一种高复用率物理层网络编码的方法技术

本发明专利技术一种高复用率物理层网络编码的方法，修改传统的RTS、CTS握手帧格式，增加的控制字以提高物理层网络编码PNC复用率，中继节点为每个用户节点分配一个队列用于存储对应节点的缓存状态，并且通过收集到的用户节点缓存状态寻找能够执行物理层网络编码PNC通信的一对匹配节点；通过提高物理层网络编码PNC通信次数占总通信次数的比率，解决物理层网络编码PNC复用率的提升问题，以进一步提高无线网络吞吐量，同时为了兼容传统的物理层网络编码PNC通信过程，对传统方法做尽量少的改变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
物理层网络编码(physical layer network coding, PNC)把原来被视为干扰的情况利用了起来。通过物理层网络编码PNC，每个节点的带宽分配能够更加有效地被利用。虽然有各种可以协调物理层网络编码PNC的MAC层方法，但这些方法往往不能充分利用物理层网络编码PNC带来的好处。由于网络中通信数据流不对称等问题，物理层网络编码PNC只能在通信过程中的一小部分时间得到执行，其它大多数时候只能执行无网络编码(nonnetwork coding, NNC)通信方式。比如，在时隙ALOHA环境中，节点nxl发起到节点n yl的传输，而此时节点nyl没有要发送往节点η χ1的数据包，即没有反向数据包，因此本时隙无法执行物理层网络编码PNC通信，只能执行无网络编码NNC通信。如果此时节点nx2和n y2正好有一对反向数据包等待发送，它们能够构成一次物理层网络编码PNC通信，但由于信道竞争的原因无法得到信道使用权，从而无法发送。因此浪费了物理层网络编码PNC通信的机会。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，用于解决物理层网络编码PNC复用率的提升问题。本专利技术，包括如下步骤:步骤1、修改传统的RTS、CTS握手帧格式；为了提高物理层网络编码PNC复用率，在传统物理层网络编码PNC的RTS帧的字段“目的地址”和字段“其他域”之间增加字段“新包的目的地址”，在传统的CTS帧的字段“目的地址”和字段“其他域”之间增加字段“匹配标识”、字段“匹配地址I ”和“匹配地址2”，其它字段和传统物理层网络编码PNC —样；步骤2、中继节点R为每个用户节点分配一个队列用于存储对应节点的缓存状态，并且通过收集到的用户节点缓存状态寻找能够执行物理层网络编码PNC通信的一对节点；(I)用队列编号来标识源节点，每个队列元素包含两个域:元素序号和数据包目的节点，如果位于不同队列的两个数据包拥有相反的“源节点-目的节点”，则它们为匹配节点，基于先入先出的原则，如果有多对匹配节点，则选择元素序号相加最小的匹配节点对为下个时隙执行物理层网络编码PNC通信的节点对，如果还是有多对结点，则随机选择其中一对；(2)中继节点R产生一个O?I的随机数，如果随机数小于预置值P，则执行本步骤的步骤⑴物理层网络编码PNC匹配流程，如果匹配到一对物理层网络编码PNC通信节点对，则设置CTS帧的“匹配标识”为1、“匹配地址I”和“匹配地址2”为相应匹配节点的地址，如果随机数大于等于预置值P，或者匹配不到物理层网络编码PNC通信节点对，则设置CTS帧的“匹配标识”为O;步骤3、用户节点到中继节点的通信过程；(I)用户节点~想经过中继节点R发送一个数据包到目的节点n y，在时隙开始时，用户节点1^检测上一时隙是否被中继节点R指定为物理层网络编码PNC通信的“匹配地址I”节点，如果是，则将自身缓存状态写入RTS帧并发送。如果不是，则以指定的发送概率决定是否发送RTS帧竞争信道，如果不竞争信道，则本时隙结束；(2)如果此时信道中有多个节点在发送数据，则发生冲突，本时隙结束，并等待进入下一个时隙周期，否则进入下一个步骤；(3)中继节点R收到用户节点nx发送的RTS帧后，依照步骤2寻找能够执行物理层网络编码PNC通信的一对匹配节点，若节点匹配成功，对CTS帧，置位“匹配标识”，并将匹配的一对节点地址写入“匹配地址I”和“匹配地址2”，否则复位“匹配标识”。