一種無線多播中的本地協作方法

2023-09-16 01:08:50 3

專利名稱：一種無線多播中的本地協作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線多播中的本地協作的方法，尤其是針對無線多播中的重傳修 復過程提供的一種利用本地用戶的信息共享進行誤包修復的方法。
背景技術：
隨著手機多媒體業務的興起，無線多播正成為一種重要的無線通信方式。現有的 無線多播技術體系的演進主要體現在對移動基站到移動用戶之間的鏈路進行調度、優化和 改進，而沒有利用移動用戶之間的本地協作。由於蜂窩頻率資源的日趨緊張，利用移動用戶 的本地協作可以節約蜂窩鏈路資源。用戶在進行本地協作的時候，移動基站可以把鏈路資 源用在其它方面。移動用戶的協作可以應用在無線多播的重傳環節。傳統的重傳是由用戶 向移動基站發送重傳請求，移動基站接收到重傳請求後使用p-t-p (Point-to-Point，點對 點)或p-t-M(Point-to-multipoint，點對多點)的方式進行重傳。p-t-p方法會帶來反饋 風暴的問題，即很多用戶都向移動基站發送重傳請求，導致移動基站疲於應付；p-t-M方法 會帶來重複接收的問題，即很多用戶重複接收到很多它們不需要的數據包。移動基站重傳 的方法一方面效率比較低，另一方面移動基站重傳總會佔用一部分蜂窩鏈路資源。目前，針對這個問題，有人提出了使用移動用戶本地重傳的方法。移動用戶先通過 輪詢得到誤包表，然後再使用輪詢的「各盡所能」的方式進行誤包修復。有人提出在協作重 傳的時候使用適當的網絡編碼會減少重傳的次數，但沒有提出相應的算法。同時，分布在多 播用戶組周圍的空閒非多播用戶作為一種潛在的用戶協作中繼也沒有被利用起來。因此， 無線多播中的本地協作機制仍然有待改進。本明中的方法是以移動用戶的P2P傳輸為基礎 的，這方面已經有不少現成的專利和方法可以應用。

發明內容
技術問題本發明的目的正是為了解決無線多播中的本地協作的效率問題，針對 現有一般技術的主要問題，克服本地重傳次數冗餘、用戶協作中繼未被利用的缺點。本方法 根據協作通信的特點，提供了一種「分裂表」的方法獲得本地協作重傳的策略，同時納入周 圍空閒的非多播用戶作為協作中繼，以達到更加有效的多播效果。技術方案在用戶本地協作中，移動用戶通過用戶協作中繼的數據轉發和本地協 作重傳，可以減少對移動基站的重傳請求。同時，由於本地鏈路質量較好，協作的速度是比 較快的，所以提高了誤包修復的速度。本方法在本地協作重傳的基本流程的基礎上，應用網 絡編碼的方法進一步提高多播過程中誤包修復的效率。用戶協作中繼轉發的是它們所接收 到的數據包的網絡編碼包，本地協作重傳也使用基於網絡編碼思想的「分裂表」算法，以減 少重傳的次數，提高協作的效率，採用以下技術方案本方法的無線多播中的本地協作的方法，包括如下步驟Al、設接收多播的n(n為正整數，具體值可視實際多播時地理位置相鄰的多播用 戶數而定)移動用戶在移動基站的控制下建立P2P (Peer-to-Peer，點對點)連接；
