【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分布式计算、编码计算与差错检测，尤其涉及一种计算编码和传输编码的一体化方法与系统。
技术介绍
1、近年来，随着移动终端和iot(internet of things，物联网)设备的数目快速增长，分布式计算引起了人们极大的兴趣。在分布式计算网络下，移动终端和iot设备相互连接起来共同完成一个大规模的计算任务。尽管分布式网络具有高效计算的优势，但是网络的计算性能总是被掉队节点所限制，即在分布式网络中计算能力最弱的那个计算节点。由于掉队节点糟糕的计算能力，整个网络完成计算任务所花费的时间会显著增加。
2、为了解决掉队节点的负面影响，一种名为编码计算的新框架最近被提出了。通过引入一些必要的计算冗余，编码计算方案中期望得到计算结果可以仅仅由一部分计算能力强的节点直接恢复出来，而不必像原始的未编码方案一样等待所有的计算节点完成计算，因而其可以极大加快分布式计算，并显著降低网络的计算时延。
3、目前的大部分针对编码计算的研究都是基于mds(maximum distance separable，极大距离可分)码进行设计。但是，由于mds码是具有固定码率的码字，这导致mds编码计算方案通常无法直接利用掉队节点所完成的计算结果，造成大量无法忽略的冗余计算，且其对掉队节点的数量具有一定的容忍限度，同时mds码的编译码复杂度与计算量的立方成正比，当需求的计算规模较大时，mds的编译码开销是无法忍受的。
4、为了提供更加灵活的编码速率与更低的编译码开销，基于lt(luby transform，卢比变换)码
5、在无线分布式网络下，由于噪声和信道衰落等各种原因的影响，数据在传输过程中往往会发生各种各样的错误，而数据的传输错误可能会对分布式系统造成严重的性能衰减，从而降低系统的可靠性。对于准确度敏感的计算任务而言，低可靠性的计算结果是无法接受的。于是，为了缓解传输错误对分布式网络带来的负面影响，通常可采用基于重传的检错机制。具体而言，发送方对传输的数据添加一些检错冗余，接收方在收到数据后进行相应的错误检测，若发现传输错误，则要求发送方对该数据进行重传；在现有方案中，主节点向各个工作节点传输数据的过程一般是提前线下完成的，因此，此处所述的发送方即为工作节点，接收方即为主节点。然而，现有的研究中，编码计算与差错检测都是分离式设计的，也就是说，无线分布式网络中的主节点对系统的计算模型进行计算编码的设计，而各个工作节点独自对其计算结果完成传输编码的设计。在面对高动态变化的输入数据时，由于输入数据的不断改变同样会引起计算结果的不断变化，这种分离式的设计方案会带来频繁编码的问题，从而引入巨大的编码时延，对于计算敏感型的任务而言，这样高的时延是无法容忍的。同时，由于主节点在设计计算编码时未考虑重传时延与可靠性，工作节点在设计传输编码时未考虑全局的网络参数，这将会造成低效的计算任务与检错冗余分配。因此，对于无线分布式计算网络，急需一种全新的编码框架以实现低动态的编码和高效的分配策略，并最终达到低时延、高可靠的设计目的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种计算编码和传输编码的一体化方法与系统，采用lt码进行计算编码设计，同时采用线性检错码进行传输编码设计，并通过在主节点进行两层编码与参数优化，实现了低动态的编码和高效的分配策略，此外该方案能够很好地满足给定的需求可靠性，且取得比分离式设计更低的时延。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种计算编码和传输编码的一体化方法，在主从分布式无线网络架构中，将计算编码与传输编码一体化设计，编码计算部分采用卢比变换码设计，检错重传部分采用线性检错码设计，该方法包括：
4、主节点对系统模型参数进行两层编码，获得每一工作节点对应的若干两层编码子参数，每一层编码子参数中添加有检错冗余；
5、主节点将两层编码子参数分配给对应的工作节点，由各工作节点结合分配的两层编码子参数与输入信息进行数据内积计算，每一次数据内积计算结果即为一个子块计算结果，其包含数据子块计算结果与检错冗余计算结果；
6、主节点接收到来自各工作节点传输的子块计算结果，根据检错冗余对子块计算结果进行错误检错；若检测到错误，则通知相应工作节点重传子块计算结果；若未检测到错误，则对子块计算结果进行传输译码恢复出数据子块子块计算结果，直至成功接收指定数目的数据内积计算结果，并以此恢复出最终的结果。
7、一种计算编码和传输编码的一体化系统，系统部署于主从分布式无线网络架构中，将计算编码与传输编码一体化设计，编码计算部分采用卢比变换码设计，检错重传部分采用线性检错码设计，系统包括主节点与若干从节点，工作过程如下：
8、主节点对系统模型参数进行两层编码，获得每一工作节点对应的若干两层编码子参数，每一层编码子参数中添加有检错冗余；
