BRPI1000095A2 - método e dispositivo de recodificação de rede para recodificar sìmbolos codificados a serem transmitidos para equipamentos de comunicação - Google Patents
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Abstract
MéTODO E DISPOSITIVO DE RECODIFICAçAO DE REDE PARA RECODIFICAR SIMBOLOS CODIFICADOS A SEREM TRANSMITIDOS PARA EQUIPAMENTOS DE COMUNICAçáO Trata-se de um dispositivo de recodificação de rede (D) que é pretendido para recodificar simbolos codificados a serem transmitidos para pelo menos um equipamento de comunicação (CEl) conectado com uma rede. Este dispositivo de recodificação de rede (D) compreende um dispositivo de recodificação (RM) disposto para recodificar nós de saída, definidos pelos simbolos de código LT representativos de simbolos codificados e representativos respectivamente dos resultados de operação (operações) Booleana XOR entre nós de entrada definindo simbolos decodificados cujos valores têm que ser descobertos e com os quais eles estão ligados dentro de um gráfico de Tanner, por combinar o nó (nós) de entrada escolhido e 1 ou o nó (nós) de saida possuindo valores conhecidos, de modo a produzir novos simbolos de código LT definindo os nós de saida gerados prontos para serem transmitidos.
Description
"MÉTODO E DISPOSITIVO DE RECODIFICAÇÃO DE REDE PARARECODIFICAR SÍMBOLOS CODIFICADOS A SEREM TRANSMITIDOS PARAEQUIPAMENTOS DE COMUNICAÇÃO"
Campo Técnico
A presente invenção se relaciona com processados de dados de símbolo e maisprecisamente com a decodificação de símbolo codificado recebido e com a codificação dedados de símbolo a serem transmitidos para equipamentos de comunicação conectadoscom uma rede.
Se quer dizer neste documento por "símbolo" um bloco ou pacote de dados.
Antecedentes da Invenção
Como é conhecido pelos vêrèados na técnica, pode ocorrer que os dados sejamperdidos ou corrompidos durante sua transmissão entre os equipamentos de comunicação.Neste caso, o receptor pode requerer a partir do remetente que ele transmita novamente osdados perdidos ou corrompidos, ou duas cópias dos dados podem ser inicialmente transmi-tidas. Outra solução consiste em codificar os dados a serem transmitidos por meio de códi-gos e mais precisamente apagar códigos de correção. Neste caso, não é necessário aguar-dar ter recebido cada dado de um conteúdo para estar apto a decodificar os mesmos, devi-do ao fato de que somente uma parte (suficiente) destes dados de conteúdo ser requeridapara reconstruir todos os dados transmitidos pelo remetente.
Entre os métodos de codificação, o método denominado "codificação de rede" ofe-rece várias vantagens. Este método foi proposto por Rudolf Ahlswede e outros, em "Net-work Information flow", IEEE Transactions On Information Theory 2000. Ele pode ser utili-zado em redes sem uso de fios ou na Internet, por exemplo. A codificação de rede permiteque roteadores internos (ou intermediários) de uma rede enviem combinações de dados dotipo c = f(a, b) quando ela recebe os dados a e b, ao invés de somente enviar os dados re-cebidos a ou b. Assim, a codificação de rede permite alcançar um fluxo máximo através deuma rede, ao passo que o roteamento parece como não sendo poderoso o suficiente paraalcançar o fluxo máximo em algumas redes. Porém, isto requer que os roteadores sejamcapazes de executar cálculo em relação aos dados recebidos para codificar os mesmos an-tes de transmitir os mesmos, e que cada receptor final seja capaz de decodificar os dadoscodificados que ele recebe.
À medida que o cálculo do conjunto de funções f() que permite alcançar o fluxo má-ximo tem se mostrado como sendo NP-Difícil, alguns esquemas probabilísticos foram pro-postos.
