一种基于汉明重量编码的广播重传方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于汉明重量编码的广播重传方法及系统，方法包括：S1、卫星光源节点以固定的间隔周期，向N个接收端广播M个信息包；S2、卫星光源节点向接收端广播M个原始信息包后，各接收端发送ACK/NACK控制包到卫星光源节点反馈其丢失情况；S3、卫星光源节点根据接收端反馈的丢失信息包数目，将其是否丢失信息包记录在反馈矩阵W中；S4、卫星光源节点根据反馈矩阵W中记录的信息包丢失分布数据，通过汉明重量编码方式对接收端丢失的信息包进行编码组合，广播重新发送给所有接收端。本发明专利技术所提供的方法及系统，采用汉明重量编码方式对信息包进行编码组合，对新的编码信息包进行重传，使接收端以最优的方式从较少重传过程中恢复其丢失的信息包。

A Method and System of Broadcasting Retransmit Based on Hamming Weight Coding

The invention discloses a broadcasting and retransmitting method and system based on Hamming weight coding, which includes: S1, satellite light source node broadcasting M information packets to N receiving terminals at fixed intervals; S2, satellite light source node broadcasting M original information packets to receiving terminal, each receiving terminal sending ACK/NACK control package to satellite light source node to feedback its loss situation; S3, satellite light source node broadcasting M original information packets to receiving terminal; According to the number of lost packets fed back by the receiver, the node records whether the lost packets are in the feedback matrix W or not. According to the loss distribution data recorded in the feedback matrix W, the nodes of S4 and satellite light source encode and combine the lost packets at the receiver by Hamming weight coding, and broadcast them to all the receivers. The method and system of the invention adopts Hamming weight encoding mode to encode and combine information packages, and retransmits the new encoding information packages, so that the receiving end can recover the lost information packages from the less retransmitted process in the best way.

【技术实现步骤摘要】
一种基于汉明重量编码的广播重传方法及系统
本专利技术涉及卫星光通信领域，具体涉及一种基于汉明重量编码的广播重传方法及系统。
技术介绍
随着卫星光通信技术的发展以及社会传输信息量的巨大增加，信道的分组出错率也随之增大，不能保证信息快速及时的传输。于是广播重传技术的特性使得网络编码在提高传输速率方面有很好的应用。Ho等提出在有限域下应用随机线性网络编码的方法，并得出随机线性网络编码可以提高传输过程有效性并降低开销。Katti等提出机会式网络编码方法COPE，COPE协议要求每个节点利用已知的自身信息分别决定需要对哪些信息包进行编码以及如何对存在的信息包进行编码。对于无线广播网络，苟亮等提出了无线网络中基于机会网络编码的加权广播重传方案WONCR，该方案通过构造加权信息包分布矩阵将需要编码的信息包XOR编码后由信道传输编码包。Fan等提出采用搜寻的方式对所有的丢失信息包通过编码生成重传编码包。Sengupta等提出一种针对无线mesh网络的网络编码协议，理论上表明如果合理的进行编码组合，就可以获得最大的网络吞吐量。肖潇等提出基于网络编码的无线网络广播重传方法NCWBR，此算法在重传过程中存在较大的时延。在上述方案中，现有的广播重传算法进行编码信息包时具有运算复杂、传输效率低、鲁棒性差、并且其生成的编码信息包可以被所有的接受节点解码，从而大量的编码机会被浪费。