申请/专利权人：浙江工商大学

申请日：2019-04-17

公开（公告）日：2021-09-21

公开（公告）号：CN110086573B

主分类号：H04L1/00(20060101)

分类号：H04L1/00(20060101);H04L1/16(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.09.21#授权;2019.08.27#实质审查的生效;2019.08.02#公开

摘要：本发明提供了一种基于网络编码和用户结对的数据包传输方法，包括：设有用户N个，N个用户准备从基站上接收一个共同的文件，该文件包含K个数据包,用A＝{1,...,N}表示所有用户的集合，记第i个用户与基站之间的无线信道的丢包率为pi,记用户i和用户j之间的信道的丢包率为pij,假设用户间信道具有对称性，即pij＝pji,对于任意的i,j∈A，定义用户i和用户j的结对条件为：pijpi和pijpj，用户i和用户j可进行结对；对用户进行结对，结对后对用户进行数据传输。本发明将满足结对条件的用户进行结对并视为一个分组，待分组内有一个用户完成接收数后，完成数据接收的用户可利用组内成员之间的信道优势，代替基站将数据包传输给未完成数据接收的用户，最终达到提高整个网络的传输效率。

主权项：1.一种基于网络编码和用户结对的数据包传输方法，其特征在于，包括：设有用户N个，N个用户准备从基站上接收一个共同的文件，该文件包含K个数据包,用A＝{1,K,N}表示所有用户的集合，记第i个用户与基站之间的无线信道的丢包率为记用户i和用户j之间的信道的丢包率为假设用户间信道具有对称性，即对于任意的i,j∈A，定义用户i和用户j的结对条件为：pij＜pi和pij＜pj，即用户i到基站的信道丢包率以及用户j到基站的信道丢包率，都大于用户i和用户j之间的信道丢包率时，则用户i和用户j可进行结对；对用户进行结对，结对后对用户进行数据传输；所述用户结对包括以下步骤：用户结对，用J表示已完成结对的用户集合，1.1设定i＝1，i为第i个用户；1.2设定用户j＝i+1；1.3判断j是否属于J，J表示已完成结对的用户集合，若是，进入步骤1.4；否则，进入步骤1.6；1.4j←j+1，即将j+1赋值给j；1.5判断j是否大于N，N表示N个用户，若是，进入步骤1.9；否则，返回步骤1.3；1.6判断pij是否小于pi和pj，若是，进入步骤1.7；否则，返回步骤1.4；1.7用户i和用户j进行结对；1.8将i和j放入集合J内，即J←JU{i,j}；1.9i←i+1，即将i+1赋值给i；1.10判断i是否属于J，若是，返回步骤1.9；否则，进入步骤1.11；1.11判断i是否小于N，若是，返回步骤1.2；否则，进入步骤1.12；1.12用户结对结束；数据传输包括以下步骤：在每个时隙里，基站和各个用户按照如下步骤进行数据包的传输与接收：2.1基站使用随机线性网络编码对原始数据包进行编码，生成一个编码后的数据包，并广播给所有用户；2.2是否有一个或多个用户在当前时隙成功解码并发出反馈信息，若是，进入步骤2.3；否则，返回步骤2.1；2.3基站判断是否在每个用户小组中至少有一位用户已成功解码，若是，进入步骤2.4；否则，返回步骤2.1；2.4基站停止广播；2.5在每个小组内，已成功解码的用户使用随机线性网络编码对原始数据包进行编码，生成一个编码后的数据包的包，并单播给小组内未解码的用户；2.6是否有一个或多个用户在当前时隙成功解码并发出反馈信息，若是，进入步骤2.7；否则，返回步骤2.5；2.7基站判断是否所有用户都已成功解码，若是，进入步骤2.8；否则，返回步骤2.5；2.8数据传输结束。