A2、移動基站使用網絡編碼的方法向多播用戶組發送k(k為正整數，具體值可視 無線多播信道情況決定)個數據包；A3、基站選擇一部分與多播用戶相鄰的空閒的非多播用戶作為用戶協作中繼；用 戶協作中繼的選擇過程基站通過發送消息詢問非多播用戶是否空閒，並選擇一部分空閒 非多播用戶作為用戶協作中繼，並向多播用戶進行中繼轉發；用戶協作中繼的轉發方式 用戶協作中繼向多播用戶轉發網絡編碼包，內容是它們所正確接收到的包的網絡編碼，且 每個非多播用戶只廣播一個包，多播組用戶通過對已正確接收的編碼包(包括基站發送和 用戶協作中繼轉發兩部分)進行線性解碼實現第一次數據包修復；A4、多播組用戶進行組內協作修復首先通過P2P組內輪詢得到誤包表LPM(Lost Packet Matrix，其行標表示用戶序號，列標表示該次發送的包的序號)；LPM(i，j) = 1表示 第i個用戶的第j個包是誤包，LPM(i, j) =0表示第i個用戶正確接收了第j個包，其中 i，j為正整數，且1彡i彡n，1彡j彡k ；A5、去掉全0列、全1列、只有一個「0」的列，並把相同的行合成一列；A6、使用「分裂表」的方法將誤包表分為兩部分選擇「1」最少的行，將這一行中 「1」所在的列作為一個子表，「0」所在的列作為另外一個子表；A7、對第一個子表，從每一列中選擇一個「正確接收」的用戶來修復；A8、對第二個子表，從第一列開始，搜索可以合併的列，組成一個組；搜索的規則 為從第一列開始，對列累加；如果累加結果沒有出現大於等於2的情況，則這一列就可以 歸入該組合，反之，則這一列不能夠歸入該組合；對下一列進行同樣的操作，直到最後一列； 已經歸入組合的列從表中移除，對剩餘的表進行同樣的操作，直到所有的列都歸入某一個 組為止；對每一個組，選擇那個「1」最少的用戶來重傳，並使用簡單的異或疊加的網絡編 碼，一個組只傳一個異或編碼包；A9、如果發現重傳過後，還有數據包沒有被修復，則向移動基站請求重傳；A10、修復完畢，移動基站發送下一組數據，並重複A3 A9的接收和協作修復的過程。All、當多播結束後，用戶在移動基站的控制下撤除P2P連接，用戶協作中繼也結 束協作任務恢復各自原來的狀態。在所述步驟A3中用戶協作中繼的選擇過程、轉發方式具體說明如下1)在步驟A3中，用戶協作中繼的選擇在移動基站的控制下進行，移動基站對用戶 發送詢問消息以確定哪些用戶是空閒的非多播用戶，然後就向這些用戶發送「嘗試成為用 戶協作中繼」的通知；這些用戶接收到通知後，就測試它們到多播用戶之間的鏈路情況；如 果鏈路好，則可以在移動基站的協調下加入到多播用戶組的點對點P2P網絡中去，成為用 戶協作中繼；新的空閒用戶可以隨時進入協作圈，已進入協作圈的用戶協作中繼也可以隨 時退出協作圈，移動基站保持一個外圍協作圈的用戶協作中繼的列表，並據此分配外圍協 作的時隙；2)在A3步驟中，用戶協作中繼的轉發方式採用網絡編碼的方法，每個用戶協作中 繼在各自分配的協作時隙裡將偵聽到的有效數據包進行網絡編碼，再向多播用戶組轉發， 每個非多播用戶只廣播一個網絡編碼包。在所述步驟A6中「分裂表」方法是選擇擁有最多正確接收的包的用戶作為分裂表的基準，使分開的含有全1即這一行全錯的子表相對較小，而使含有全0即這一行全對的子 表較大。在所述步驟A8中使用簡單的異或疊加的網絡編碼，即各個協作用戶在各自的轉 發時隙裡將用「分裂表」方法搜索得到的包組合中的數據包進行異或相加，同時在編碼包中 增加一個域，在這個包域中說明參與異或相加的數據包的序號，其它用戶在接收到編碼包 後，就通過簡單的線性運算進行解碼。有益效果首先，本方法將空閒的非多播用戶作為協作中繼向多播用戶進行轉發， 使得多播組內的用戶可以經過非多播用戶的幫助修復一些誤包。由於空閒的非多播用戶到 移動基站的鏈路情況與多播用戶到移動基站的鏈路情況是相互獨立的，因此引入空閒的非 多播用戶對多播組用戶的接收帶來好處。其次，通過本專利中的「分裂表」方法可以獲得本地重傳的一種近似最優的策略， 減少本地重傳的次數，提高本地重傳的效率。理論分析和仿真結果都顯示，與現有的沒有使用用戶協作中繼、使用輪詢的方法 進行重傳的本地協作策略，採用本發明所述方法，可以獲得更好的多播效率。


