一种基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信领域，设及一种基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方 法。
【背景技术】
[0002] 随着蜂窝网络中无线多媒体终端的普及，人们对无线多媒体业务与应用的需求与 日剧增，其中一些业务或应用是同时被多个用户需求的，比如视频会议，移动电视，微博的 发布，手机网游等。随着用户数的增多，运类业务将消耗大量的空口资源，提高了其成本并 严重阻碍新业务的发展与普及，因此具有资源利用率高、实时性强、传输速率快等特征的无 线多播技术为蜂窝网络中多媒体业务的发展提供了良好的发展契机。
[0003] 无线多播是指在公共的无线信道上同时为多个用户传输多媒体数据。运种点到多 点的传输方式受益于无线信道的广播特性，仅需一个信道即可同时为多个用户进行多播传 输，因此比起单播的传输方式能够节约更多的信道资源。在多播系统中存在着大量的多播 用户，他们需求相同的高质量多媒体数据，但由于分布位置不同、遮挡和多径衰落等因素， 他们的信道质量可能相差巨大，此时为了保证公平性，发送端选择较低的调制编码方式，W 低速率传输多播数据，保证多播业务能覆盖到尽可能多的业务；换言之，在多播系统中，信 道条件较差的用户大大限制了多播系统的频谱效率。同时，基于时变衰落信道带来的影响， 发送端无法保证所有用户都能准确收到每个数据符号，此时接收端就会面临丢包的问题。 为了保证可靠传输需要对运些丢包进行反馈重传，但多播系统由于是多用户系统，每个用 户的丢包可能发生在不同的时隙，因此可能有多个用户丢失不同的包，但是大量反馈过程 将严重占用系统的资源，甚至可能造成"反馈风暴"导致正常信息传输的中断。因此多播技 术中研究如何提高传输效率、保障安全可靠传输具有重大的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于喷泉编码的保障多 媒体多播安全传输方法，该方法能够传输效率高，并且安全性和可靠性较高。 阳〇化]为达到上述目的，本发明所述的基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法包 括W下步骤：
[0006] 1)将待传输的多媒体业务流划分为k个信息包Si,S2, ...，Sk,其中，一个信息包在 一个传输间隙进行编码及传输；
[0007] 2)在当前传输间隙L内基站端采用喷泉编码方法对该传输间隙对应的信息包进 行编码，得校验包；
[0008] 3)在当前传输间隙L内基站端向所有多播组用户广播步骤2)得到的校验包；
[0009] 4)当第i个用户接收到所述校验包时，则对外广播一个ACK信号，告知基站端第i 个用户已成功接收所述校验包，基站端将第i个用户成功接收的校验包添加到成功接收校 验包集合中，同时对第i个用户成功接收的校验包进行解码，并将解码得到的信息添加到 已解码信息包序号集合Di中，其中，iG[1，M]，M为能够成功接收到校验包的用户数；
[0010] W重复步骤。、3)及4)，直至k个信息包传输完为止；
[0011] 6)基站端判断各已解码信息包序号集合中的元素个数是否为k，当各已解码信息 包序号集合中的元素个数均不为k时，则重复步骤2)、3)、4)及5);当已解码信息包序号集 合中的元素个数均为k时，则完成多媒体业务流的传输。
[0012] 步骤3)中在当前传输间隙L内基站端W固定功率向所有多播组用户广播步骤2) 得到的校验包。
[0013] 基站端W固定功率通过数据链路层的CRC编码W及物理层的信道编码后经信道 将校验包发送给所有多播组用户。
[0014] 步骤2)中的喷泉编码方法的具体操作为：
[0015]a)基站端根据前一时隙内更新的M个已成功解码信息包序号集合化，〇2, ...Dm分 别确定各用户未成功解码信息包序号集合，得所有用户的信息包编码信息；
[0016] b)基站端根据步骤1)得到的所有用户的信息包编码信息设置编码结构矩阵P，其 中，P为kXM阵，k为合法用户数目，编码结构矩阵P中第j个用户第i个信息Pi,G{0, 1}， Pu= 0表示第j个用户在第i个信息包时解码成功，P1，= 1表示第j个用户在第i个信 息包时解码失败；
[0017]C)基站端记录编码结构矩阵P中的全0行和全1行的行标，并分别存储于矩阵 ln_0 和ln_l中；
[0018] d)当ln_l非空时，则将ln_0中的全部元素与ln_l中的随机一个元素所对应编号 的信息包进行异或操作，并将异或操作的结果作为下一时隙的校验包符号输出；
[0019] 当ln_l为空时，则判断ln_0中元素个数是否小于等于k/8,当ln_0中元素个数小 于等于k/8时，则查找编码结构矩阵P中行和最大对应的行标，并将该行标对应编号的信息 包与ln_0的全部元素对应编号的信息包进行异或操作，并异或操作的结果作为下一时隙 的校验包符号输出；
