基于最大-最小网络编码的数据广播arq方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，涉及无线数据广播通信中的反馈重传技术，为一 种基于最大-最小网络编码的ARQ，尤其涉及一种基于最大-最小网络编码的数据广播ARQ方法。
【背景技术】
[0002] 自动重传请求技术（Automatic-Repeat-reQuset，ARQ)是用于在不可靠信道 中提高通信可靠性的一种简单而有效的技术。"林舒，科斯特洛.差错控制编码（晏坚 等译）?北京：机械工业出版社，2007. 6"，"Cam,R. ;Leung，C.;，"Throughputanalysis ofsomeARQprotocolsinthepresenceoffeedbackerrors，''Communications，IEEE Transactionson，vol. 45,no. 1，pp. 35-44,Janl997"，"Yu，P.；ShuLin;，〃AnEfficient Selective-RepeatARQSchemeforSatelliteChannelsandItsThroughputAnalysi s，"Communications，IEEETransactionson，vol. 29,no. 3,pp. 353-363,Marl981"。ARQ 通过用户请求基站重传出错的数据单元以达到正确接收的目的，其实现方式简单，复杂 度较低，常与前向纠错联合起来用于保证实际系统通信的可靠性"S.B.Wicker，Error ControlSystemsforDigitalCommunicationsandStorage,PrenticeHall,Englewood Cliffs,N.J.，1995"。
[0003] 文献"Larsson,P.，&Johansson,N.Multi-userARQ.InVehicularTechnology Conference, 2006.VTC2006-Spring.IEEE63rd, 2006 (Vol. 4,pp. 2052-2057) :IEEE" 针对 两个用户的单播场景提出了一种适用于多用户系统的ARQ方案。该方案利用了网络编码的 思想，在数据包重传阶段将不同用户的数据包异或合并的方式来减小重传数据包的发送数 量，提高系统的吞吐量，用户利用已知的信息解出自己所需要的信息的方式来恢复自己需 要的数据包。文献"肖潇，王伟平，杨路明，&张帅（2009).基于网络编码的无线网络广播 重传方法.通信学报（9),69-75. "提出了一种基于网络编码的ARQ方法，其思想是在保证 多个用户能够解码并获得有用数据包的前提下，将多个需要重传的数据包进行异或合并， 从而极大的减少了数据包的平均重传次数。
[0004] 通过将网络编码的思想应用在无线广播通信中，能够有效的提高广播的效率，现 阶段已有的专利成果如下：
[0005] 1.西安电子科技大学提出的基于网络编码的广播重传系统及其方法，公开了一 种基于网络编码的广播重传系统及其方法，主要解决现有广播重传技术重传效率较低的问 题。该发明的系统包括基站和多个用户，基站包括协商模块、动态列表模块、重传缓存模块、 译码模块、反馈模块。该发明的实现步骤包括：（1)发送测试包；（2)获取系统单帧最大存活 时间；（3)动态链表初始化；（4)发送信息帧；（5)更新动态列表；（6)构造重传帧；（7)发送 重传帧；(8)再次更新动态列表；(9)处理动态列表中的剩余信息；（10)传输前准备；（11) 接收数据帧；（12)重传帧译码。
[0006] 2.哈尔滨工业大学提出的基于网络编码的发射端广播重传方法及系统，通过构建 重传缓冲池、初始化重传缓冲池、组合重传数据包，然后发送重传数据包，减少了传输次数， 提高了能量效率，当数据量较大时，减小了网络时延，提高了网络传输效率，减少了网络丢 包率，增加了传输的可靠性，能达到网络最大信息流。
[0007] 3.电子科技大学提出的WSN中引入基于同步机制的网络编码的广播方法，本发 明公开了一种WSN中引入基于同步机制的网络编码实现高效率可靠方法，在广播的建立阶 段，中心节点发送含有下次唤醒时间的同步数据包SYNC，来实现所有邻居节点的周期同步 唤醒以及休眠；发送节点向其他节点广播第1到底N个数据包，并将这些数据包储存起来； 返回ACK包，并储存收到的数据包；估算重传次数；重传所有终端都丢失的数据包；选择丢 包进行编码组合；接收节点反馈。本发明在WSN中引入基于同步机制的网络编码实现高效 率可靠广播方法，通过广播的建立，原始数据的广播，以及重传过程三个阶段的实现，减少 了整个网络的能耗，实现了信息的可靠广播。