全文数据：一种基于网络编码与用户结对的数据传输方法技术领域本发明属于无线网络通信技术领域，尤其涉及一种基于网络编码和用户结对的数据传输方法。背景技术网络编码是无线通信中的关键技术之一。利用网络编码，网络中的节点可对数据包进行有效的编码，然后再将编码后的数据包进行转存与传输。对于接收者来说，只要收到足够数量的编码后的数据包即可解码出所有的原始数据。网络编码的优点有：在理论上可达到网络中的最小割最大流min-cutmax-flow容量上限；节省网络的宽带资源消耗；提高网络的鲁棒性等。在现实的单跳无线广播网络中，基站的地理位置通常是固定的，而用户往往是在基站的传输范围内随机分布的。有些用户因为地理位置较近，用户之间的信道情况较好，丢包率低。基于这一特点，我们可以将这些用户以结对的方式组合起来，组成一个分组。在每个分组内，用户可进行传输“互助”：例如，完成数据接收的用户可利用组内成员之间的信道优势，代替基站将数据包传输给未完成数据接收的用户，最终达到提高整个网络的传输效率。本发明针对单跳无线网络中的多用户数据传输问题，提出一种基于网络编码和用户结对的高效数据传输方法：首先，基于网络中的信道参数，将符合条件的用户进行结对，最终构成多个分组。在分组完成之后，基站先将原始数据包进行随机线性网络编码，将编码后的数据包广播给用户。当每个分组中都至少有一个用户收到足够数量的编码后的数据包从而成功解码之后，基站停止广播。最后，分组内完成数据接收的用户，将解码出的原始数据包进行随机线性网络编码，然后将编码后的数据包以单播的形式发送给未完成接收的用户。当所有用户都完成解码，整个传输过程结束。发明内容本发明针对无线网络中的多用户文件传输问题，提供一种基于网络编码和用户结对的数据包传输方法。本发明的目的是通过下述技术方案实现的。一种基于网络编码和用户结对的数据包传输方法，包括：设有用户N个，N个用户准备从基站上接收一个共同的文件，该文件包含K个数据包,用A＝{1,...,N}表示所有用户的集合，记第i个用户与基站之间的无线信道的丢包率为记用户i和用户j之间的信道的丢包率为假设用户间信道具有对称性，即对于任意的i,j∈A，定义用户i和用户j的结对条件为：pijpi和pijpj，即用户i到基站的信道丢包率以及用户j到基站的信道丢包率，都大于用户i和用户j之间的信道丢包率时，则用户i和用户j可进行结对；对用户进行结对，结对后对用户进行数据传输。进一步的，所述用户结对包括以下步骤：1用户结对，用J表示已完成结对的用户集合，1.1设定i＝1，i为第i个用户；1.2设定用户j＝i+1；1.3判断j是否属于J，J表示已完成结对的用户集合，若是，进入步骤1.4；否则，进入步骤1.6；1.4j←j+1，即将j+1赋值给j；1.5判断j是否大于N，N表示N个用户，若是，进入步骤1.9；否则，返回步骤1.3；1.6判断pij是否小于pi和pj，若是，进入步骤1.7；否则，返回步骤1.4；1.7用户i和用户j进行结对；1.8将i和j放入集合J内，即J←J∪{i,j}；1.9i←i+1，即将i+1赋值给i；1.10判断i是否属于J，若是，返回步骤1.9；否则，进入步骤1.11；1.11判断i是否小于N，若是，返回步骤1.2；否则，进入步骤1.12；1.12用户结对结束。进一步的，数据传输包括以下步骤：在每个时隙里，基站和各个用户按照如下步骤进行数据包的传输与接收：2.1基站使用随机线性网络编码对原始数据包进行编码，生成一个编码后的数据包，并广播给所有用户；2.2是否有一个或多个用户在当前时隙成功解码并发出反馈信息，若是，进入步骤2.3；否则，返回步骤2.1；2.3基站判断是否在每个用户小组中至少有一位用户已成功解码，若是，进入步骤2.4；否则，返回步骤2.1；2.4基站停止广播；2.5在每个小组内，已成功解码的用户使用随机线性网络编码对原始数据包进行编码，生成一个编码后的数据包的包，并单播给小组内未解码的用户；2.6是否有一个或多个用户在当前时隙成功解码并发出反馈信息，若是，进入步骤2.7；否则，返回步骤2.5；2.7基站判断是否所有用户都已成功解码，若是，进入步骤2.8；否则，返回步骤2.5；2.8数据传输结束。由于采用本发明技术方案，本发明具有以下优点，1.考虑到现实场景中，往往存在若干个用户之间地理位置较近，信道较好的情况。