Por exemplo, um esquema utilizando códigos de rede lineares aleatórios de taxaversátil (RLNC) foi proposto por T. Ho e outros, em "A random linear network coding approa-ch to multicast", IEEE Transaction on Information Theory 2006. Este esquema possui váriasvantagens: ele é um tanto simples de implementar e pode ser totalmente distribuído. De a-cordo com este esquema, cada roteador de uma rede envia uma combinação linear aleató-ria dos dados que ele recebe (entradas) para os outros roteadores de sua rede. O receptortambém recebe uma matriz de coeficientes e de dados que permitem ao mesmo decodificaros dados recebidos através de uma eliminação de Gauss ou de Gauss-Jordan quando estamatriz pode ser invertida.
A codificação de rede permitindo gerar símbolos de forma independente, fluxos infi-nitos de símbolos podem ser gerados. Entretanto, os códigos de rede lineares aleatóriosenvolvem cálculos complexos não somente durante a codificação mas também durante adecodificação. Além disso, à medida que os RLNCs operam em relação ao Campo de Gal-Iois GF (2k), eles sao adequados para a codificação e a decodificação através de processa-dores de propósito geral que carecem de aritmética em relação aos campos finitos.
Outro esquema, utilizando códigos Raptores, foi proposto por N. Thomos e P. Fros-sard, em "Collaborative video streaming with Raptor network coding", ICME 2008. Este es-quema introduz um método de recodificação consistindo em combinar símbolos codificadosde um par por meio de uma operação Booleana XOR. Porém, este esquema também exigeeliminação Gaussiana durante a decodificação, e portanto, uma codificação raptora de redeperde as suas vantagens em termos de performance e de propriedades.
Outro esquema também foi proposto por Puducheri S. e outros, em "Coding Sche-mes for an erasure relay channel" Proc. IEEE International Symposium on Information The-ory, ISIT 2007, 24 de Junho de 2007, páginas 666 até 670.
Sumário da Invenção
Assim, o objetivo desta invenção é propor um método e dispositivo de recodificaçãode rede utilizando códigos com taxa versátil denominados códigos de Transformada de Luby(ou códigos LT) cuja estrutura permite o uso de codificadores e de decodificadores de baixacomplexidade.
É lembrado que os códigos LT são códigos de paridade que foram propostos porMichael Luby no IEEE Symposium on Foundations of Computer Science 2002. Os códigosLT podem ser representados por um gráfico de Tanner estabelecendo uma correspondênciaentre os nós de entrada e os nós de saída. Cada nó de saída do gráfico de Tanner é umsímbolo codificado (ou símbolo de código LT (ou além disso, uma palavra código LT)) a serdecodificado e que foi recebido a partir da rede e está ligado (através das bordas) com umou mais símbolos não codificados (ou decodificados), para descoberta, chamados nós deentrada, e é representativo do resultado da operação (operações) Booleana XOR entre es-tes nós de entrada. Assim, quando um decodificador de um equipamento de comunicação(tal como um roteador ou terminal do usuário, por exemplo) recebe símbolos codificados(isto é, símbolos de códigos LT) com dados representativos de suas respectivas ligações,estes símbolos codificados constituem os nós de saída de um gráfico de Tanner que devemser decodificados, por exemplo por meio de um "método de decodificação de soma e produ-to ("SPA"), para produzir símbolos não codificados (ou decodificados) constituindo nós deentrada deste gráfico de Tanner. O número de ligações (ou bordas) entre um nó de saída eos nós de entrada define o grau deste nó de saída. Assim, é possível construir a distribuiçãode graus dos nós de saída de um gráfico de Tanner. A habilidade dos códigos LT de seremdecodificados de forma eficiente por meio de um método de decodificação de soma e produ-to conta com a sua distribuição particular de graus. Esta eficiência é ainda mais importante àmedida que a distribuição dos graus dos códigos LT é a assim chamada distribuição de "só-liton robusta".