[0008] 4.中国人民解放军理工大学提出的基于网络编码的加权广播重传方法，本发明公 开了一种基于网络编码的加权广播重传方法，包括如下步骤：根据各接收节点数据包反馈 的数据包状态信息和链路状态信息，构建加权数据包分布矩阵；以加权数据包分布矩阵为 基础，在源节点进行编码数据包的选取；源节点将选取的数据包进行XOR编码后，广播重传 给各接收节点；各接收节点在接收到编码数据包后进行译码，并将译码后的数据包状态信 息和链路状态信息反馈给源节点；源节点根据接收节点的反馈信息，判断传输是否完成，如 未完成则重新开始新一轮的编码重传。本发明的方法，能在链路状态不均衡的网络环境下， 以低的计算复杂度实现高的传输效率。可广泛用于各种具有反馈的广播网络。
[0009] 4.中国人民解放军理工大学提出的一种基于有限集合网络编码ARQ的大规模用 户数据广播方法，本发明公开了一种基于有限集合网络编码ARQ的大规模用户数据广播方 法，包括以下步骤：1)基站广播数据包；2)用户进行解码并根据解码情况计算各个预置网 络编码方案的解码增益，然后反馈解码增益最大的方案序号；3)基站通过统计用户的反馈 信息来确定本次重传采用的网络编码方案。本发明需要在基站和用户预置有限集合网络编 码方案，并且将预置有限集合网络编码ARQ引入广播通信中，减小了反馈信息数量，降低了 数据包平均重传次数，提高了广播通信的效率，主要解决了现有广播重传技术在有大量用 户的情况下重传效率低、反馈信息数量过大的问题。
[0010] 现有的网络编码ARQ方案在进行网络编码时没有考虑丢失数据包在不同用户间 的分布情况，在实际系统中由于丢失数据包在各个用户之间分布的差异性，数据广播系统 的广播效率是由丢失数据包最多的用户决定的。因此，丢失数据包最多的用户，其丢失的数 据包需要优先进行网络编码才能够得到更好的广播效率性能。同时，由于丢失用户较多的 数据包在进行网络编码时不容易和其他数据包进行配对，并且这类数据包重传时在用户能 够提供更多的译码机会，因此对于这类数据包在进行网络编码时也需要进行优先考虑。
【发明内容】
[0011] 本发明要解决的问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于最大-最小网络 编码的数据广播ARQ方法，本基于最大-最小网络编码的数据广播ARQ方法具有平均重传 次数小、广播效率高等特点。
[0012] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：基于最大-最小网络编码的数据广 播ARQ方法，其特征在于包括以下处理步骤：
[0013] 步骤（I. 1)，基站广播数据包：
[0014] 基站将原始信息进行信道编码、调制后形成原始数据包，然后基站向所有用户广 播原始数据包；
[0015] 步骤（1. 2)，用户处理与反馈：
[0016] 用户对接收到的原始数据包进行软解调、信道译码，并且通过译码后的信息尾部 的CRC校验判断是否正确译码；
[0017] 若一个原始数据包在一个用户能够被正确译码，则该用户存储译码后的原始信 息，并利用反馈信道反馈给基站以告知基站该数据包已经正确译码；反之，若该用户无法正 确接收该原始数据包，则该用户利用反馈信道反馈给基站以告知基站该原始数据包丢失； 若一轮数据广播结束后，一个用户正确接收到所有的原始数据包，则该用户进入静默状态； 反之，若该用户存在原始数据包丢失，则该用户等待基站重传数据包；
[0018] 步骤（1. 3)，结束广播或者基站重传：
[0019] 基站根据接收到的各个用户反馈的数据包正确接收情况进行判断，如果所有用户 都已经正确接收到所有原始数据包，则基站广播结束；反之，如果用户存在原始数据包丢 失，则基站将丢失的原始数据包所对应的原始信息进行最大-最小网络编码生成网络编码 数据包，并将网络编码数据包重传给所有用户；
[0020] 用户从接收到的网络编码数据包的包头处信息获知参与网络编码的原始数据包 集合，并对接收到的网络编码数据包进行软解调，之后利用本地存储的已正确译码的原始 信息对软解调得到的网络编码数据包的软信息进行联合信道-网络译码，并且通过译码后 的信息尾部的CRC校验判断是否正确译码；
[0021] 如果正确译码，则用户将恢复的原始信息进行存储，同时利用反馈信道反馈给基 站以告知基站该数据包已经正确译码；反之，若该用户无法正确译码该网络编码数据包，则 该用户等待基站重传数据包；
[0022] 若一轮重传结束后，一个用户已经正确接收到所有的原始数据包，则该用户进入 静默状态；反之，若该用户仍然存在原始数据包丢失，则该用户等待基站重传数据包；
[0023] 然后重复步骤（1. 3)，直到广播结束。
[0024] 作