一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法技术

本发明专利技术请求保护一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法，该方法主要用来解决中继协作网络中数据包在有延迟限制下传输到目的节点的问题。包括以下步骤：S1，源节点广播数据包，通过中继向M(M≥2)个目的节点广播数据包序列；S2，判断是否存在未超过延迟约束的数据包；S3，生成数据包剩余时隙和速率图模型；S4，选择编码策略，中继节点传输编码包；S5，每次传输后根据目的节点反馈信息更新接收状态和数据包的剩余时隙；S6，根据反馈信息判数据包是否在延迟约束内被目的节点接收，并更新多速率图模型。本发明专利技术允许网络节点缓存数据包及不立即可解编码包，该方法可增大编解码机会，且能适应不同信道速率，有效提高数据包传输有效性。

A Relay Transmission Method Based on Network Coding with Delay Constraints

The invention requests to protect a relay transmission method based on network coding under delay constraints, which mainly solves the problem that data packets in a relay cooperative network are transmitted to the destination node with delay constraints. It includes the following steps: S1, the source node broadcasts the data packets, broadcasting the sequence of data packets to M (M or more than 2) destination nodes through relay; S2, judging whether there are packets that do not exceed the delay constraint; S3, generating the model of residual slot and rate graph of data packets; S4, choosing the coding strategy, relay node transmits the coded packets; S5, updating the receiving status according to the feedback information of destination node after each transmission. The state and the remaining slot of the data packet; S6, according to the feedback information, determines whether the data packet is received by the destination node within the delay constraint, and updates the multi-rate graph model. The invention allows network nodes to cache data packets and not immediately decode coded packets. The method can increase encoding and decoding opportunities, adapt to different channel rates, and effectively improve the effectiveness of data packet transmission.