[0020] 当ln_l为空时，且当ln_0中元素个数大于k/8时，则将编码结构矩阵P去掉全0 行后得到的矩阵中行和最小对应的行标组成的矩阵记作min_line，并将矩阵min_line的 元素个数记为Num_min_line，从矩阵min_line中选出行数最多的若干行，其中，选择出来 的所有行所组成的矩阵中各列和均小于2,然后将选择出来的行的行标对应编号的信息包 与ln_0中的全部元素对应编号的信息包进行异或操作，并将异或操作的结果作为下一时 隙的校验包符号输出。
[0021] 步骤4)中对第i个用户成功接收的校验包进行解码，并将解码得到的信息添加到 已解码信息包序列号集合Di中的具体操作为：
[0022] 在第i个用户的所有校验包，…中找到度为1的校验包，若第i个用户的 所有校验包中没有度为1的校验包时，则基站端在第P个时隙对第i个用户的模 拟解码操作终止；若第i个用户的所有校验包?，…中存在度为1的校验包S。时，令 Al二义，其中，X'/uEt，将校验包s。与所有和校验包S。有联系的校验包进 行异或操作，再删除所有与校验包S。有联系的校验包，然后将异或操作的结果作为新的校 验包S。加入已解码信息包序号集合D1中。
[0023] 步骤a)中确定各用户未成功解码信息包序号集合的具体操作为：
[0024] 设k个信息包组成的序列集合为I={si，S2,. . .，SiJ，前一时隙基站端的得到的已 成功解码信息包序号集合为〇1，则未成功解码信息序号包集合为： 阳0巧]Ui=CiDiO
[00%] 本发明具有W下有益效果：
[0027] 本发明所述的基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法在进行信息的传输 过程中，基站端采用喷泉编码方法对信息包进行编码，得校验包，然后将所述校验包广播至 所有多播组用户，可W显著降低蜂窝网络多媒体多播传输过程中窃听用户的截获概率同时 提高了信息传输效率。当用户成功接收到校验包时，则只需对外广播一个ACK信号，告知基 站端用户已成功接收到所述校验包，避免反馈过程严重占用系统资源，使信息能够稳定地 传输，保证信息传输的可靠性。
[0028] 进一步，本发明通过对喷泉编码过程中的度及所选信息包的序号两个参数进行控 制W保证多播组用户先于窃听用户解码成功，与传统LT编码方案相比安全性较高。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的模型图；
[0030] 图2为本发明中基站端的操作流程图；
[0031] 图3为本发明的仿真实验中Eve处于不同位置时窃听者截获概率对比图；
[0032] 图4为本发明的仿真实验中Eve处于不同位置时基站端传输效率对比图；
[0033] 图5为本发明的仿真实验中合法用户个数变化时窃听者截获概率对比图；
[0034]图6为本发明的仿真实验中合法用户个数变化时基站端传输效率对比图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0036] 本发明所述的基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法包括W下步骤：
[0037] 1)将待传输的多媒体业务流划分为k个信息包Si, S2, ...，Sk,其中，一个信息包在 一个传输间隙进行编码及传输；
[0038] 2)在当前传输间隙L内基站端采用喷泉编码方法对该传输间隙对应的信息包进 行编码，得校验包；
[0039] 3)在当前传输间隙L内基站端向所有多播组用户广播步骤2)得到的校验包；
[0040] 4)当第i个用户接收到所述校验包时，则对外广播一个ACK信号，告知基站端第i 个用户已成功接收所述校验包，基站端将第i个用户成功接收的校验包添加到成功接收校 验包集合中，同时对第i个用户成功接收的校验包进行解码，并将解码得到的信息添加到 已解码信息包序号集合Di中，其中，iG[1，M]，M为能够成功接收到校验包的用户数；
[0041] 5)重复步骤2)、3)及4)，直至k个信息包传输完为止；
[0042] 6)基站端判断各已解码信息包序号集合中的元素个数是否为k，当各已解码信息 包序号集合中的元素个数均不为k时，则重复步骤2)、3)、4)及5);当已解码信息包序号集 合中的元素个数均为k时，则完成多媒体业务流的传输。
[0043] 步骤3)中在当前传输间隙L内基站端W固定功率向所有多播组用户广播步骤2) 得到的校验包。
[0044] 基站端W固定功率通过数据链路层的CRC编码W及物理层的信道编码后经信道 将校验包发送给所有多播组用户。
[0045] 步骤2)中的喷泉编码方法的具体操作为：
[0046] a)基站端根据前一时隙内更新的M个已成功解码信息包序号集合化，〇2, ...Dm分 别确定各用户未成功解码信息包序号集合，得所有用户的信息包编码信息；
[0047] b)基站端根据步骤1)得到的所有用户的信息包编码信息设置编码结构矩阵P，其 中，P为kXM阵，k为合法用户数目，编码结构矩阵P中第j个用户第i个信息Pi,G{0, 1}， Pu= 0表示第j个用户在第i个信息包时解码成功，P1，=