一种高效融合随机网络编码方法及系统

本发明涉及网络编码，特别是指一种高效融合随机网络编码方法及系统。

背景技术：

1、随机网络编码（random linear network cooding,rlnc）是下一代具有大尺度以及高密环境的无线通信网络中可实现超高且可靠时延信息的传输的重要编码技术之一；其主要创新之处在于网络中节点无需预先知道网络拓扑结构，不用预编码，只需将编码系数附在报头处，随着信息一起发送，实现了网络中所有节点的分布式独立编码，解决了网络拓扑结构未知情况下的网络编码方案设计问题。此外，应用随机网络编码时，信宿端只需接收到足够多的独立编码数据包即可执行译码操作，而并无需关注丢失了哪些数据包，随机网络对于数据包丢失具有较好的鲁棒性。

2、现有绝大部分无线通信网络中的随机网络编码研究仅考虑包级别的数据随机编码和数据包丢失，这意味着即使数据包中的单一比特数据出现错误，其也被判定为错误接收，导致整个数据包被丢弃。为了译码恢复数据包中的稀疏错误比特，一种在离散信道中适用于任意码本的最大似然信道译码思想—猜测随机加性噪声译码可识别和消除噪声对传输信号的影响，达到译码稀疏错误比特数据包的目的。grand（guessing random additivenoise decoding，猜测随机加性噪声译码）,一种用于线性分组码的通用最大似然译码算法，是当前信息论与编码领域的研究热点之一，然而现有大部分grand相关研究的侧重点均在物理层各类信道编码译码方法，并没有考虑将grand方法与上层rlnc译码方法相融合。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的仅考虑包级别的数据随机编码和数据包丢失的技术问题，本发明实施例提供了一种高效融合随机网络编码方法及系统。所述技术方案如下：

2、一方面，提供了一种高效融合随机网络编码方法，该方法由高效融合随机网络编码设备实现，该方法包括：

3、s1、所述信源广播多个原始数据包传输至所述信宿；

4、s2、所述信宿接收多个原始数据包，通过采用错误检测码检验方式判定传输是否发生错误；

5、s3a、所述信宿正确接收的数据包个数与所述信源广播原始数据包个数相等时，传输过程结束；

6、s4b、所述信宿正确接收的数据包个数与所述信源广播原始数据包个数不相等时，所述信源继续传输随机网络编码数据包，直到所述信宿译码还原出所述信源发出的多个原始数据包，传输过程结束。

7、可选地，所述单跳无线广播网络，包括:单一信源和多个信宿。

8、可选地，所述s4b的所述信源继续传输随机网络编码数据包直到所述信宿译码还原出多个原始数据包，包括：

9、s4b1、信宿接收到随机网络编码数据包，选取随机编码系数；

10、s4b2、信宿根据接收数据包与随机编码数据包以及随机编码系数，计算融合随机网络编码校验子；

11、s4b3、信宿根据融合随机网络编码校验子，利用猜测随机加性噪声译码算法获得估计错误向量，根据估计错误向量对信源实际传输的数据包进行恢复；

12、s4b4、采用新一轮的错误检测码校验方式检查，若校验通过则信宿成功还原数据包；

13、s4b5、判断是否接收多个线性独立以及正确的数据包，如果存在多个线性独立的数据包，则信宿译码还原出多个原始数据包；否则信源继续传输随机网络编码数据包，重复步骤s4b1-s4b15，直到信宿译码还原出多个原始数据包。

14、可选地，所述s4b3的信宿根据融合随机网络编码校验子估计错误向量，包括：

15、s4b31、将估计错误向量设置为零；

16、s4b32、根据融合随机网络编码校验子以及预设条件进行计算，获得估计错误向量；

17、s4b33、判断估计错误向量中的每个数据包是否为全零向量；若全不为零，则估计错误向量为猜测到的估计错误向量；否则，计算错误接收数据包；根据基于错误检测码校验方法，判断错误接收数据包是否等于信源发出的数据包；若等于，则该错误接收数据包可以被正确接收；

18、s4b34、重新计算融合随机网络编码校验子；根据重新计算融合随机网络编码校验子，计算新的估计错误向量；将满足预设条件的新的估计错误向量保存，按照发生概率大小进行组合；

19、s4b35、将概率最大且未被选取过的的向量组合作为估计向量；

20、s4b36、判断新的估计错误向量中的每个数据包是否为全零向量；若全不为零，则估计错误向量为猜测得到的估计错误向量；否则，重新执行步骤s4b35，直到估计错误向量满足全不为零向量。