圖1是無線協作多播的網絡結構圖。圖中移動終端1、移動終端2、移動終端3是協作的多播用戶組，移動終端4、移動 終端5是用戶協作中繼。圖2是用戶協作中繼與多播用戶組成的內外圍協作圈。圖中外圍協作圈裡的用戶是用戶協作中繼，它們有隨時離開和隨時進入的自由； 內圍協作圈是多播用戶組內協作用戶，它們一直處在協作之中。圖3是系統使用本發明方法運行的具體流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述圖1所示是無線協作多播的網絡結構圖。整個系統由移動基站、多播用戶、非多播 用戶三部分組成。移動基站負責發送多播數據，並在必要的時候重傳某些數據包，同時控制 用戶P2P連接的建立。多播用戶接收移動基站的數據包，接收非多播用戶轉發的數據，非多 播用戶向多播用戶廣播網絡編碼包。在傳統的無線多播中，每個移動用戶是單獨接收的。出 現誤包丟包情況後，也是通過各自的上行反饋信道向移動基站請求重傳的。當移動用戶之 間建立P2P連接後，多播用戶就可以進行本地協作，減少對移動基站的重傳請求。在這種協 作的基礎上，使用網絡編碼可以提高協作重傳的效率。同時，臨近的非多播用戶也可以接收 到移動基站發送的數據包。它們各自正確接收到的數據包進行網絡編碼後，發給多播用戶， 對多播用戶的解碼起到幫助作用。這裡每個用戶協作中繼在每一輪多播中只向多播用戶廣 播一個網絡編碼包。由於用戶到移動基站之間的信道是相互獨立的，所以不同的用戶協作 中繼所廣播的網絡編碼包相同的概率很小。當用戶協作中繼的數目較多時，多播用戶所獲 得的有效編碼包就十分可觀了。用戶在對數據包進行網絡編碼運算的時候，可以使用簡單異或的方式，也可以使用隨機線性網絡編碼的方式。異或的方式是將參與編碼運算的數據包進行異或而得到編碼 包。隨機線性網絡編碼則是在有限域內隨機產生一定數目的編碼係數，利用這些係數對參 與編碼運算的數據包進行加權相加而得到編碼包。如圖2所示，本地協作分為外圍協作和內圍協作。外圍協作是由用戶協作中繼向 多播用戶組廣播編碼包。外圍協作的時間長短根據外圍協作圈的協作用戶數決定。移動基 站維持一個外圍協作用戶的列表，根據這個列表分配外圍協作的時隙。由於每個協作用戶 只發送一個編碼包，所以每個外圍協作用戶所需要的時隙是一定的。外圍協作時隙的長短 與外圍協作用戶數呈線性關係。用戶協作中繼可以隨時離開或者進入外圍協作圈，因此移 動基站所維持的外圍協作用戶的列表是變化的。外圍協作完成後，多播用戶組就可以進行 組內重傳協作。首先通過輪詢的方法獲得組內的誤包情況分布表，即從第一個用戶開始，生 成一個表數據結構。表的橫標表示這次多播的數據包的序號，表的列標表示多播用戶的序 號。第一個用戶根據自己的接收情況，正確接收的包填「1」，錯誤接收的包填「0」，這樣完成 第一行的填寫。然後，再將這個誤包表發往下一個用戶，下一個用戶執行相同的操作。最後， 一圈輪詢完成後，整個誤包表就收集完成了。「分裂表」方法是基於上面所搜集的誤包表。通過將誤包表分為兩個部分，其中一 部分不適用網絡編碼，另一部分適用進行網絡編碼的組合的搜索。