因此，本发明利用了该特点，将满足结对条件的用户进行结对并视为一个分组。待分组内有一个用户完成接收数后，完成数据接收的用户可利用组内成员之间的信道优势，代替基站将数据包传输给未完成数据接收的用户，最终达到提高整个网络的传输效率。2.由于传统的未使用网络编码的传输方法中存在一个数据包需要被反复传输多次的弊端，本发明利用了网络编码的优势，提高了数据传输的效率。附图说明图1为本发明提供的一种基于网络编码和用户结对的数据传输方法网络示意图。图2为本发明提供的一种基于网络编码和用户结对的数据传输方法用户结对的流程图；图3为本发明提供的一种基于网络编码和用户结对的数据传输方法数据传输的流程图。具体实施方式为了进一步说明本发明的实施方法，下面给出一个实施范例。此优选实施例仅表示对本发明的原理性说明，不代表本发明的任何限制。如图所示，一种基于网络编码和用户结对的数据包传输方法，包括：设有用户N个，N个用户准备从基站上接收一个共同的文件，该文件包含K个数据包,用A＝{1,...,N}表示所有用户的集合，记第i个用户与基站之间的无线信道的丢包率为记用户i和用户j之间的信道的丢包率为假设用户间信道具有对称性，即对于任意的i,j∈A，定义用户i和用户j的结对条件为：pijpi和pijpj，即用户i到基站的信道丢包率以及用户j到基站的信道丢包率，都大于用户i和用户j之间的信道丢包率时，则用户i和用户j可进行结对；对用户进行结对，结对后对用户进行数据传输。所述用户结对包括以下步骤：2用户结对，用J表示已完成结对的用户集合，1.13设定i＝1，i为第i个用户；1.14设定用户j＝i+1；1.15判断j是否属于J，J表示已完成结对的用户集合，若是，进入步骤1.4；否则，进入步骤1.6；1.16j←j+1，即将j+1赋值给j1.17判断j是否大于N，N表示N个用户，若是，进入步骤1.9；否则，返回步骤1.3；1.18判断pij是否小于pi和pj，若是，进入步骤1.7；否则，返回步骤1.4；1.19用户i和用户j进行结对；1.20将i和j放入集合J内，即J←J∪{i,j}；1.21i←i+1，即将i+1赋值给i；1.22判断i是否属于J，若是，返回步骤1.9；否则，进入步骤1.11；1.23判断i是否小于N，若是，返回步骤1.2；否则，进入步骤1.12；1.24用户结对结束。数据传输包括以下步骤：在每个时隙里，基站和各个用户按照如下步骤进行数据包的传输与接收：2.9基站使用随机线性网络编码对原始数据包进行编码，生成一个编码后的数据包，并广播给所有用户；2.10是否有一个或多个用户在当前时隙成功解码并发出反馈信息，若是，进入步骤2.3；否则，返回步骤2.1；2.11基站判断是否在每个用户小组中至少有一位用户已成功解码，若是，进入步骤2.4；否则，返回步骤2.1；2.12基站停止广播；2.13在每个小组内，已成功解码的用户使用随机线性网络编码对原始数据包进行编码，生成一个编码后的数据包的包，并单播给小组内未解码的用户；2.14是否有一个或多个用户在当前时隙成功解码并发出反馈信息，若是，进入步骤2.7；否则，返回步骤2.5；2.15基站判断是否所有用户都已成功解码，若是，进入步骤2.8；否则，返回步骤2.5；2.16数据传输结束。实施例假设有三个用户，即N＝3,A＝{1,2,3}，准备从基站下载一个相同的文件。这个文件由100个数据包组成，即K＝100。假设用户与基站之间的信道丢包率分别为p1＝0.4,p2＝0.6,p3＝0.5，3个用户之间的信道丢包率分别为p12＝0.8,p23＝0.3,p13＝0.9。用户结对：开始时，有选择用户i＝1与用户j＝i+1＝2。判断用户2是否属于集合J：由于所以用户2不属于J。接着，判断p12是否小于p1和p2。由于p12＝0.8大于p2＝0.6,p1＝0.4，未满足用户结对条件，因此用户1与用户2不结对。更新j←j+1＝3。由于j＝3不大于N，继续判断p13是否小于p1和p3。由于p13＝0.9大于p3＝0.5,p1＝0.4，未满足用户结对条件，因此用户1与用户3不结对。更新j←j+1＝4。由于j＝4大于N，更新i←i+1＝2，即用户2作为待结对用户。由于i＝2不属于J且小于N，选择用户j＝i+1＝3待结对。由于用户j＝3小于N，继续判断p23是否小于p2和p3。由于p23＝0.3小于p2＝0.6,p3＝0.5，满足用户结对条件，用户2和用户3结对，更新集合J＝{2,3}。