21、可选地，所述采用汉明重量衡量发生概率；其中，汉明重量越小发生概率越高，相同汉明重量发生概率相等。

22、可选地，所述s3a的所述信宿正确接收的数据包个数与所述信源广播原始数据包个数相等时，传输过程结束，包括：

23、当所述信宿正确接收的数据包个数与所述信源广播原始数据包个数相等时，每个信宿都接收信源广播的原始数据包且成功还原全部数据包时，传输过程结束。

24、另一方面，提供了一种高效融合随机网络编码系统，该系统应用于高效融合随机网络编码方法，该系统包括：

25、所述信源，用于广播多个原始数据包传输至所述信宿；

26、所述信宿，用于所述信宿接收多个原始数据包，通过采用错误检测码检验方式判定传输是否发生错误；所述信宿正确接收的数据包个数与所述信源广播原始数据包个数相等时，传输过程结束；所述信宿正确接收的数据包个数与所述信源广播原始数据包个数不相等时，所述信源继续传输随机网络编码数据包，直到所述信宿译码还原出所述信源发出的多个原始数据包，传输过程结束。

27、可选地，所述单跳无线广播网络，包括:单一信源和多个信宿。

28、可选地，所述信源继续传输随机网络编码数据包直到所述信宿译码还原出多个原始数据包，包括：

29、（1）信宿接收到随机网络编码数据包，选取随机编码系数；

30、（2）信宿根据接收数据包与随机编码数据包以及随机编码系数，计算融合随机网络编码校验子；

31、（3）信宿根据融合随机网络编码校验子，利用猜测随机加性噪声译码算法获得估计错误向量，根据估计错误向量对信源实际传输的数据包进行恢复；

32、（4）采用新一轮的错误检测码校验方式检查，若校验通过则信宿成功还原数据包；

33、（5）判断是否接收多个线性独立以及正确的数据包，如果存在多个线性独立的数据包，则信宿译码还原出多个原始数据包；否则信源继续传输随机网络编码数据包，重复步骤（1）-（5），直到信宿译码还原出多个原始数据包。

34、可选地，所述信宿根据融合随机网络编码校验子估计错误向量，包括：

35、（1）将估计错误向量设置为零；

36、（2）根据融合随机网络编码校验子以及预设条件进行计算，获得估计错误向量；

37、（3）判断估计错误向量中的每个数据包是否为全零向量；若全不为零，则估计错误向量为猜测到的估计错误向量；否则，计算错误接收数据包；根据基于错误检测码校验方法，判断错误接收数据包是否等于信源发出的数据包；若等于，则该错误接收数据包可以被正确接收；

38、（4）重新计算融合随机网络编码校验子；根据重新计算融合随机网络编码校验子，计算新的估计错误向量；将满足预设条件的新的估计错误向量保存，按照发生概率大小进行组合；

39、（5）将概率最大且未被选取过的的向量组合作为估计向量；

40、（6）判断新的估计错误向量中的每个数据包是否为全零向量；若全不为零，则估计错误向量为猜测得到的估计错误向量；否则，重新执行步骤（5），直到估计错误向量满足全不为零向量。

41、可选地，所述采用汉明重量衡量发生概率；其中，汉明重量越小发生概率越高，相同汉明重量发生概率相等。

42、可选地，所述信宿正确接收的数据包个数与所述信源广播原始数据包个数相等时，传输过程结束，包括：

43、当所述信宿正确接收的数据包个数与所述信源广播原始数据包个数相等时，每个信宿均接收信源广播的原始数据包并且成功还原全部数据包时，传输过程结束。

44、另一方面，提供一种高效融合随机网络编码设备，所述高效融合随机网络编码设备包括：处理器；存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现如上述高效融合随机网络编码方法中的任一项方法。

45、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述高效融合随机网络编码方法中的任一项方法。

46、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

47、本发明实施例中，信源广播多个原始数据包传输至信宿；信宿接收多个原始数据包，通过采用错误检测码检验方式判定传输是否发生错误；信宿正确接收的数据包个数与信源广播原始数据包个数相等时，传输过程结束；信宿正确接收的数据包个数与信源广播原始数据包个数不相等时，信源继续传输随机网络编码数据包，直到信宿译码还原出信源发出的多个原始数据包，传输过程结束。

48、本发明实施例提出基于grand的融合跨层gf(2l)-rlnc方法，采用随机编码包生成融合随机网络编码校验子，通过grand译码底层突发比特错误，该方法在不增加冗余信息比特的情况下，利用随机网络编码包先进行底层比特错误译码以降低丢包率，可提升包级别随机网络编码的吞吐量性能。