現結合圖3，說明本方法的具體步驟Bi、用戶在移動基站的控制下建立P2P連接；B2、移動基站發送第一組數據包；B3、多播用戶和非多播用戶都對這些數據包進行接收；B4、非多播用戶將各自正確接收到的數據包進行網絡編碼，並按次序向多播組用 戶進行廣播轉發；B5、多播組用戶利用已正確接收的網絡編碼包進行第一次數據包修復；B6、多播組用戶通過輪詢的方法獲得組內誤包情況分布表；去掉全0列、全1列、只 有一個「0」的列，並把相同的行合成一列；選擇「1」最少的行。將這一行中「1」所在的列作 為一個子表，「0」所在的列作為另外一個子表；B7、對第一個子表，從每一列中選擇一個「正確接收」的用戶來修復；對第二個子 表，從第一列開始，搜索可以合併的列，組成一個組。搜索的規則為從第一列開始，對列累 加。如果累加結果沒有出現大於等於2的情況，則這一列就可以歸入該組合。反之，則這一 列不能夠歸入該組合。對下一列進行同樣的操作，直到最後一列。已經歸入組合的列從表中 移除，對剩餘的表進行同樣的操作，直到所有的列都歸入某一個組為止。對每一個組，選擇 那個「1」最少的用戶來重傳，並使用網絡編碼異或運算(一個組只需傳一個異或編碼包)；B8、如果發現重傳過後，還有數據包沒有被修復，則由那些還沒有完全修復的用戶 自己向移動基站請求重傳。移動基站使用p-t-p的方式進行重傳。B9、修復完畢，移動基站發送下一組數據，並重複B3 B8的接收和協作修復過程。B10、當多播結束後，用戶在移動基站的控制下撤除P2P連接，用戶協作中繼也結 束協作任務恢復各自原來的狀態。在上面的步驟B4 B7中，經過兩重的本地協作，並應用了網絡編碼技術，使得多 播用戶不必依靠移動基站重傳就可以修復大部分的誤包、丟包。同時，由於近距離鏈路質量比較好，例如在多播用戶同處在一個會議室裡，移動用戶的P2P傳輸是十分快速和有效的， 這樣本地協作重傳就不會因為本地協作帶來的額外負擔而不切實用。
本發明提供了一種在無線多播中提高用戶協作效率的方法。通過用戶協作中繼的 轉發和多播用戶的組內協作，可以大大減少對移動基站的重傳請求，提高協作重傳的效率。 以上詳細說明了本發明方法在無線多播中的具體應用。
權利要求
1.一種無線多播中的本地協作的方法，其特徵在於該方法包括如下步驟Al、設接收多播的η移動用戶在移動基站的控制下建立點對點Ρ2Ρ連接；其中η為正整 數，具體值可視實際多播時地理位置相鄰的多播用戶數而定；Α2、移動基站使用網絡編碼的方法向多播用戶組發送k個數據包；其中k為正整數，具 體值可視無線多播信道情況決定；A3、基站選擇一部分與多播用戶相鄰的空閒的非多播用戶作為用戶協作中繼；用戶協 作中繼的選擇過程基站通過發送消息詢問非多播用戶是否空閒，並選擇一部分空閒非多 播用戶作為用戶協作中繼，並向多播用戶進行中繼轉發；用戶協作中繼的轉發方式用戶 協作中繼向多播用戶轉發網絡編碼包，內容是它們所正確接收到的包的網絡編碼，且每個 非多播用戶只廣播一個包，多播組用戶通過對已正確接收的編碼包進行線性解碼實現第一 次數據包修復；編碼包包括基站發送和用戶協作中繼轉發兩部分；A4、多播組用戶進行組內協作修復首先通過P2P組內輪詢得到誤包表LPM;LPM(i，j) =1表示第i個用戶的第j個包是誤包，LPM(i，j) = 0表示第i個用戶正確接收了第j個 包，其中i，j為正整數，且1彡i彡n，1彡j彡k ；A5、去掉全0列、全1列、只有一個「0」的列，並把相同的行合成一列； A6、使用「分裂表」的方法將誤包表分為兩部分選擇「 1，，最少的行，將這一行中「 1，，所 在的列作為一個子表，「0」所在的列作為另外一個子表；A7、對第一個子表，從每一列中選擇一個「正確接收」的用戶來修復； A8、對第二個子表，從第一列開始，搜索可以合併的列，組成一個組；搜索的規則為從 