至此，结对阶段结束。3个用户被分成了两组，用户1单独为一组，用户2与用户3结对成为一组。数据传输：在第一个时隙里，基站先将100个数据包进行随机线性网络编码，生成一个编码后的数据包，并广播给三个用户。由于用户需要收到100个线性独立的编码过的数据包才能解码，因此，没有用户能够在第一个时隙完成解码。之后的时隙和第一个时隙同理。假设在第167个时隙里，用户1正好收到了100个编码过的数据包，因此解码出了所有原始数据包；而用户2和3此时还未收到100个编码过的数据包。用户1向基站发出反馈信息，告知自己已成功解码。由于用户2和用户3所在的小组中没有用户成功解码，因此基站在接下来的时隙里继续保持广播。假设在第200个时隙，用户3正好收到了100个编码过的数据包，因此解码出了所有原始数据包。用户3向基站发出反馈信息，告知自己已成功解码。由于基站从两个小组中都收到了反馈信息，从下个时隙起基站将停止广播。从第201个时隙开始，用户3将解码出的原始数据包进行随机线性网络编码，生成一个编码后的数据包，并单播给组内的结对用户2。假设在第250个时隙，用户2也成功解码出所有的原始数据包，并向基站发出了反馈信息。此时基站接收到了所有三个用户的反馈信息，传输过程结束。本发明基于网络编码和用户结对的数据传输方法，属于无线网络通信领域。通过对满足结对条件的用户进行结对并结合网络编码技术，提高了整个网络的传输效率。以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种基于网络编码和用户结对的数据包传输方法，其特征在于，包括：设有用户N个，N个用户准备从基站上接收一个共同的文件，该文件包含K个数据包,用A＝{1,...,N}表示所有用户的集合，记第i个用户与基站之间的无线信道的丢包率为记用户i和用户j之间的信道的丢包率为假设用户间信道具有对称性，即对于任意的i,j∈A，定义用户i和用户j的结对条件为：pijpi和pijpj，即用户i到基站的信道丢包率以及用户j到基站的信道丢包率，都大于用户i和用户j之间的信道丢包率时，则用户i和用户j可进行结对；对用户进行结对，结对后对用户进行数据传输。2.如权利要求1所述的一种基于网络编码和用户结对的数据包传输方法，其特征在于，所述用户结对包括以下步骤：1用户结对，用J表示已完成结对的用户集合，1.1设定i＝1，i为第i个用户；1.2设定用户j；1.3判断j是否属于J，J表示已完成结对的用户集合，若是，进入步骤1.4；否则，进入步骤1.6；1.4j←j+1，即将j+1赋值给j；1.5判断j是否大于N，N表示N个用户，若是，进入步骤1.9；否则，返回步骤1.3；1.6判断pij是否小于pi和pj，若是，进入步骤1.7；否则，返回步骤1.4；1.7用户i和用户j进行结对；1.8将i和j放入集合J内，即J←J∪{i,j}；1.9i←i+1，即将i+1赋值给i；1.10判断i是否属于J，若是，返回步骤1.9；否则，进入步骤1.11；1.11判断i是否小于N，若是，返回步骤1.2；否则，进入步骤1.12；1.12用户结对结束。3.如权利要求1所述的一种基于网络编码和用户结对的数据包传输方法，其特征在于，数据传输包括以下步骤：在每个时隙里，基站和各个用户按照如下步骤进行数据包的传输与接收：2.1基站使用随机线性网络编码对原始数据包进行编码，生成一个编码后的数据包，并广播给所有用户；2.2是否有一个或多个用户在当前时隙成功解码并发出反馈信息，若是，进入步骤2.3；否则，返回步骤2.1；2.3基站判断是否在每个用户小组中至少有一位用户已成功解码，若是，进入步骤2.4；否则，返回步骤2.1；2.4基站停止广播；2.5在每个小组内，已成功解码的用户使用随机线性网络编码对原始数据包进行编码，生成一个编码后的数据包的包，并单播给小组内未解码的用户；2.6是否有一个或多个用户在当前时隙成功解码并发出反馈信息，若是，进入步骤2.7；否则，返回步骤2.5；2.7基站判断是否所有用户都已成功解码，若是，进入步骤2.8；否则，返回步骤2.5；2.8数据传输结束。

百度查询： 浙江工商大学 一种基于网络编码与用户结对的数据传输方法

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