Âlnvénçãô proporciona um método de recodificação de rede, pretendido para reco-dificar símbolos (ou dados) codificados a serem transmitidos para pelo menos um equipa-mento de comunicação de uma rede, e compreendendo a etapa de recodificar os nós desaída, definidos pelos símbolos de código LT representativos de símbolos codificados e re-presentativos respectivamente dos resultados da operação (operações) Booleanas XORentre os nós de entrada definindo símbolos decodificados, cujos valores têm que ser desco-bertos e com os quais eles estão ligados dentro de um gráfico de Tanner, pela combinaçãodo nó (nós) de entrada escolhidos e / ou o nó (nós) de saída possuindo os valores conheci-dos e chamados de nós parcialmente decodificados, de modo a produzir os novos códigosLT definindo os nós de saída gerados prontos para serem transmitidos.
O método de acordo com a invenção pode incluir características adicionais conside-radas separadamente ou combinadas, e de forma notável:
- pode-se combinar os nós parcialmente decodificados por meio das operações Bo-oleanas XOR entre os mesmos;
- pode-se iniciar, pela determinação entre os graus de uma distribuição corrente dosgraus dos nós de saída gerados, o grau possuindo a maior diferença com um mesmo graude uma primeira distribuição de referência escolhida, e o que permite produzir um nó de saí-da gerado possuindo este grau, então, se pode produzir um nó de saída gerado possuindoeste grau por combinar pelo menos um nó parcialmente decodificado (isto é, um nó que étemporariamente gerado durante as etapas de recodificação interna);
- > pode-se determinar um grau permitindo produzir um nó de saída gerado possu-indo este grau por meio de uma heurística escolhida;
- > após ter produzido o nó de saída gerado, pode-se comparar a distribuição cor-rente dos nós de entrada com uma segunda distribuição de referência escolhida de modo adeterminar se pelo menos um nó de entrada foi muito usado para produzir os nós de saídagerados e no caso afirmativo, se este nó de entrada permite deixar inalterado o grau do nóde saída gerado quando combinado com os nós de entrada ligados com este nó de saídagerado, então, pode-se substituir pelo menos um destes nós de entrada muito utilizado den-tro do nó de saída gerado por um nó de entrada tendo sido muito raramente utilizado, demodo a normalizar a distribuição corrente dos nós de entrada;
* pode-se combinar o nó de saída gerado com um nó de saída que compreende onó de entrada muito utilizado e possuindo um grau igual a 2;
- > após ter produzido o nó de saída gerado pronto para ser transmitido, pode-seatualizar a distribuição de graus corrente dos nós de saída gerados e a distribuição correntedos nós de entrada;
- > a heurística pode consistir de verificar se o grau do nó a ser gerado é inferior ouigual a um número de nós de entrada cobertos compreendendo os nós de entrada decodifi-cados e~õ's nós de entrada possuindo pelo menos um vizinho (isto é, um nó de saída com oqual ele está ligado no gráfico de Tanner);
*a heurística adicionalmente pode consistir em verificar se a condição
<formula>formula see original document page 5</formula>
é verificada, onde d é o grau determinado do nó de saída a ser gerado e n 1(k) é um número de nós parcialmente decodificados do grau k menor do que d, que são co-nhecidos.
A invenção também proporciona um dispositivo de recodificação de rede, pretendi-do para recodificar símbolos (ou dados) codificados a serem transmitidos para pelo menosum equipamento de comunicação de uma rede, e compreendendo um dispositivo de recodi-ficação disposto para recodificar nós de saída, definidos pelos símbolos de código LT repre-sentativos de símbolos codificados e representativos respectivamente dos resultados deoperação (operações) Booleana XOR entre nós de entrada definindo símbolos decodifica-dos cujos valores têm que ser descobertos e com os quais eles estão ligados dentro de umgráfico de Tanner, por combinar o nó (nós) de entrada escolhido e / ou o nó (nós) de saídapossuindo valores conhecidos e chamados de nós parcialmente decodificados, de modo aproduzir novos símbolos de código LT definindo os nós de saída gerados prontos para se-rem transmitidos.