然后中继节点R向用户节点nJP n y广播该CTS帧；(4)目的节点ny收到该CTS帧后，如果发送缓存中正好有数据包要发往用户节点nx，则与用户节点1同时向中继节点发送数据包，中继节点R对收到的叠加数据包进行处理；(5)如果目的节点ny没有数据包要发往用户节点η χ，则目的节点ny不发送数据包；(6)中继节点R收到的数据包既有网络编码NC包，也有无网络编码NNC包，在中继节点R正确接收数据包后，回复Ack帧给发送数据包的用户节点，删除已发送数据包状态；步骤4、中继节点R到用户节点的通信过程；(I)若中继节点R缓存非空且尝试发送数据包，则以指定的发送概率向目标节点I和目标节点2发送数据包，进入下一步骤，否则本时隙结束等待进入下一时隙；(2)中继节点R向目标节点I和目标节点2发送数据包，如果此时多于一个节点在发送数据，则发生冲突，本时隙结束，否则进入下一步骤；(3)如果中继节点R发送的是网络编码NC数据包，则两个目标节点分时发送Ack帧到中继节点R。如果不是，则只有一个目标节点发送Ack帧，时隙结束。由于本专利技术给出了一种通过寻找提高物理层网络编码PNC通信次数占总通信次数比率的方法，用于解决物理层网络编码PNC复用率的提升问题，以进一步提高无线网络吞吐量，同时为了兼容传统的物理层网络编码PNC通信过程，对传统方法做尽量少的改变。【附图说明】图1为本专利技术中握手帧格式示意图；图2为本专利技术中继节点状态队列示意图；图3为本专利技术用户节点到中继节点的通信流程图；图4为本专利技术中继节点到用户节点的通信流程图。以下结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详述。【具体实施方式】在时隙ALOHA中，时间被分为一个个等长的片段。在每个时隙开始时，所有节点依据给定的发送概率竞争信道。在单共享信道条件下，一个时隙只能有一个节点发起传输，否则冲突发生，所有节点等待进入下一个时隙周期。为了使物理层网络编码能够得到执行，必须在通信过程中加入握手机制。本专利技术使用RTS、CTS握手帧。帧格式如图1所示，虚线框内部是为了提高物理层网络编码PNC复用率而增加的控制字。本专利技术，具体包括如下步骤:步骤1、修改传统的RTS、CTS握手帧格式；为了提高物理层网络编码PNC复用率，在传统物理层网络编码PNC的RTS帧的字段“目的地址”和字段“其他域”之间增加字段“新包的目的地址”，在传统的CTS帧的字段“目的地址”和字段“其他域”之间增加字段“匹配标识”、字段“匹配地址I ”和“匹配地址2”，其它字段和传统物理层网络编码PNC—样，帧格式如图1所示；步骤2、中继节点R为每个用户节点分配一个队列用于存储对应节点的缓存状态，并且通过收集到的用户节点缓存状态寻找能够执行物理层网络编码PNC通信的一对节点；(I)用队列编号来标识源节点，每个队列元素包含两个域:元素序号和数据包目的节点，如果位于不同队列的两个数据包拥有相反的“源节点-目的节点”，则它们为匹配节点；为了保证公平性，基于先入先出的原则，如果有多对匹配节点，则选择元素序号相加最小的匹配节点对为下个时隙执行物理层网络编码PNC通信的节点对，如果还是有多对结点，则随机选择其中一对；(2)中继节点R产生一个O?I的随机数，如果随机数小于预置值P，则执行本步骤的步骤⑴物理层网络编码PNC匹配流程，如果匹配到一对物理层网络编码PNC通信节点对，则设置CTS帧的“匹配标识”为1、“匹配地址I”和“匹配地址2”为相应匹配节点的地址，如果随机数大于等于预置值P，或者匹配不到物理层网络编码PNC通信节点对，则设置CTS帧的“匹配标识”为O ;由此可知，匹配节点对不一定是队列首部元素，所以有可能造成“后入先出”现象。