专利名称：一种无线多播中的本地协作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线多播中的本地协作的方法，尤其是针对无线多播中的重传修 复过程提供的一种利用本地用户的信息共享进行误包修复的方法。
背景技术：
随着手机多媒体业务的兴起，无线多播正成为一种重要的无线通信方式。现有的 无线多播技术体系的演进主要体现在对移动基站到移动用户之间的链路进行调度、优化和 改进，而没有利用移动用户之间的本地协作。由于蜂窝频率资源的日趋紧张，利用移动用户 的本地协作可以节约蜂窝链路资源。用户在进行本地协作的时候，移动基站可以把链路资 源用在其它方面。移动用户的协作可以应用在无线多播的重传环节。传统的重传是由用户 向移动基站发送重传请求，移动基站接收到重传请求后使用p-t-p (Point-to-Point，点对 点)或p-t-M(Point-to-multipoint，点对多点)的方式进行重传。p-t-p方法会带来反馈 风暴的问题，即很多用户都向移动基站发送重传请求，导致移动基站疲于应付；p-t-M方法 会带来重复接收的问题，即很多用户重复接收到很多它们不需要的数据包。移动基站重传 的方法一方面效率比较低，另一方面移动基站重传总会占用一部分蜂窝链路资源。目前，针对这个问题，有人提出了使用移动用户本地重传的方法。移动用户先通过 轮询得到误包表，然后再使用轮询的“各尽所能”的方式进行误包修复。有人提出在协作重 传的时候使用适当的网络编码会减少重传的次数，但没有提出相应的算法。同时，分布在多 播用户组周围的空闲非多播用户作为一种潜在的用户协作中继也没有被利用起来。因此， 无线多播中的本地协作机制仍然有待改进。本明中的方法是以移动用户的P2P传输为基础 的，这方面已经有不少现成的专利和方法可以应用。
发明内容
技术问题本发明的目的正是为了解决无线多播中的本地协作的效率问题，针对 现有一般技术的主要问题，克服本地重传次数冗余、用户协作中继未被利用的缺点。本方法 根据协作通信的特点，提供了一种“分裂表”的方法获得本地协作重传的策略，同时纳入周 围空闲的非多播用户作为协作中继，以达到更加有效的多播效果。技术方案在用户本地协作中，移动用户通过用户协作中继的数据转发和本地协 作重传，可以减少对移动基站的重传请求。同时，由于本地链路质量较好，协作的速度是比 较快的，所以提高了误包修复的速度。本方法在本地协作重传的基本流程的基础上，应用网 络编码的方法进一步提高多播过程中误包修复的效率。用户协作中继转发的是它们所接收 到的数据包的网络编码包，本地协作重传也使用基于网络编码思想的“分裂表”算法，以减 少重传的次数，提高协作的效率，采用以下技术方案本方法的无线多播中的本地协作的方法，包括如下步骤Al、设接收多播的n(n为正整数，具体值可视实际多播时地理位置相邻的多播用 户数而定)移动用户在移动基站的控制下建立P2P (Peer-to-Peer，点对点)连接；
A2、移动基站使用网络编码的方法向多播用户组发送k(k为正整数，具体值可视 无线多播信道情况决定)个数据包；A3、基站选择一部分与多播用户相邻的空闲的非多播用户作为用户协作中继；用 户协作中继的选择过程基站通过发送消息询问非多播用户是否空闲，并选择一部分空闲 非多播用户作为用户协作中继，并向多播用户进行中继转发；用户协作中继的转发方式 用户协作中继向多播用户转发网络编码包，内容是它们所正确接收到的包的网络编码，且 每个非多播用户只广播一个包，多播组用户通过对已正确接收的编码包(包括基站发送和 用户协作中继转发两部分)进行线性解码实现第一次数据包修复；A4、多播组用户进行组内协作修复首先通过P2P组内轮询得到误包表LPM(Lost Packet Matrix，其行标表示用户序号，列标表示该次发送的包的序号)；LPM(i，j) = 1表示 第i个用户的第j个包是误包，LPM(i, j) =0表示第i个用户正确接收了第j个包，其中 i，j为正整数，且1彡i彡n，1彡j彡k ；A5、去掉全0列、全1列、只有一个“0”的列，并把相同的行合成一列；A6、使用“分裂表”的方法将误包表分为两部分选择“1”最少的行，将这一行中 “1”所在的列作为一个子表，“0”所在的列作为另外一个子表；A7、对第一个子表，从每一列中选择一个“正确接收”的用户来修复；A8、对第二个子表，从第一列开始，搜索可以合并的列，组成一个组；搜索的规则 