第一列開始，對列累加；如果累加結果沒有出現大於等於2的情況，則這一列就可以歸入該 組合，反之，則這一列不能夠歸入該組合；對下一列進行同樣的操作，直到最後一列；已經 歸入組合的列從表中移除，對剩餘的表進行同樣的操作，直到所有的列都歸入某一個組為 止；對每一個組，選擇那個「1」最少的用戶來重傳，並使用簡單的異或疊加的網絡編碼，一 個組只傳一個異或編碼包；A9、如果發現重傳過後，還有數據包沒有被修復，則向移動基站請求重傳； A10、修復完畢，移動基站發送下一組數據，並重複A3 A9的接收和協作修復的過程； All、當多播結束後，用戶在移動基站的控制下撤除P2P連接，用戶協作中繼也結束協 作任務回復原來狀態。
2.根據權利要求1中所述的無線多播中的本地協作的方法，其特徵在於，在所述步驟 A3中用戶協作中繼的選擇過程、轉發方式具體說明如下1)在步驟A3中，用戶協作中繼的選擇在移動基站的控制下進行，移動基站對用戶發送 詢問消息以確定哪些用戶是空閒的非多播用戶，然後就向這些用戶發送「嘗試成為用戶協 作中繼」的通知；這些用戶接收到通知後，就測試它們到多播用戶之間的鏈路情況；如果鏈 路好，則可以在移動基站的協調下加入到多播用戶組的點對點P2P網絡中去，成為用戶協 作中繼；新的空閒用戶可以隨時進入協作圈，已進入協作圈的用戶協作中繼也可以隨時退 出協作圈，移動基站保持一個外圍協作圈的用戶協作中繼的列表，並據此分配外圍協作的 時隙；2)在A3步驟中，用戶協作中繼的轉發方式採用網絡編碼的方法，每個用戶協作中繼在 各自分配的協作時隙裡將偵聽到的有效數據包進行網絡編碼，再向多播用戶組轉發，每個非多播用戶只廣播一個網絡編碼包。
3.根據權利要求1中所述的無線多播中的本地協作的方法，其特徵在於，在所述步驟 A6中「分裂表」方法是選擇擁有最多正確接收的包的用戶作為分裂表的基準，使分開的含有 全1即這一行全錯的子表相對較小，而使含有全0即這一行全對的子表較大。
4.根據權利要求1中所述的無線多播中的本地協作的方法，其特徵在於，在所述步驟 A8中使用簡單的異或疊加的網絡編碼，即各個協作用戶在各自的轉發時隙裡將用「分裂表」 方法搜索得到的包組合中的數據包進行異或相加，同時在編碼包中增加一個域，在這個包 域中說明參與異或相加的數據包的序號，其它用戶在接收到編碼包後，就通過簡單的線性 運算進行解碼。
全文摘要
本發明提供一種無線多播中的本地協作方法。移動基站在對用戶多播時，分為四個階段第一階段，移動基站向用戶廣播一定數量的數據包；第二階段，空閒的非多播用戶將接收到的數據包進行網絡編碼後向多播用戶轉發，多播用戶利用這些轉發的數據包進行第一次數據包修復；第三階段，多播組內用戶協作重傳，使用網絡編碼的方法對多播用戶的誤包表進行「分裂」處理得到本地重傳的策略，並按此策略進行本地重傳；第四階段，向移動基站報告接收的情況，移動基站根據用戶的反饋判斷是否進行重傳。這種方法可以減少多播用戶對移動基站的重傳請求，減小重傳的延時，減少重傳的次數，提高重傳的效率，減輕了移動基站重傳的負擔，節約了蜂窩鏈路資源，提高無線資源的利用率。
文檔編號H04W28/16GK102098149SQ201110075680
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月28日 優先權日2011年3月28日
發明者張華 , 衡偉, 黃藝濱 申請人:東南大學