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于汉明重量编码的广播重传方法及系统，采用汉明重量编码方式对信息包进行编码组合，然后卫星光源节点再对新的编码信息包进行重传，使接收端以最优的方式从较少重传过程中恢复其丢失的信息包。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于汉明重量编码的广播重传方法，包括：S1、卫星光源节点以固定的间隔周期Δt，向N(N≥2)个接收端广播M个信息包，所述卫星光源节点与接收端之间服从伯努利分布，且其丢包率相互独立；S2、所述卫星光源节点向接收端广播M个原始信息包后，各接收端发送ACK/NACK控制包到所述卫星光源节点反馈其丢失情况，所述丢失情况包括：信息包是否丢失，以及丢失信息包的标号和丢失节点的标号；S3、所述卫星光源节点根据接收端反馈的丢失信息包数目，将其是否丢失信息包记录在反馈矩阵W中，其中，所述反馈矩阵W是N×M的矩阵，行表示N(N≥2)个接收端，列表示M个信息包，W(i,j)＝1表示第i个接收端Ti未收到第j个信息包Pj，W(i,j)＝0表示第i个接收端Ti收到第j个信息包Pj；S4、所述卫星光源节点根据所述反馈矩阵W中记录的信息包丢失分布数据，通过汉明重量编码方式对接收端丢失的信息包进行编码组合，广播重新发送给所有接收端，直到所有接收端都恢复其丢失的信息包为止。进一步，如上所述的一种基于汉明重量编码的广播重传方法，步骤S4包括：S41、计算所述反馈矩阵W中每列信息包的汉明重量值Yi(0≤Yi≤N,1≤i≤M)，根据计算得出的汉明重量值对M列信息包由大到小进行排列，更新所述反馈矩阵W；S42、根据批次发送策略，计算出信息包需要的批次数量，根据计算得出的汉明重量值划分出每个批次包含的信息包：如果汉明重量值Yi＝N，则将其单独划分为一个批次；如果汉明重量值Yi＜N，把其汉明重量值赋值给s，将汉明重量值Yi≤N-s且满足编码条件的所在列信息包划分为一个批次，直到完成所需批次；S43、针对每个批次的信息包先将最大的汉明重量值Yi所对应的信息包与其余的信息包自适应地进行编码，再从剩余信息包中开始查找，若两个信息包满足发送策略，即将此列赋值为0，把信息包的编号放入数组C中，两个数据包中1的个数重新赋值给s，若此时s＝N，则编码组合这两个信息包进行广播重传；S44、根据接收端的接收情况及时更新所述反馈矩阵W，若新的矩阵是一个非零矩阵，则重复步骤S43，直到所述反馈矩阵W为全0矩阵。进一步，如上所述的一种基于汉明重量编码的广播重传方法，所述编码条件为：假设第M次重传时，为编码组合包，P1,P2,P3,...,Pn,Pk对应的汉明重量值为Y1,Y2,Y3,...,Yn,Yk，当且仅当接收端Ti只有1个信息包丢失的情况下，才可能解出1个原始信息包，接收端Ti想要正确解码出编码组合包中丢失的信息包数据需要满足：Y1+Y2+Y3+...Yn＝Yk。进一步，如上所述的一种基于汉明重量编码的广播重传方法，由于所述卫星光源节点与接收端之间的信道具有一致的统计性质，当信息包数量M足够大时，可认为所述卫星光源节点在单个批次的信息包发送完成后，其产生的丢失信息包数目大致相同，即：T＝Q((1-pc)(1-pe)L-pc(1-pu)L)其中，T为产生的丢失信息包数目，Q为发送原始信息包的数量，pcpepu均为参数，L为信息包长度，为保证接收端可以成功接收一个批次的信息包，所述卫星光源节点需要广播的信息包总数量为：其中，N为所述卫星光源节点需要广播的信息包总数量，随机变量Xk为接收端k正确接收单个信息包需要的平均传输次数，那么可知p(xk≤i)表示第i次发送后接收端k的成功接收概率，即：其中，表示广播重传的编码组合包的数量，则所有接收端成功接收单个信息包所需要的平均传输次数为一种基于汉明重量编码的广播重传系统，包括：卫星光源节点和N(N≥2)个接收端，所述卫星光源节点用于以固定的间隔周期Δt，向N(N≥2)个接收端广播M个信息包，所述卫星光源节点与接收端之间服从伯努利分布，且其丢包率相互独立；所述卫星光源节点还用于向接收端广播M个原始信息包后，各接收端发送ACK/NACK控制包到所述卫星光源节点反馈其丢失情况，所述丢失情况包括：信息包是否丢失，以及丢失信息包的标号和丢失节点的标号；所述卫星光源节点还用于根据接收端反馈的丢失信息包数目，将其是否丢失信息包记录在反馈矩阵W中，其中，所述反馈矩阵W是N×M的矩阵，行表示N(N≥2)个接收端，列表示M个信息包，W(i,j)＝1表示第i个接收端Ti未收到第j个信息包Pj，W(i,j)＝0表示第i个接收端Ti收到第j个信息包Pj；所述卫星光源节点还用于根据所述反馈矩阵W中记录的信息包丢失分布数据，通过汉明重量编码方式对接收端丢失的信息包进行编码组合，广播重新发送给所有接收端，直到所有接收端都恢复其丢失的信息包为止。