为从第一列开始，对列累加；如果累加结果没有出现大于等于2的情况，则这一列就可以 归入该组合，反之，则这一列不能够归入该组合；对下一列进行同样的操作，直到最后一列； 已经归入组合的列从表中移除，对剩余的表进行同样的操作，直到所有的列都归入某一个 组为止；对每一个组，选择那个“1”最少的用户来重传，并使用简单的异或叠加的网络编 码，一个组只传一个异或编码包；A9、如果发现重传过后，还有数据包没有被修复，则向移动基站请求重传；A10、修复完毕，移动基站发送下一组数据，并重复A3 A9的接收和协作修复的过程。All、当多播结束后，用户在移动基站的控制下撤除P2P连接，用户协作中继也结 束协作任务恢复各自原来的状态。在所述步骤A3中用户协作中继的选择过程、转发方式具体说明如下1)在步骤A3中，用户协作中继的选择在移动基站的控制下进行，移动基站对用户 发送询问消息以确定哪些用户是空闲的非多播用户，然后就向这些用户发送“尝试成为用 户协作中继”的通知；这些用户接收到通知后，就测试它们到多播用户之间的链路情况；如 果链路好，则可以在移动基站的协调下加入到多播用户组的点对点P2P网络中去，成为用 户协作中继；新的空闲用户可以随时进入协作圈，已进入协作圈的用户协作中继也可以随 时退出协作圈，移动基站保持一个外围协作圈的用户协作中继的列表，并据此分配外围协 作的时隙；2)在A3步骤中，用户协作中继的转发方式采用网络编码的方法，每个用户协作中 继在各自分配的协作时隙里将侦听到的有效数据包进行网络编码，再向多播用户组转发， 每个非多播用户只广播一个网络编码包。在所述步骤A6中“分裂表”方法是选择拥有最多正确接收的包的用户作为分裂表的基准，使分开的含有全1即这一行全错的子表相对较小，而使含有全0即这一行全对的子 表较大。在所述步骤A8中使用简单的异或叠加的网络编码，即各个协作用户在各自的转 发时隙里将用“分裂表”方法搜索得到的包组合中的数据包进行异或相加，同时在编码包中 增加一个域，在这个包域中说明参与异或相加的数据包的序号，其它用户在接收到编码包 后，就通过简单的线性运算进行解码。有益效果首先，本方法将空闲的非多播用户作为协作中继向多播用户进行转发， 使得多播组内的用户可以经过非多播用户的帮助修复一些误包。由于空闲的非多播用户到 移动基站的链路情况与多播用户到移动基站的链路情况是相互独立的，因此引入空闲的非 多播用户对多播组用户的接收带来好处。其次，通过本专利中的“分裂表”方法可以获得本地重传的一种近似最优的策略， 减少本地重传的次数，提高本地重传的效率。理论分析和仿真结果都显示，与现有的没有使用用户协作中继、使用轮询的方法 进行重传的本地协作策略，采用本发明所述方法，可以获得更好的多播效率。
图1是无线协作多播的网络结构图。图中移动终端1、移动终端2、移动终端3是协作的多播用户组，移动终端4、移动 终端5是用户协作中继。图2是用户协作中继与多播用户组成的内外围协作圈。图中外围协作圈里的用户是用户协作中继，它们有随时离开和随时进入的自由； 内围协作圈是多播用户组内协作用户，它们一直处在协作之中。图3是系统使用本发明方法运行的具体流程图。
具体实施例方式下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述图1所示是无线协作多播的网络结构图。整个系统由移动基站、多播用户、非多播 用户三部分组成。移动基站负责发送多播数据，并在必要的时候重传某些数据包，同时控制 用户P2P连接的建立。多播用户接收移动基站的数据包，接收非多播用户转发的数据，非多 播用户向多播用户广播网络编码包。在传统的无线多播中，每个移动用户是单独接收的。出 现误包丢包情况后，也是通过各自的上行反馈信道向移动基站请求重传的。当移动用户之 间建立P2P连接后，多播用户就可以进行本地协作，减少对移动基站的重传请求。在这种协 作的基础上，使用网络编码可以提高协作重传的效率。同时，临近的非多播用户也可以接收 到移动基站发送的数据包。它们各自正确接收到的数据包进行网络编码后，发给多播用户， 对多播用户的解码起到帮助作用。这里每个用户协作中继在每一轮多播中只向多播用户广 播一个网络编码包。由于用户到移动基站之间的信道是相互独立的，所以不同的用户协作 中继所广播的网络编码包相同的概率很小。