O dispositivo de recodificação de rede de acordo com a invenção pode incluir ca-racterísticas adicionais consideradas separadamente ou combinadas, e de forma notável:- seu dispositivo de recodificação pode ser disposto para combinar os nós parcial-
mente decodificados pela realização de operações Booleanas XOR entre os mesmos;
- seu dispositivo de recodificação pode ser disposto para determinar, entre os grausde uma distribuição corrente de graus dos nós de saída gerados, o grau possuindo a dife-rença mais elevada com um mesmo grau de uma primeira distribuição de referência esco-
lhida, e que permite produzir um nó de saída gerado possuindo este grau, então, para com-binar pelo menos um nó parcialmente decodificado para produzir um nó de saída geradopossuindo este grau;
- > seu dispositivo de recodificação pode ser disposto para aplicar uma heurísticaescolhida para determinar um grau permitindo produzir um nó de saída gerado possuindoeste grau;
- > seu dispositivo de recodificação pode ser disposto, após ter produzido o nó desaída gerado, para comparar a distribuição corrente dos nós de entrada com uma segundadistribuição de referência escolhida de modo a determinar se pelo menos um nó de entradafoi muito utilizado para produzir os nós de saída gerados e no caso afirmativo, se este nó deentrada permite deixar inalterado o grau deste nó de saída gerado quando combinado comos nós de entrada ligados com este nó de saída gerado, então, para substituir pelo menosum destes nós de entrada muito utilizados dentro do nó de saída gerado por um nó de en-trada tendo sido raramente utilizado, de modo a normalizar a distribuição corrente dos nósde entrada;
* seu dispositivo de recodificação pode ser disposto para combinar o nó de saídagerado com um nó de saída que compreende o nó de entrada muito utilizado e possuindoum grau igual a 2;
* seu dispositivo de recodificação pode ser disposto para combinar o nó de saídagerado com um nó de saída que compreende os dois nós de entrada muito utilizados possu-indo um grau igual a 1;
- > seu dispositivo de recodificação pode ser disposto após ter produzido o nó desaída gerado pronto para ser transmitido, para atualizar a distribuição de graus corrente dosnós de saída gerados e a distribuição corrente dos nós de entrada;
- > seu dispositivo de recodificação pode ser disposto para aplicar uma heurísticaconsistindo em verificar que o grau do nó a ser gerado é menor ou igual a um número denós de entrada cobertos compreendendo os nós de entrada decodificados e os nós de en-trada possuindo pelo menos um vizinho;
* seu dispositivo de recodificação pode ser disposto para aplicar uma heurística a-dicionalmente consistindo em verificar se a condição d < ^k- n(k) é verificada, onde d é ograu determinado do nó de saída a ser gerado e η (k) é o número de nós parcialmente de-codificados do grau k menor do que d que são conhecidos.
A invenção também proporciona um decodificador, pretendido para equipar um e-quipamento de comunicação que pode ser conectado com uma rede, e compreendendo umdispositivo de decodificação disposto para:
- aplicar um método de decodificação escolhido para receber nós de saída, defini-dos pelos símbolos de código LT representativos dos símbolos decodificados, e representa-tivos respectivamente dos resultados da operação (operações) Booleana XOR entre os nósde entrada definindo símbolos decodificados cujos valores têm que ser descobertos e comos quais eles estão ligados dentro de um gráfico de Tanner1 de modo a obter os seus res-pectivos nós de entrada ligados, e
- armazenar dados definindo os nós de entrada e os nós de saída de acordo comum grau representativo do número de ligações que estes nós de entrada e nós de saídapossuem com outros nós de saída e nós de entrada do mesmo gráfico de Tanner (em outraspalavras, ele mantém um índice permitindo um acesso aleatório aos nós com os graus esco-lhidos).