在极端情况下，如果队首后面的元素一直匹配成功，则队首元素永远得不到发送，这就造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高复用率物理层网络编码的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、修改传统的RTS、CTS握手帧格式；为了提高物理层网络编码PNC复用率，在传统物理层网络编码PNC的RTS帧的字段“目的地址”和字段“其他域”之间增加字段“新包的目的地址”，在传统的CTS帧的字段“目的地址”和字段“其他域”之间增加字段“匹配标识”、字段“匹配地址1”和“匹配地址2”，其它字段和传统物理层网络编码PNC一样；步骤2、中继节点R为每个用户节点分配一个队列用于存储对应节点的缓存状态，并且通过收集到的用户节点缓存状态寻找能够执行物理层网络编码PNC通信的一对节点；(1)用队列编号来标识源节点，每个队列元素包含两个域：元素序号和数据包目的节点，如果位于不同队列的两个数据包拥有相反的“源节点‑目的节点”，则它们为匹配节点，基于先入先出的原则，如果有多对匹配节点，则选择元素序号相加最小的匹配节点对为下个时隙执行物理层网络编码PNC通信的节点对，如果还是有多对结点，则随机选择其中一对；(2)中继节点R产生一个0～1的随机数，如果随机数小于预置值ρ，则执行本步骤的步骤(1)物理层网络编码PNC匹配流程，如果匹配到一对物理层网络编码PNC通信节点对，则设置CTS帧的“匹配标识”为1、“匹配地址1”和“匹配地址2”为相应匹配节点的地址，如果随机数大于等于预置值ρ，或者匹配不到物理层网络编码PNC通信节点对，则设置CTS帧的“匹配标识”为0；步骤3、用户节点到中继节点的通信过程；(1)用户节点nx想经过中继节点R发送一个数据包到目的节点ny，在时隙开始时，用户节点nx检测上一时隙是否被中继节点R指定为物理层网络编码PNC通信的“匹配地址1”节点，如果是，则将自身缓存状态写入RTS帧并发送，如果不是，则以指定的发送概率决定是否发送RTS帧竞争信道，如果不竞争信道，则本时隙结束；(2)如果此时信道中有多个节点在发送数据包，则发生冲突，本时隙结束，并等待进入下一个时隙周期，否则进入下一个步骤；(3)中继节点R收到用户节点nx发送的RTS帧后，依照步骤2寻找能够执行物理层网络编码PNC通信的一对匹配节点，若节点匹配成功，对CTS帧，置位“匹配标识”，并将匹配的一对节点地址写入“匹配地址1”和“匹配地址2”，否则复位“匹配标识”，然后中继节点R向用户节点nx和ny广播该CTS帧；(4)目的节点ny收到该CTS帧后，如果发送缓存中正好有数据包要发往用户节点nx，则与用户节点nx同时向中继节点发送数据包，中继节点R对收到的叠加数据包进行处理；(5)如果目的节点ny没有数据包要发往用户节点nx，则目的节点ny不发送数据包；(6)中继节点R收到的数据包既有网络编码NC包，也有无网络编码NNC包，在中继节点R正确接收数据包后，回复Ack帧给发送数据包的用户节点，删除已发送数据包状态；步骤4、中继节点R到用户节点的通信过程；(1)若中继节点R缓存非空且尝试发送数据包，则以指定的发送概率向目标节点1和目标节点2发送数据，进入下一步骤，否则本时隙结束等待进入下一时隙；(2)中继节点R向目标节点1和目标节点2发送数据包，如果此时多于一个节点在发送数据，则发生冲突，本时隙结束，否则进入下一步骤；(3)如果中继节点R发送的是网络编码NC数据包，则两个目标节点分时发送Ack帧到中继节点R。如果不是，则只有一个目标节点发送Ack帧，时隙结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林世俊，谢剑敏，石江宏，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35