当用户协作中继的数目较多时，多播用户所获 得的有效编码包就十分可观了。用户在对数据包进行网络编码运算的时候，可以使用简单异或的方式，也可以使用随机线性网络编码的方式。异或的方式是将参与编码运算的数据包进行异或而得到编码 包。随机线性网络编码则是在有限域内随机产生一定数目的编码系数，利用这些系数对参 与编码运算的数据包进行加权相加而得到编码包。如图2所示，本地协作分为外围协作和内围协作。外围协作是由用户协作中继向 多播用户组广播编码包。外围协作的时间长短根据外围协作圈的协作用户数决定。移动基 站维持一个外围协作用户的列表，根据这个列表分配外围协作的时隙。由于每个协作用户 只发送一个编码包，所以每个外围协作用户所需要的时隙是一定的。外围协作时隙的长短 与外围协作用户数呈线性关系。用户协作中继可以随时离开或者进入外围协作圈，因此移 动基站所维持的外围协作用户的列表是变化的。外围协作完成后，多播用户组就可以进行 组内重传协作。首先通过轮询的方法获得组内的误包情况分布表，即从第一个用户开始，生 成一个表数据结构。表的横标表示这次多播的数据包的序号，表的列标表示多播用户的序 号。第一个用户根据自己的接收情况，正确接收的包填“1”，错误接收的包填“0”，这样完成 第一行的填写。然后，再将这个误包表发往下一个用户，下一个用户执行相同的操作。最后， 一圈轮询完成后，整个误包表就收集完成了。“分裂表”方法是基于上面所搜集的误包表。通过将误包表分为两个部分，其中一 部分不适用网络编码，另一部分适用进行网络编码的组合的搜索。现结合图3，说明本方法的具体步骤Bi、用户在移动基站的控制下建立P2P连接；B2、移动基站发送第一组数据包；B3、多播用户和非多播用户都对这些数据包进行接收；B4、非多播用户将各自正确接收到的数据包进行网络编码，并按次序向多播组用 户进行广播转发；B5、多播组用户利用已正确接收的网络编码包进行第一次数据包修复；B6、多播组用户通过轮询的方法获得组内误包情况分布表；去掉全0列、全1列、只 有一个“0”的列，并把相同的行合成一列；选择“1”最少的行。将这一行中“1”所在的列作 为一个子表，“0”所在的列作为另外一个子表；B7、对第一个子表，从每一列中选择一个“正确接收”的用户来修复；对第二个子 表，从第一列开始，搜索可以合并的列，组成一个组。搜索的规则为从第一列开始，对列累 加。如果累加结果没有出现大于等于2的情况，则这一列就可以归入该组合。反之，则这一 列不能够归入该组合。对下一列进行同样的操作，直到最后一列。已经归入组合的列从表中 移除，对剩余的表进行同样的操作，直到所有的列都归入某一个组为止。对每一个组，选择 那个“1”最少的用户来重传，并使用网络编码异或运算(一个组只需传一个异或编码包)；B8、如果发现重传过后，还有数据包没有被修复，则由那些还没有完全修复的用户 自己向移动基站请求重传。移动基站使用p-t-p的方式进行重传。B9、修复完毕，移动基站发送下一组数据，并重复B3 B8的接收和协作修复过程。B10、当多播结束后，用户在移动基站的控制下撤除P2P连接，用户协作中继也结 束协作任务恢复各自原来的状态。在上面的步骤B4 B7中，经过两重的本地协作，并应用了网络编码技术，使得多 播用户不必依靠移动基站重传就可以修复大部分的误包、丢包。同时，由于近距离链路质量比较好，例如在多播用户同处在一个会议室里，移动用户的P2P传输是十分快速和有效的， 这样本地协作重传就不会因为本地协作带来的额外负担而不切实用。
本发明提供了一种在无线多播中提高用户协作效率的方法。通过用户协作中继的 转发和多播用户的组内协作，可以大大减少对移动基站的重传请求，提高协作重传的效率。 以上详细说明了本发明方法在无线多播中的具体应用。
权利要求