【技术实现步骤摘要】
一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法
本专利技术属于中继协作无线网络下的数据包传输
，特别是涉及一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法。
技术介绍
随着无线网络和通信技术的巨大进步，用户对无线网络的要求随之提高，例如实时视频，虚拟现实，在线直播，网络购物，网络游戏等服务，这些场景数据包时延比较敏感。但由于无线传输易受干扰，数据包容易丢失或超过时延约束，会影响无线网络的传输效率，高延迟也会导致数据可用性降低，同时影响用户体验。传统的数据传输方法中节点对收到的数据包只能依次储存转发，导致传输次数较多，传输效率较低，网络开销较大。针对上述问题，网络编码概念于2000年首次被提出，网络编码技术综合考虑所有目的节点的需求，允许网络中间节点对接收到的数据包进行编解码操作，可以根据数据包的接收情况和时延约束等因素按照一定的编码则略生成编码包，然后再由中间节点传输至下游目的节点。接收节点再按照一定的规则对接收到的编码包进行解码得到所需数据包。相比传统传输方法，网络编码技术可大幅度增加吞吐量，通过一次传输可同时使多个节点接收到所需求的数据包，减小传输次数，有效节省网络资源并且提高传输效率。中继协作无线网络中，中继处的包选择策略至关重要，编码包的选取直接影响网络性能。合理的编码策略能充分发挥网络编码优势，降低网络开销，减小网络时延，有效改善系统性能。由于时延敏感场景对数据包的传输有效性有较高要求，因此选择最佳的编码组合方式和调度策略应首要考虑数据包能否在延迟限制内被传送到目的节点，这对于时延敏感网络场景能有效提高系统性能。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种可增大编解码机会，且能适应不同信道速率，有效提高数据包传输有效性的延迟约束下基于网络编码的中继传输方法。本专利技术的技术方案如下：一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法，其包括以下步骤：S1、源节点广播数据包，多个源节点通过中继节点R向M个目的节点广播数据包序列Pj，j∈(1,2,...,N)，M≥2，N表示该数据包序列的最大数目，目的节点反馈数据包接收状态信息给中继节点；S2、中继节点根据目的节点反馈数据包接收状态信息生成数据包接收情况，判断目的节点是否接收所有数据包，若是则结束，否则判断未被接收的数据包中是否存在未超过延迟约束的数据包；S3、若是，则生成目的节点处数据包剩余时隙和速率图模型；S4、中继节点根据未被接收的数据包的剩余时隙选择编码优先级，中继节点传输编码包；中继节点根据生成的速率图模型，中继节点选择能使较多目的节点成功接收的数据包加入编码集合，同时确定传输的速率；S5、中继节点每次传输编码包后根据目的节点反馈信息更新接收状态和数据包的剩余时隙；S6、根据反馈信息判数据包是否在延迟约束内被目的节点接收，并更新多速率图模型。进一步的，所述步骤S1源节点广播数据包，具体包括：源节点通过中继节点R向M个目的节点发送N个数据包p1,p2,p3,p4…pN,其中每个数据包有延迟约束要求，且中继能选择以不同的速率向每个目的节点广播数据包，即信道的速率可调节，对目的节点而言不同的信道速率对应不同的接收成功率θi，设定每个数据分组的长度L＝10k，生成目的节点的数据包接收状态信息。进一步的，所述步骤S2判断是否存在未超过延迟约束的数据包具体步骤如下：目的节点反馈数据包接收状态信息，Ni是目的节点Di未接收到的数据包集合，Hi是目的节点Di已正确接收到的数据包集合，即Ni是目的节点所需求的数据包集合，Hi是目的节点已拥有的数据包集合，判断还未被目的节点接收的数据包中是否存在未超过延迟约束的数据包，若不存在，则说明数据包均已超过对应的延迟限制，此时中继节点依次以接收成功概率最大的速率向目的节点广播所需数据包，若存在数据包仍在延迟约束内，则根据编码策略发送编码包。进一步的，所述步骤S3生成数据包剩余时隙和速率图模型具体步骤如下：中继协作无线网络中，源节点通过中继向多个目的节点广播数据包，不同信道速率{r1,r2,r3,r4,…,rz}对应不同接收成功率{θ1,θ2,θ3,θ4,…,θz}，每个数据包具有延迟约束,aj表示数据包pj的剩余时隙，每经过一次传输，该数据包的剩余时隙要减去本次传输所消耗的传输延迟，T(pj,di,t)表示时刻t将数据包pj传输到目的节点Di的期望时间，其中di表示目的节点Di，t为时刻。结合每个信道速率r以及数据包接收情况，构建一个由顶点V(t)和边集E(t)组成的速率图模型Gr(V(t),E(t))如下：其中：V(t)表示组成速率图模型的顶点集合，aj(t)表示时刻t数据包pj的剩余时隙大小，而vr,i,j∈V(t)，vr,i,j表示目的节点Di可在延迟约束内成功接收以速率r传输的数据包pj，E(t)表示边集合，相连的顶点表示的数据包可组合成编码包，vr,i',j'表示目的节点Di‘可在延迟约束内成功接收以速率r传输的数据包pj’，Hi'和Hi分别表示目的节点Di和Di‘已接收到的数据包。进一步的，所述步骤S4选择编码策略，中继节点传输编码包具体步骤如下：编码策略主要有2个原则：编码优先级每次传输后，延迟约束小的数据包优先考虑传输，即将延迟限制小的数据包优先考虑加入编码包集合；速率自适应速率图模型给出了t时刻中继采用不同速率传输编码包的期望结果，每次选择能使较多目的节点成功接收的数据包加入编码集合，在同样条件下则选择传输成功概率更大的编码包组合；中继依次广播根据策略选择最优速率广播生成的编码包。进一步的，所述步骤S5更新接收状态和剩余时隙具体步骤如下：每次传输后源节点和中继节点根据目的节点反馈信息更新数据包接收情况和数据包的剩余时隙；Ni：终端Di未接收到的数据包Hi：终端Di已正确接收到的数据包；速率ri下每次传输数据包的平均延迟：aj(t)：t时刻目的节点Di处数据包pj的剩余时隙大小gi,j：接收标志函数，目的节点Di在延迟约束内接收或解码pj的情况，则可以将方案目标量化为最大化即使更多的数据包在延迟约束内被目的节点接收。进一步的，所述步骤S6判断数据包是否在延迟约束内被目的节点接收并更新速率图模型具体步骤如下：中继传输编码包后，判数据包是否在延迟约束内被目的节点接收，并统计大小；速率图模型Gr(V(t),E(t))表示时隙t时中继以速率r传输每个数据包的接收情况；顶点V(t)＝{vr,i,j|pj∈Ni,T(pj,di,t)≤aj(t)}表示能在延迟约束内达到目的节点的数据包；速率图的的边集合表示为：E(t)＝{(vr,i,j,vr,i',j'∈V(t))|di≠di',pj∈Hi',pj'∈Hi}每次选择使较多数据包成功接收的编码包且更新速率图模型，转到S2，直至重传结束。本专利技术优点及有益效果如下：本专利技术提出了中继协作无线网络场景中，一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法。该方法在数据包延迟约束下结合信道速率选取编码包集合，可增加数编码包在目的节点的解码机会，从而增加数据包在延迟约束内被成功接收的概率，提高中继协作无线网络的数据包传输效率。本专利技术主要创新点在于步骤S3和S4，其有效结合了数据包的延迟约束以及信道速率。该方法将数据包的剩余时隙设置为第一优先级，优势在于有效保障了数据包在对应的延迟限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、源节点广播数据包，多个源节点通过中继节点R向M个目的节点广播数据包序列Pj，j∈(1,2,...,N)，M≥2，N表示该数据包序列的最大数目，目的节点反馈数据包接收状态信息给中继节点；S2、中继节点根据目的节点反馈数据包接收状态信息生成数据包接收情况，判断目的节点是否接收所有数据包，若是则结束，否则判断未被接收的数据包中是否存在未超过延迟约束的数据包；S3、若是，则生成目的节点处数据包剩余时隙和速率图模型；S4、中继节点根据未被接收的数据包的剩余时隙选择编码优先级，中继节点传输编码包；中继节点根据生成的速率图模型，中继节点选择能使较多目的节点成功接收的数据包加入编码集合，同时确定传输的速率；S5、中继节点每次传输编码包后根据目的节点反馈信息更新接收状态和数据包的剩余时隙；S6、根据反馈信息判数据包是否在延迟约束内被目的节点接收，并更新多速率图模型。