Este decodificador adicionalmente pode compreender um dispositivo de recodifica-ção de rede do tipo apresentado acima e acoplado com o seu dispositivo de decodificação.
Este decodificador também adicionalmente pode compreender um dispositivo dedetecção disposto, na presença de um nó de saída a ser decodificado, para determinar seele foi anteriormente recebido por seu dispositivo de decodificação, e, no caso afirmativo,para gerar uma mensagem sinalizando que ele foi anteriormente recebido (e possivelmenteanteriormente obtido durante uma etapa de decodificação) e não tem que ser inserido no-vamente no gráfico de Tanner.
Breve Descrição das Figuras
Outros aspectos e vantagens da invenção irão se tornar aparentes quando do exame dos relatórios descritivos detalhados daqui para frente e dos desenhos anexos, onde:
- a figura 1 esquematicamente e de forma funcional ilustra três equipamentos de \comunicação do usuário conectados entre os mesmos através de uma rede e cada umcompreendendo um codificador e um exemplo de concretização de um decodificador deacordo com a invenção;
- a figura 2 esquematicamente ilustra um gráfico de Tanner de um decodificador deacordo com a invenção,
- a figura 3 é um gráfico ilustrando um exemplo de uma distribuição sóliton robustade graus (preto) e um exemplo da distribuição real (ou corrente) calculada dos graus dosnós de saída gerados (cinza),
- a figura 4 é um gráfico ilustrando um exemplo de distribuição uniforme de nós deentrada (linha horizontal) e um exemplo da distribuição corrente (apresentada) de nós deentrada gerados (preto), e
- a figura 5 esquematicamente ilustra as sub-etapas do método permitindo refinarum nó de saída gerado de grau 4 com um nó de saída de grau 2.
Descrição Detalhada da Concretização Preferida
Os desenhos anexos podem servir não somente para completar a invenção, mastambém para contribuir para a sua definição, se necessário for.
A invenção objetiva oferecer um método de recodificação de rede e um dispositivode recodificação de rede correspondente (D), pretendido para recodificar símbolos de códigoLT de modo a permitir o uso de codificadores e de decodificadores de baixa complexidadenos equipamentos de comunicação que estão conectados entre os mesmos através de uma rede.
Na descrição seguinte, será considerado que a rede é uma rede de comunicação(CN) móvel (ou celular ou de rádio) na qual os equipamentos de comunicação (CEi) sãocapazes de transmitir conteúdo entre os mesmos pelo menos de um modo de difusão ouespecífico. Porém, a invenção não está limitada a este tipo de rede. Na verdade, a redetambém pode ser do tipo com o uso de fios (ou fixa), tal como uma rede DSL ou uma redede fibra ótica ou além disso, uma rede a cabo, notadamente se ela permite os equipamentosde comunicação se comunicarem entre os mesmos de um modo ponto a ponto (P2P).
Além disso, os equipamentos de comunicação (CEi) podem ser de qualquer tipocontanto que eles sejam capazes de estabelecer comunicações entre os mesmos. Assim,um equipamento de comunicação (CEi) pode ser um roteador, um computador pessoal fixo,um laptop, um receptor de conteúdo (por exemplo, um dispositivo de interconexão de rededoméstico ou uma caixa de codificadora (STB) localizada na casa de um usuário), um tele-fone móvel ou celular, um telefone fixo, ou um assistente pessoal digital (PDA), posto queele compreenda um modem de comunicação (ou qualquer dispositivo de comunicação equivalente).
Na descrição seguinte, será considerado que os equipamentos de comunicação(CEi) pertencem aos usuários e são telefones móveis. Na figura 1, somente três telefonesmóveis CE1 até CE3 (i = 1 até 3) foram ilustrados, mas na rede móvel muito mais equipa-mentos de comunicação normalmente são capazes de trocar pelo menos parte dos conteú-dos codificados entre os mesmos.