9、主节点将两层编码子参数分配给对应的工作节点，由各工作节点结合分配的两层编码子参数与输入信息进行数据内积计算，每一次数据内积计算结果即为一个子块计算结果，其包含数据子块计算结果与检错冗余计算结果；
10、主节点接收到来自各工作节点传输的子块计算结果，根据检错冗余对子块计算结果进行错误检错；若检测到错误，则通知相应工作节点重传子块计算结果；若未检测到错误，则对子块计算结果进行传输译码恢复出数据子块子块计算结果，直至成功接收指定数目的数据内积计算结果，并以此恢复出最终的结果。
11、由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，通过将计算编码与传输编码进行一体化设计，可以避免传统分离式设计方案中存在的频繁编码问题，从而在面临高动态的输入数据时，同样能实现低动态的编码。此外，通过在主节点处联合优化分配给各个工作节点的数据子块大小与检错冗余，可以在满足系统要求的计算可靠性的情况下，获得最低的时延，从而实现了高效的分配策略，并达到了低时延、高可靠的设计目标。同时，由于系统模型矩阵具有低动态的特性，该一体化编码与对应的优化过程可提前线下完成，不会占用实际的计算任务执行时间。
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1.一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，在主从分布式无线网络架构中，将计算编码与传输编码一体化设计，编码计算部分采用卢比变换码设计，检错重传部分采用线性检错码设计，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，所述主节点对系统模型参数进行两层编码，获得每一工作节点对应的若干两层编码子参数包括：
3.根据权利要求1或2所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，所述指定数目为(1+η)m，其中η为卢比变换码的译码开销，m为系统模型参数的行向量数目。
4.根据权利要求2所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，数据子块大小bi与添加的检错冗余大小ri为通过优化获得的最优值；优化方式如下：
5.根据权利要求4所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，步骤b中求解的优化问题表示为：
6.根据权利要求4所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，所述可靠性是正确的数据内积占被主节点成功接收的指定数目的数据内积计算结果的比例，表示为：p>
7.根据权利要求4所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，所述总时延包括：计算时延与传输时延；
8.根据权利要求5或6或7所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，计算时延Tcmp表示为：
9.根据权利要求5或7所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，传输时延表示为：
10.一种计算编码和传输编码的一体化系统，其特征在于，系统部署于主从分布式无线网络架构中，将计算编码与传输编码一体化设计，编码计算部分采用卢比变换码设计，检错重传部分采用线性检错码设计，系统包括主节点与若干从节点，工作过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，在主从分布式无线网络架构中，将计算编码与传输编码一体化设计，编码计算部分采用卢比变换码设计，检错重传部分采用线性检错码设计，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，所述主节点对系统模型参数进行两层编码，获得每一工作节点对应的若干两层编码子参数包括：
3.根据权利要求1或2所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，所述指定数目为(1+η)m，其中η为卢比变换码的译码开销，m为系统模型参数的行向量数目。
4.根据权利要求2所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，数据子块大小bi与添加的检错冗余大小ri为通过优化获得的最优值；优化方式如下：
5.根据权利要求4所述的一种计算编码和传输编码的一体化方法，其特征在于，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：方博睿，陈力，尹华锐，陈晓辉，王卫东，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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