一种混合网络编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种混合网络编码方法。
技术领域
[0002]
[0003] 随着越来越多的无线电设备进入市场，频谱资源变得越来越紧张。为了提高 无线网络速率，人们不断提出各种方法来提高无线网络的性能。其中最近兴起并流行 的两种新技术就是网络编码HNC(high-layernetworkcoding)和物理层网络编码 PNC(physical-layernetworkcoding)。
[0004] 在无网络编码NNC(nonnetworkcoding)通信的情况下，对于双向三节点中继系 统，位于两端的两个用户节点如果想通过中继节点R进行一次数据包交换，共需要4个时 隙。在时隙1，用户节点1发送数据包Si到中继节点R;在时隙2,中继节点R转发收到的数 据包Si到用户节点2 ;在时隙3,用户节点2发送数据包S2到中继节点R;在时隙4,中继节 点R转发数据包S2到用户节点1。
[0005] 在使用网络编码HNC通信的情况下，对于双向三节点中继系统，一次数据包交换 所需时隙数减少到3。在时隙1，用户节点1发送数据包Si到中继节点R;在时隙2,用户节 点2发送数据包S2到中继节点R，在收到数据包S:和S2后，中继节点R通过运算形成一个 网络编码数据包SK，在时隙3,中继节点R广播网络编码数据包SK到用户节点1和用户节点 2,收到网络编码数据包51；后，用户节点1可以通过异或运算获得数据包S2，用户节点2也 可以通过同样的方式得到数据包Sp
[0006] 在使用物理层网络编码PNC通信的情况下，对于双向三节点中继系统，一次数据 包交换所需时隙数进一步减少到2。在时隙1，用户节点1和用户节点2同时发送数据包Si 和S2到中继节点R，由于数据包S:和S2在空间中发生了叠加，中继节点R收到的信号为SK =SdS2，接着，中继节点R通过进一步的运算处理得到4 ?A，这个过程称为PNC映射，在 时隙2,中继节点R将映射后的数据包发送给用户节点1和用户节点2,与网络编码中的一 样，用户节点1和用户节点2能够根据已有的数据包解码出对方发来的数据包。
[0007] 可以看出，物理层网络编码的通信效率是最高的。但是，由于网络双向数据流不平 衡。当源节点（如用户节点1)发送数据包到目的节点（如用户节点2)时，用户节点2可 能没有数据包要发往用户节点1，此时无法执行物理层网络编码通信，此时，用户节点1发 送的数据包只能以未编码的形式发送，即执行无网络编码NNC通信。因此，传统物理层网络 编码PNC通信过程中依然存在大量的NNC通信，效率依然不高。
【发明内容】
[0008] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种混合网络编码的方 法，将网络编码HNC与物理层网络编码PNC相结合，有效提高系统的吞吐量。
[0009] 一种混合网络编码方法，其特征在于：当可以执行物理层网络编码PNC通信的时 候，优先执行物理层网络编码PNC通信，当无法执行物理层网络编码PNC通信时，执行网络 编码HNC通信，只有在物理层网络编码PNC和网络编码HNC通信都无法执行的时候，才执行 无网络编码NNC通信，具体包括如下步骤：
[0010] 步骤1、为了使中继节点R在接收数据包时，能够知道有两个用户节点在同时发 送，还是只有一个用户节点在发送，用户组1和用户组2发送的数据包使用两两相互正交的 物理层前导码；
[0011] 步骤2、在中继节点R的PNC/NNC解码器后面设置3个发送缓存，分别为NC缓存、 NNC缓存1和NNC缓存2;中继节点R收到的基带信号先经过两个相关器，如果检测到两个相 互正交的前导码，则判断接收到的数据包是网络编码NC数据包，否则就是无网络编码NNC 数据包，然后再将数据包通过PNC/NNC解码器解码后送至缓存器缓存，若是网络编码NC数 据包，则将解码结果存入NC缓存，否则根据解码结果无网络编码NNC数据包的源地址，分别 存入NNC缓存1或NNC缓存2;
[0012] 步骤3、用户节点到中继节点的传输过程；
[0013] (1)在时隙开始时，若源用户节点叫缓存非空且尝试发送RTS帧，则发送RTS帧到 中继节点R，该RTS帧携带目的节点n」的地址，若发送RTS帧发生冲突，则本时隙结束，否则 进入下一步骤；
[0014] (2)中继节点R收到RTS帧后，广播CTS帧到节点叫和节点n」，该CTS帧携带此刻 的时间戳，节点叫和节点nj收到CTS帧后分别计算出本次的传播时延SJPSj;
[0015] (3)如果节点nj有反向数据包要发往节点np则节点叫和n』分别等待2S_-2Si 和2 时长后同时向中继节点R发送数据包，其中SMx=max(S^ 6』），此时中继 节点R将收到一个网络编码NC包，否则节点ni等待2S_-2S,后独自发送数据包到中继 节点R;
[0016] ⑷中继节点R收到上述数据包后，向节点叫和nj广播Ack帧，节点nJpnj将各 自发送出去的数据包存储到临时缓存中，以用做解码数据包；
[0017] 步骤4、中继节点R到用户节点的传输过程；
[0018] (1)若中继节点R至少一个缓存非空，且尝试发送数据包，则进入下一步骤，否则 本时隙结束；
[0019] (2)如果NC缓存非空，则从NC缓存取NC数据包，根据NC数据包内包含的两个目 的节点的地址，广播到两目的节点并转到步骤（6)0,否则进入下一步骤；
[0020] (3)如果NNC缓存1和NNC缓存2都非空，则中继节点R从NNC缓存1和NNC缓存 2各取出一个数据包并编码生成NC数据包，根据NC数据包内包含的两个目的节点的地址， 广播到两目的节点，并转到步骤（6) 0,否则进入下一步骤；
[0021] (4)从非空缓存中取出一个数据包直接发送到目的节点；
[0022] (5)收到数据包的目标节点发送Ack帧给中继节点R，时隙结束；
[0023] (6)收到数据包的两个目标节点发送Ack帧给中继节点R，时隙结束。
[0024] 采用本发明一种混合网络编码方法，当可以执行物理层网络编码PNC通信的时 候，优先执行物理层网络编码PNC通信，当无法执行物理层网络编码PNC通信的时候，执行 网络编码HNC通信，当物理层网络编码PNC和网络编码HNC通信都无法执行的时候，才执行 无网络编码NNC通信，由于网络编码HNC通信的加入，能够减少无网络编码NNC通信的次 数，进一步提尚网络的吞吐量。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的中继节点中的数据流示意图；
[0026] 图2为本发明中用户节点发送数据包给中继节点的流程图；
[0027] 图3为本发明中中继节点发送数据包给用户节点的流程图。
[0028] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
【具体实施方式】
[0029] 本发明一种混合网络编码方法，不仅仅适用于时隙ALOHA协议，其他分布式MAC协 议（如802. 11)都适用，本实施例中以时隙ALOHA协议为例。假设一种普遍的网络场景，用 户组1和用户组2通过中继节点R进行包交换，叫为用户组1节点，r^_为用户组2节点，所 有节点均通过GPS获得相同的时间参考。
[0030] 基于时隙ALOHA分布式MAC协议，本发明一种混合网络编码方法，当可以执行物理 层网络编码PNC通信的时候，优先执行物理层网络编码PNC通信，当无法执行物理层网络编 码PNC通信时，执行网络编码HNC通信，只有在物理层网络编码PNC和网络编码HNC通信都 无法执行的时候，才执行无网络编码NNC通信，具体包括如下步骤：