No exemplo ilustrado, cada telefone móvel CEi compreende um codificador ED deum tipo clássico e um decodificador DC de acordo com a invenção. Porém, é importanteobservar que alguns equipamentos de comunicação CEi e de forma notável, estes que inici-almente proporcionam os conteúdos, somente podem compreender um codificador ED deum tipo clássico e possivelmente um decodificador de um tipo clássico, enquanto algunsoutros equipamentos de comunicação CEi, e de forma notável, estes que recebem e enviamo conteúdo, podem somente compreender um decodificador DC de acordo com a invençãoou um decodificador de um tipo clássico, adaptado de acordo com a invenção, e um disposi-tivo de recodificação de rede D de acordo com a invenção.
Se quer dizer neste documento por "codificador de um tipo clássico", um codificadorque seja capaz de codificar dados (ou dados de símbolo (conteúdo)) não codificados (con-teúdo) de modo a produzir símbolos de código LT. Além disso, se quer dizer neste docu-mento por "decodificador de um tipo clássico" um decodificador que seja capaz de decodifi-cador símbolos de código LT produzidos por um codificador de um tipo clássico ED ou porum dispositivo de recodificação de rede D de acordo com a invenção, por meio de um méto-do de decodificação conhecido e clássico. Além disso, se quer dizer neste documento por"decodificador de acordo com a invenção" um decodificador de um tipo novo, isto é, capazde decodificar símbolos de código LT por meio de um método de decodificação clássico econhecido e adaptado para simplificar o trabalho de um dispositivo de recodificação de redeD de acordo com a invenção com o qual ele está localmente acoplado ou que ele compre-ende. Na descrição seguinte, será considerado, como um exemplo não Iimitativo1 que o mé-todo de decodificação é o assim chamado "método de decodificação de soma e produto(SPA)". Porém, a invenção não está limitada a este método de decodificação.
Como ilustrado, um dispositivo de recodificação de rede D de acordo com a inven-ção compreende um módulo de recodificação RM que é disposto para acesso junto ao de-codificar associado DC, e de forma notável, junto ao seu estado interno (e, portanto, junto aoseu gráfico Tanner e dados associados), para recodificar símbolos anteriormente recebidospor seu telefone móvel CEi a partir de um ou mais outros telefones móveis CEi'.
Como mencionado anteriormente, estes símbolos de código LT são representativosde símbolos codificados. Eles são transmitidos em blocos de dados com dados associadosrepresentativos de suas respectivas ligações com os dados de símbolo não codificados pos-suindo os valores conhecidos.
Um símbolo de código LT é o resultado da combinação dos valores de um ou maisdados de símbolo, e mais precisamente, da operação (operações) Booleanas XOR entre osdados de símbolo. Em outras palavras, as ligações de um nó de saída designam os símbo-los não codificados que foram combinados por meio da operação (operações) BooleanaXOR para produzir o mesmo.
Assim, quando um decodificador DC de um equipamento de comunicação CEi re-cebe símbolos codificados (isto é, símbolos de código LT) com os dados representativos desuas respectivas ligações, ele tem que decodificar estes símbolos codificados com os dadosassociados para recuperar os símbolos não codificados correspondentes. Para este propósi-to, o módulo de decodificação de DDM do decodificador DC alimenta um gráfico de Tannercom os símbolos de código (ou símbolos codificados) LT recebidos, que então definem osnós de saída ON. Ao mesmo tempo, os símbolos não codificados a serem recuperados defi-nem nós de entrada IN do gráfico de Tanner que estão ligados com os nós de saída associ-ados.