【技术特征摘要】
1.一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、源节点广播数据包，多个源节点通过中继节点R向M个目的节点广播数据包序列Pj，j∈(1,2,...,N)，M≥2，N表示该数据包序列的最大数目，目的节点反馈数据包接收状态信息给中继节点；S2、中继节点根据目的节点反馈数据包接收状态信息生成数据包接收情况，判断目的节点是否接收所有数据包，若是则结束，否则判断未被接收的数据包中是否存在未超过延迟约束的数据包；S3、若是，则生成目的节点处数据包剩余时隙和速率图模型；S4、中继节点根据未被接收的数据包的剩余时隙选择编码优先级，中继节点传输编码包；中继节点根据生成的速率图模型，中继节点选择能使较多目的节点成功接收的数据包加入编码集合，同时确定传输的速率；S5、中继节点每次传输编码包后根据目的节点反馈信息更新接收状态和数据包的剩余时隙；S6、根据反馈信息判数据包是否在延迟约束内被目的节点接收，并更新多速率图模型。2.根据权利要求1所述的一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法，其特征在于，所述步骤S1源节点广播数据包，具体包括：源节点通过中继节点R向M个目的节点发送N个数据包p1,p2,p3,p4…pN,其中每个数据包有延迟约束要求，且中继能选择以不同的速率向每个目的节点广播数据包，即信道的速率可调节，对目的节点而言不同的信道速率对应不同的接收成功率θi，设定每个数据分组的长度L＝10k，生成目的节点的数据包接收状态信息。3.根据权利要求2所述的一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法，其特征在于，所述步骤S2判断是否存在未超过延迟约束的数据包具体步骤如下：目的节点反馈数据包接收状态信息，Ni表示目的节点Di未接收到的数据包集合，Hi表示目的节点Di已正确接收到的数据包集合，即Ni是目的节点所需求的数据包集合，Hi是目的节点已拥有的数据包集合，判断还未被目的节点接收的数据包中是否存在未超过延迟约束的数据包，若不存在，则说明数据包均已超过对应的延迟限制，此时中继节点依次以接收成功概率最大的速率向目的节点广播所需数据包，若存在数据包仍在延迟约束内，则根据编码策略发送编码包。4.根据权利要求3所述的一种延迟约束下基于网络编码的中继传输方法，其特征在于，所述步骤S3生成数据包剩余时隙和速率图模型具体步骤如下：中继协作无线网络中，源节点通过中继向多个目的节点广播数据包，不同信道速率{r1,r2,r3,r4,…,rz}对应不同接收成功率{θ1,θ2,θ3,θ4,…,θz}，每个数据包具有延迟约束,aj表示数据包pj的剩余时隙，每经过一次传输，该数据包的剩余时隙要减去本次传输所消耗的传输延迟，T(pj...

【专利技术属性】
技术研发人员：王练，张勋杨，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50