进一步，如上所述的一种基于汉明重量编码的广播重传系统，所述卫星光源节点具体用于：计算所述反馈矩阵W中每列信息包的汉明重量值Yi(0≤Yi≤N,1≤i≤M)，根据计算得出的汉明重量值对M列信息包由大到小进行排列，更新所述反馈矩阵W；根据批次发送策略，计算出信息包需要的批次数量，根据计算得出的汉明重量值划分出每个批次包含的信息包：如果汉明重量值Yi＝N，则将其单独划分为一个批次；如果汉明重量值Yi＜N，把其汉明重量值赋值给s，将汉明重量值Yi≤N-s且满足编码条件的所在列信息包划分为一个批次，直到完成所需批次；针对每个批次的信息包先将最大的汉明重量值Yi所对应的信息包与其余的信息包自适应地进行编码，再从剩余信息包中开始查找，若两个信息包满足发送策略，即将此列赋值为0，把信息包的编号放入数组C中，两个数据包中1的个数重新赋值给s，若此时s＝N，则编码组合这两个信息包进行广播重传；根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于汉明重量编码的广播重传方法，其特征在于，包括：S1、卫星光源节点以固定的间隔周期Δt，向N(N≥2)个接收端广播M个信息包，所述卫星光源节点与接收端之间服从伯努利分布，且其丢包率相互独立；S2、所述卫星光源节点向接收端广播M个原始信息包后，各接收端发送ACK/NACK控制包到所述卫星光源节点反馈其丢失情况，所述丢失情况包括：信息包是否丢失，以及丢失信息包的标号和丢失节点的标号；S3、所述卫星光源节点根据接收端反馈的丢失信息包数目，将其是否丢失信息包记录在反馈矩阵W中，其中，所述反馈矩阵W是N×M的矩阵，行表示N(N≥2)个接收端，列表示M个信息包，W(i,j)＝1表示第i个接收端Ti未收到第j个信息包Pj，W(i,j)＝0表示第i个接收端Ti收到第j个信息包Pj；S4、所述卫星光源节点根据所述反馈矩阵W中记录的信息包丢失分布数据，通过汉明重量编码方式对接收端丢失的信息包进行编码组合，广播重新发送给所有接收端，直到所有接收端都恢复其丢失的信息包为止。

【技术特征摘要】
1.一种基于汉明重量编码的广播重传方法，其特征在于，包括：S1、卫星光源节点以固定的间隔周期Δt，向N(N≥2)个接收端广播M个信息包，所述卫星光源节点与接收端之间服从伯努利分布，且其丢包率相互独立；S2、所述卫星光源节点向接收端广播M个原始信息包后，各接收端发送ACK/NACK控制包到所述卫星光源节点反馈其丢失情况，所述丢失情况包括：信息包是否丢失，以及丢失信息包的标号和丢失节点的标号；S3、所述卫星光源节点根据接收端反馈的丢失信息包数目，将其是否丢失信息包记录在反馈矩阵W中，其中，所述反馈矩阵W是N×M的矩阵，行表示N(N≥2)个接收端，列表示M个信息包，W(i,j)＝1表示第i个接收端Ti未收到第j个信息包Pj，W(i,j)＝0表示第i个接收端Ti收到第j个信息包Pj；S4、所述卫星光源节点根据所述反馈矩阵W中记录的信息包丢失分布数据，通过汉明重量编码方式对接收端丢失的信息包进行编码组合，广播重新发送给所有接收端，直到所有接收端都恢复其丢失的信息包为止。2.根据权利要求1所述的一种基于汉明重量编码的广播重传方法，其特征在于，步骤S4包括：S41、计算所述反馈矩阵W中每列信息包的汉明重量值Yi(0≤Yi≤N,1≤i≤M)，根据计算得出的汉明重量值对M列信息包由大到小进行排列，更新所述反馈矩阵W；S42、根据批次发送策略，计算出信息包需要的批次数量，根据计算得出的汉明重量值划分出每个批次包含的信息包：如果汉明重量值Yi＝N，则将其单独划分为一个批次；如果汉明重量值Yi＜N，把其汉明重量值赋值给s，将汉明重量值Yi≤N-s且满足编码条件的所在列信息包划分为一个批次，直到完成所需批次；S43、针对每个批次的信息包先将最大的汉明重量值Yi所对应的信息包与其余的信息包自适应地进行编码，再从剩余信息包中开始查找，若两个信息包满足发送策略，即将此列赋值为0，把信息包的编号放入数组C中，两个数据包中1的个数重新赋值给s，若此时s＝N，则编码组合这两个信息包进行广播重传；S44、根据接收端的接收情况及时更新所述反馈矩阵W，若新的矩阵是一个非零矩阵，则重复步骤S43，直到所述反馈矩阵W为全0矩阵。3.根据权利要求2所述的一种基于汉明重量编码的广播重传方法，其特征在于，所述编码条件为：假设第M次重传时，为编码组合包，P1,P2,P3,...,Pn,Pk对应的汉明重量值为Y1,Y2,Y3,...,Yn,Yk，当且仅当接收端Ti只有1个信息包丢失的情况下，才可能解出1个原始信息包，接收端Ti想要正确解码出编码组合包中丢失的信息包数据需要满足：Y1+Y2+Y3+...Yn＝Yk。4.根据权利要求2所述的一种基于汉明重量编码的广播重传方法，其特征在于，由于所述卫星光源节点与接收端之间的信道具有一致的统计性质，当信息包数量M足够大时，可认为所述卫星光源节点在单个批次的信息包发送完成后，其产生的丢失信息包数目大致相同，即：T＝Q((1-pc)(1-pe)L-pc(1-pu)L)其中，T为产生的丢失信息包数目，Q为发送原始信息包的数量，pcpepu均为参数，L为信息包长度，为保证接收端可以成功接收一个批次的信息包，所述卫星光源节点需要广播的信息包总数量为：其中，N为所述卫星光源节点需要广播的信息包总数量，随机变量Xk为接收端k正确接收单个信息包需要的平均传输次数，那么可知p(xk≤i)表示第i次发送后接收端k的成功接收概率，即：其中，表示广播重传的编码组合包的数量，则所有接收端成功接收单个信息包所需要的平均传输次数为5.一种基于汉...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光宪，胡子昂，刘超，王延威，崔俊杰，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21