Um exemplo limitado de um gráfico de Tanner é ilustrado na figura 2. Neste exem-pio, dez nós de saída ON (a até j) estão ligados com um ou mais nós de entrada IN de umgrupo de oito (A até H). Mais precisamente:
- o nó de saída a está ligado com os nós de entrada A, B e C, e então o resultadode sua combinação por meio de duas operações Boolenaas XOR (a = A Θ B Θ C),
- o nó de saída b está ligado com o nó de entrada B, e então é igual a B,
- o nó de saída c está ligado com os nós de entrada D e E, e então é o resultado desua combinação por meio de uma operação Booleana XOR (c = D Θ Ε),
- o nó de saída d está ligado com os nós de entrada A e F, e então é o resultado desua combinação por meio de uma operação Booleana >LOR (d = A θ F),
- o nó de saída e está ligado com os nós de entrada E e H, e então é o resultado desua combinação por meio de uma operação Booleana XOR (e = E Θ Η),
- o nó de saída f está ligado com os nós de entrada F e G, e então é o resultado desua combinação por meio de uma operação Booleana XOR (f = F Θ G),
- o nó de saída g está ligado com os nós de entrada B e G, e então é o resultado desua combinação por meio de uma operação Booleana XOR (g = B Θ G),
- o nó de saída h está ligado com os nós de entrada D, E e F, e então é o resultadode sua combinação por meio de uma operação Booleana XOR (h = D Φ E Θ F),
- o nó de saída i está ligado com os nós de entrada G e H, e então é o resultado desua combinação por meio de uma operação Booleana XOR (i = G Θ H), e
- o nó de saída j está ligado corruo nó de entrada C e então é igual a C.
É importante observar que o número de ligações (ou bordas) entre um nó de saídaON e os nós de entrada IN define o grau deste nó de saída ON. Assim, no exemplo mencio-nado acima:
- o grau de a é igual a 3,
- o grau de b é igual a 1,
- o grau de c é igual a 2,
- o grau de d é igual a 2,
- o grau de e é igual a 2
- o grau de f é igual a 2,
- o grau de g é igual a 2,
- o grau de h é igual a 3,
- o grau de i é igual a 2, e
- o grau de j é igual a 1.
Por definição, na descrição seguinte:
- um "nó de entrada" é um nó representando dados originais no gráfico de Tanner1
- um "nó de entrada decodificado" é um nó de entrada cujo valor é conhecido. Elenunca terá quaisquer ligações (ou bordas) e nunca estará presente nos nós de saída ON dográfico de Tanner. Um nó de entrada não decodificado não possui um valor conhecido e nãopode ser utilizado enquanto recodificando,
- um "nó de entrada coberto" é um nó de entrada que é decodificado ou um nó deentrada com pelo menos um vizinho (isto é, um nó de saída com o qual ele está ligado nográfico de Tanner),
- um "nó de saída" é um nó representando símbolos codificados. Ele pode ter sidorecebido ou pode resultar de etapas de decodificação,
- um "nó parcialmente decodificado" (ou "nó conhecido") é um nó de entrada deco-dificado ou um nó de saída com um valor conhecido,
- um "nó de saída gerado" é um nó gerado por um dispositivo de recodificação derede D e pronto para ser transmitido para um ou mais equipamentos de comunicação CEi1 e
- um "nó parcialmente gerado" é um nó que é temporariamente gerado por um dis-positivo de recodificação de rede D durante as etapas internas de recodificação.
O decodificador DC armazena o gráfico de Tanrier em um dispositivo de armaze-namento, tal como uma memória, por exemplo.
O módulo de recodificação RM é disposto para recodificar nós de saída por combi-nar nós parcialmente decodificados escolhidos (ou nós conhecidos), isto é, nó (nós) de en-trada e / ou nó (nós) de saída possuindo valores conhecidos, de modo a produzir novossímbolos de código LT definindo nós de saída gerado prontos para serem transmitidos.
Estas combinações de preferência consistem de operações Booleana XOR entre osnós parcialmente decodificados. Porém, elas também poderiam ser, por exemplo, uma com-binação linear em um campo finito (GF (pq)). Entretanto, isto requer armazenar um coeficien-te para a combinação linear em todas as bordas (ou ligações).
