专利名称：一种基于盲信号分离的网络编码方法
技术领域：
本发明涉及一种基于盲信号分离的网络编码方法，特别涉及一种免编码系数分发的网络编码方法。
背景技术：
网络编码是近年来通信领域的重大突破，它极大的提高了网络的传输速率、吞吐量和可靠性，对路由器基础设施以及无线网状网络等都特别有用。网络编码在天基综合信息网中有广阔的应用前景。通过网络编码可以实现网络的最大流，但应用网络编码的同时需要将每个节点的编码系数分发到其下行节点，极大的增加了网络的通信开销。华为技术有限公司公开号为CN101621353的一种随机线性网络编码的方法、装置禾口系统专利申请，以及 Linear network coding (IEEE Transactions On Information Theory, 2003,49 (2) :371381) —文中介绍的编码方法均存在编码系数通信开销的问题，该问题很大程度上阻碍了网络编码由理论走向应用。因此，编码系数分发问题是目前网络编码中丞待解决的关键问题。盲信号分离问题主要采用独立分量分析的方法对混合信息进行分离。在不知道信源信号及混合矩阵的任何信息的情况下，只需假设源信号是相互统计独立的，通过独立分量分析就能将源信号从混合信号中分离出来。在实际问题中，独立性假设基本是合理的，因而独立分量分析才能广泛的应用于诸多领域。
发明内容
本发明的技术解决问题是针对现有技术的不足，提供了一种基于盲信号分离的网络编码方法，本方法将盲信号分离的思想引入网络编码，突破了应用网络编码必须分发编码系数的现有结论，从而大大降低了网络通信的开销。本发明的技术解决方案—种基于盲信号分离的网络编码方法，包括信源节点将原始信源消息分发到网络中间节点的步骤；中间节点将接收到的信息进行编码并下发的步骤；信宿节点对接收到的编码后信息进行译码的步骤。其中，所述信源节点将原始消息所包含的信息包直接分发到网络的中间节点。所述中间节点采用随机选取的编码系数，对接收到的信息进行线性编码后再下发到下行中间节点。所述信宿节点采用盲信号分离的方法对接收到的编码信息进行译码。所述信宿节点采用盲信号分离的方法对接收到的编码信息进行译码时的分离矩阵通过以下步骤获得(1)任意选取一组线性无线的向量Ui, i = 1,2, ···，!!；(2)对Ui进行初始化，使每一个Ui都有单位范数；(3)对每个 i = 1，2，…，n，更新 Ui :",(/ + 1)=五{Ζ/[ ,γ(/)ζ]}-￡{/'[ ,7.(/)ζ]} ,(/);
其中，f是F的导数，f'是f的导数，F(yi)是非二次的非线性函数；Ε[·]表示取期望；(4)对U = [U1, U2,…，un]进行并行正交化；(5)若U未收敛，则返回步骤(3)，否则将获得的U作为分离矩阵输出。本发明与现有技术相比具有如下优点(1)与经典随机网络编码体制不同，本发明在信源节点将原始信源消息直接分发到网络中，而无需在原始信源消息前面加用以记录随机编码系数的单位矩阵，因此可以大大降低了网络的通信开销，同时也降低了信源编码的复杂度。(2)与信源编码相配合，在信宿节点通过采用基于独立分量分析的盲信号分离方法实现了在无需编码系数的前提下，对接收到的编码信息的译码。并且，通过分析与证明， 当各信源信号相互独立，且信源信号中不多于一个高斯信号时，可以无需编码系数即可实现信宿的正确译码。
图1为信源节点消息分发；图2为中间节点网络编码方法；图3为信宿节点译码方法；图4为本发明流程图。
具体实施例方式本发明所述方法如图4所示，在信源节点将信源消息发送到其在网络中下行方向的中间节点，网络中每个中间节点对收到的信息包做随机线性网络编码，然后将编码后的信息包发送到所有下行方向的信宿节点，信宿节点通过盲信号分离的方法还原原始信源消肩、ο在本发明上述的过程中，信宿节点采用独立分量分析方法对编码信息进行盲信号的分离。在盲信号分离过程中，利用各信号间的不相关性，可以还原原始信源消息。由于采用了盲信号分离的方法对编码信息进行译码，因此避免了中间节点对信息编码时对编码系数的分发，从而降低了网络编码的通信开销。下面就对本发明的原理做进一步说明。随机网络编码中的编码系数矩阵是进行随机线性网络编码的各中间节点随机选取的，而在信宿节点采用独立分量分析方法进行盲信号分离的混合矩阵也是随机选取的。 因此，若要在信宿节点实现对编码信息的译码，只要假设独立分量分析中的混合矩阵即为网络编码中的编码系数矩阵，网络编码与独立分量分析便有机结合在一起。根据上述理论，信源消息与随机选取的编码系数混合后可通过下述算法解出，从而证明了网络编码中无需分发编码系数信宿即可还原原始信源消息。所述基于盲信号分离的网络编码算法包括以下过程(1)如图1所示，信源节点以单位时间将原始信源消息S分发到网络的中间节点。 在现有技术经典随机网络编码体制中，信源节点在原始信源消息中加入一个用以记录编码系数的单位矩阵，形成传输信源消息g如下
权利要求
1.一种基于盲信号分离的网络编码方法，包括信源节点将原始信源消息分发到网络中间节点的步骤；中间节点将接收到的信息进行编码并下发的步骤；信宿节点对接收到的编码后信息进行译码的步骤，其特征在于所述信源节点将原始消息所包含的信息包直接分发到网络的中间节点； 所述中间节点采用随机选取的编码系数，对接收到的信息进行线性编码后再下发到下行中间节点；所述信宿节点采用盲信号分离的方法对接收到的编码信息进行译码。
2.根据权利要求1所述的一种基于盲信号分离的网络编码方法，其特征在于所述信宿节点采用盲信号分离的方法对接收到的编码信息进行译码时的分离矩阵通过以下步骤获得(1)任意选取一组线性无线的向量Ui,i = 1,2,…，η;(2)对Ui进行初始化，使每一个Ui都有单位范数；(3)对每个i = 1，2，…，n，更新 Ui : ,(/ + 1) = ￡{ζ/[ ,7'(/)ζ]}-￡{/·[ ,Γ(/)ζ]} ,(/)；其中，f是F的导数，f'是f的导数，F(Yi)是非二次的非线性函数；Ε[·]表示取期望；(4)对U= [U1, U2,…，un]进行并行正交化；(5)若U未收敛，则返回步骤(3)，否则将获得的U作为分离矩阵输出。
全文摘要
本发明公开了一种基于盲信号分离的网络编码方法，其中，信源节点将原始消息所包含的信息包直接分发到网络的中间节点；中间节点采用随机选取的编码系数，对接收到的信息进行线性编码后再下发到下行中间节点；信宿节点采用盲信号分离的方法对接收到的编码信息进行译码。本方法将盲信号分离的思想引入网络编码，突破了应用网络编码必须分发编码系数的现有结论，从而大大降低了网络通信的开销。
文档编号H04L1/00GK102387000SQ20111031984
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者刘乃金, 周业军, 周钠, 郭玲华, 陶滢, 齐维孔 申请人:中国空间技术研究院