1.一种无线多播中的本地协作的方法，其特征在于该方法包括如下步骤Al、设接收多播的η移动用户在移动基站的控制下建立点对点Ρ2Ρ连接；其中η为正整 数，具体值可视实际多播时地理位置相邻的多播用户数而定；Α2、移动基站使用网络编码的方法向多播用户组发送k个数据包；其中k为正整数，具 体值可视无线多播信道情况决定；A3、基站选择一部分与多播用户相邻的空闲的非多播用户作为用户协作中继；用户协 作中继的选择过程基站通过发送消息询问非多播用户是否空闲，并选择一部分空闲非多 播用户作为用户协作中继，并向多播用户进行中继转发；用户协作中继的转发方式用户 协作中继向多播用户转发网络编码包，内容是它们所正确接收到的包的网络编码，且每个 非多播用户只广播一个包，多播组用户通过对已正确接收的编码包进行线性解码实现第一 次数据包修复；编码包包括基站发送和用户协作中继转发两部分；A4、多播组用户进行组内协作修复首先通过P2P组内轮询得到误包表LPM;LPM(i，j) =1表示第i个用户的第j个包是误包，LPM(i，j) = 0表示第i个用户正确接收了第j个 包，其中i，j为正整数，且1彡i彡n，1彡j彡k ；A5、去掉全0列、全1列、只有一个“0”的列，并把相同的行合成一列； A6、使用“分裂表”的方法将误包表分为两部分选择“ 1，，最少的行，将这一行中“ 1，，所 在的列作为一个子表，“0”所在的列作为另外一个子表；A7、对第一个子表，从每一列中选择一个“正确接收”的用户来修复； A8、对第二个子表，从第一列开始，搜索可以合并的列，组成一个组；搜索的规则为从 第一列开始，对列累加；如果累加结果没有出现大于等于2的情况，则这一列就可以归入该 组合，反之，则这一列不能够归入该组合；对下一列进行同样的操作，直到最后一列；已经 归入组合的列从表中移除，对剩余的表进行同样的操作，直到所有的列都归入某一个组为 止；对每一个组，选择那个“1”最少的用户来重传，并使用简单的异或叠加的网络编码，一 个组只传一个异或编码包；A9、如果发现重传过后，还有数据包没有被修复，则向移动基站请求重传； A10、修复完毕，移动基站发送下一组数据，并重复A3 A9的接收和协作修复的过程； All、当多播结束后，用户在移动基站的控制下撤除P2P连接，用户协作中继也结束协 作任务回复原来状态。
2.根据权利要求1中所述的无线多播中的本地协作的方法，其特征在于，在所述步骤 A3中用户协作中继的选择过程、转发方式具体说明如下1)在步骤A3中，用户协作中继的选择在移动基站的控制下进行，移动基站对用户发送 询问消息以确定哪些用户是空闲的非多播用户，然后就向这些用户发送“尝试成为用户协 作中继”的通知；这些用户接收到通知后，就测试它们到多播用户之间的链路情况；如果链 路好，则可以在移动基站的协调下加入到多播用户组的点对点P2P网络中去，成为用户协 作中继；新的空闲用户可以随时进入协作圈，已进入协作圈的用户协作中继也可以随时退 出协作圈，移动基站保持一个外围协作圈的用户协作中继的列表，并据此分配外围协作的 时隙；2)在A3步骤中，用户协作中继的转发方式采用网络编码的方法，每个用户协作中继在 各自分配的协作时隙里将侦听到的有效数据包进行网络编码，再向多播用户组转发，每个非多播用户只广播一个网络编码包。
3.根据权利要求1中所述的无线多播中的本地协作的方法，其特征在于，在所述步骤 A6中“分裂表”方法是选择拥有最多正确接收的包的用户作为分裂表的基准，使分开的含有 全1即这一行全错的子表相对较小，而使含有全0即这一行全对的子表较大。
4.根据权利要求1中所述的无线多播中的本地协作的方法，其特征在于，在所述步骤 A8中使用简单的异或叠加的网络编码，即各个协作用户在各自的转发时隙里将用“分裂表” 方法搜索得到的包组合中的数据包进行异或相加，同时在编码包中增加一个域，在这个包 域中说明参与异或相加的数据包的序号，其它用户在接收到编码包后，就通过简单的线性 运算进行解码。
全文摘要
本发明提供一种无线多播中的本地协作方法。移动基站在对用户多播时，分为四个阶段第一阶段，移动基站向用户广播一定数量的数据包；第二阶段，空闲的非多播用户将接收到的数据包进行网络编码后向多播用户转发，多播用户利用这些转发的数据包进行第一次数据包修复；第三阶段，多播组内用户协作重传，使用网络编码的方法对多播用户的误包表进行“分裂”处理得到本地重传的策略，并按此策略进行本地重传；第四阶段，向移动基站报告接收的情况，移动基站根据用户的反馈判断是否进行重传。这种方法可以减少多播用户对移动基站的重传请求，减小重传的延时，减少重传的次数，提高重传的效率，减轻了移动基站重传的负担，节约了蜂窝链路资源，提高无线资源的利用率。
文档编号H04W28/16GK102098149SQ201110075680
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者张华 , 衡伟, 黄艺滨 申请人:东南大学