i)进行优化，对其它参数作出相应的调整；输出分布式两信源SF-LT码的卷积分布p(i)；由此将SF-LT码的卷积分布引入分布式LT码模型，得到分布式SF-LT码；SS2：分布式两信源SF-LT码编码，包括以下步骤：SS201：对信源s1、s2发送的数据X1、X2按照度分布p(·)各自独立地进行LT编码；SS202：将两信源发出的数据包传输到中继，在中继的处理过程，分为三个步骤：步骤一：中继按下式产生二元变量b1和b2：其中，di表示d1和d2，分别是X1和X2的度，Ui表示U1和U2，是中继节点产生的两个独立随机变量，该两变量U1,U2在区间[0,1]服从均匀分布；步骤二：对数据包在中继进行如下操作：其中，flip(X1,X2)表示以相同的概率随机取X1或X2的值；步骤三：将处理后得到的数据包Y发送到目的节点，中继到目的节点传送的数据包服从SF-LT码度分布。本专利技术的有益效果是：首先利用无标度网络(SFnetwork)平均路径(APL)长最小的特性，将无标度网络引入喷泉码的度分布设计中，设计一类网络结构具有无标度特性的LT码，即SF-LT码，在相同的删除概率下，译码效率高于LT码；然后将SF-LT码引入分布式通信系统模型，设计具有优越性能的分布式SF-LT码，译码性能高于SF-LT码，在改进编译码效率的同时，提高了分布式LT码的译码成功概率。受无标度特性影响，SF-LT码在接收数据包较少的情况下译码性能比LT码好很多，经过优化后的度分布既有无标度特性又保证了度高编码包的数目，译码性能良好。附图说明图1为分布式两信源单中继通信系统模型图；图2为码长为1000的四种LT码的性能仿真结果对比图；图3为码长为1000的四种SF-LT码的性能仿真结果对比图；图4为码长为1000的LT码、SF-LT码的性能仿真结果对比图。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。具有无标度特性的分布式SF-LT码编码方法，它包括以下步骤：S1：利用无标度网络(SFnetwork)平均路径(APL)长最小的特征，将无标度网络引入喷泉码的度分布设计中，得到网络结构具有无标度特性的LT码，即SF-LT码；S2：将SF-LT码引入分布式通信系统模型，得到分布式SF-LT码。所述的步骤S1包括以下子步骤：S101：确定LT码的度分布函数：度是指与编码数据包相连的源数据包的个数，LT码的度分布函数有多种，目前性能比较好的是鲁棒孤波分布，它是理想孤波分布ρ(·)与鲁棒孤波子分布τ(·)和的概率归一化结果：理想孤波度分布ρ(·)：鲁棒孤波子分布τ(·)：其中，参数R则代表度为1的编码数据包在整个编码数据包中的平均个数，参数σ表示接收到n个编码数据包后译码失败的概率，参数0＜c＜1；所述的LT码的随机编码算法具体实现如下：a)从度分布概率函数ρ(d)中随机选取d个编码数据包的；b)从k个原始数据包中，等概率地随机选取d个源数据包c)将这d个源数据包进行模二和，生成一个编码数据包。S102：SF-LT码的度分布设计，它包括以下子步骤：S1021：输入编码数据包本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有无标度特性的分布式SF‑LT码编码方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1：利用无标度网络平均路径长最小的特征，将无标度网络引入喷泉码的度分布设计中，得到网络结构具有无标度特性的LT码，即SF‑LT码；S2：将SF‑LT码引入分布式通信系统模型，得到分布式SF‑LT码。

【技术特征摘要】
1.具有无标度特性的分布式SF-LT码编码方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1：利用无标度网络平均路径长最小的特征，将无标度网络引入喷泉码的度分布设计中，得到网络结构具有无标度特性的LT码，即SF-LT码：首先确定LT码的度分布函数，即分别计算理想孤波度分布ρ(·)、鲁棒孤波子分布τ(·)和无标度分布λ(i)；再将ρ(i)、τ(i)、λ(i)相加并进行概率归一化处理，输出SF-LT码的度分布μ(·)；S2：将SF-LT码引入分布式通信系统模型，得到分布式SF-LT码。2.根据权利要求1所述的具有无标度特性的分布式SF-LT码编码方法，其特征在于：所述的步骤S1包括以下子步骤：S101：确定LT码的度分布函数：度是指与编码数据包相连的源数据包的个数，LT码的度分布函数包括鲁棒孤波分布，它是理想孤波分布ρ(·)与鲁棒孤波子分布τ(·)和的概率归一化结果：理想孤波度分布ρ(·)：鲁棒孤波子分布τ(·)：其中，参数R则代表度为1的编码数据包在整个编码数据包中的平均个数，参数σ表示接收到n个编码数据包后译码失败的概率，参数0＜c＜1；S102：SF-LT码的度分布设计，它包括以下子步骤：S1021：输入编码数据包的度i，分别计算理想孤波度分布ρ(·)、鲁棒孤波子分布τ(·)和无标度分布λ(i)，其中，无标度分布λ(i)表示为：其中，i是节点的度，r是幂指数参数，A是使得∑iλ(i)＝1的归一化参数；S1022：将ρ(i)、τ(i)、λ(i)相加并进行概率归一化处理，求出结果μ(·)：μ(i)＝(ρ(i)+τ(i)+λ(i))/β；其中，为归一化因子；根据实际信道状况通过仿真测试分别对ρ(i)、τ(i)、λ(i)选取适当的系数x1、x2、x3，对其μ(i)进行优化，相应的，输出SF-LT码的度分布μ(·)。3.根据权利要求2所述的具有无标度特性的分布式SF-LT码编码方法，其特征在于：所述的LT码的随机编码算法具体实现如下：a)从度...

【专利技术属性】
技术研发人员：文红，李腾飞，蒋屹新，苏伟伟，蒙家晓，关泽武，郭晓斌，许爱东，李鹏，
申请(专利权)人：电子科技大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51