O dispositivo de recodificação de rede D de acordo com a invenção (e notavelmen-te o seu módulo de recodificação RM) de preferência é constituído de módulos de software,pelo menos parcialmente. Porém, ele também poderia ser constituído de circuito (circuitos)eletrônico ou de módulos de hardware, ou de uma combinação de módulos de hardware ede software (neste caso, o dispositivo de recodificação D também compreende uma interfa-ce de software permitindo a interoperação entre os módulos de hardware e de software). Nocaso onde ele é exclusivamente constituído de módulos de software, ele pode ser armaze-nado em uma memória do equipamento de comunicação CEi (por exemplo, em seu decodi-ficador DC), ou em qualquer produto de software de computador, tal como, por exemplo, umCD-ROM, o qual pode ser lido por um equipamento de comunicação CEi.
Para recodificar os nós de saída ON, o módulo de recodificação RM implementa ummétodo de recodificação de rede que é descrito daqui para frente.
Por exemplo, o método compreende uma primeira etapa consistindo em determinarentre os graus dj da distribuição corrente (ou atual) dentre os graus dos nós de saída ON,quais foram gerados até agora, o grau possuindo a mais alta diferença com o mesmo graude uma primeira distribuição de referência escolhida, e o qual permita produzir um nó desaída gerado possuindo este grau.Este primeira distribuição de referência escolhida pode ser a assim chamada distri-buição sóliton robusta.
É de interesse observar que as distribuições são através de conjuntos separados.
Um exemplo de uma distribuição sóliton robusta de graus de nós de saída gerados(em preto) e um exemplo da distribuição de graus real' (ou corrente) de nós de saída gera-dos (em cinza) são ambas ilustradas no gráfico da figura 3.
Por exemplo, o módulo de recodificação RM pode primeiro calcular a diferença en-tre a distribuição corrente e a primeira distribuição de referência escolhida para cada grau.Então, ele pode classificar os resultados. No exemplo ilustrado na figura 3, pode ser obser-vado que a diferença mais elevada entre o mesmo grau das duas distribuições aparece emrelação ao grau igual a 4, então, em relação ao grau igual a 2, eentâoem relação ao grauigual a 16, e então em relação ao grau igual a 5, e assim por diante.
A distribuição corrente dos graus dos nós de saída gerados pode ser calculada pelomódulo de recodificação RM a partir da informação em relação aos nós de saída que foramanteriormente gerados e que ele armazena em um dispositivo de armazenamento, tal comouma memória, por exemplo.
O cálculo das diferenças de grau entre a distribuição corrente e a primeira distribui-ção de referência escolhida tem como objetivo determinar qual o grau da distribuição corren-te deve ser utilizado de preferência para o próximo nó de saída a ser gerado de modo a tor-nar esta distribuição corrente mais próxima da primeira distribuição de referência escolhida.Na verdade, como é conhecido pelos versados na técnica, as performances dos códigos LTdependem de sua distribuição, de modo que estas performances são ideais quando a distri-buição corrente dos símbolos de código LT é mantida próxima de uma distribuição ideal, talcomo a distribuição sóliton robusta.
Assim, uma vez que o módulo de recodificação RM tenha calculado as diferençasde grau entre a distribuição corrente e a primeira distribuição de referência escolhida, elepode classificar os resultados para obter uma lista de sugestões de grau para melhorar adistribuição corrente.
Então, para cada sugestão de grau dj, ele pode verificar se ela pode gerar um nó degrau dj. Para este propósito, ele pode utilizar uma heurística.
Por exemplo, a heurística pode consistir em verificar se o grau d do nó de saída aser gerado é menor ou igual a um número de nós de entrada cobertos (isto é, os nós de en-trada decodificados e os nós de entrada possuindo pelo menos um vizinho). O valor destenúmero é mantido atualizado pelo decodificador DC.
De modo a fornecer melhores resultados, esta heurística pode ser completada comoutra condição, tal como a condição descrita daqui para frente.
À medida que não se pode utilizar um nó de saída de grau r para gerar um nó desaída de grau d menor do que r (d < r), o módulo de recodificação RM pode verificar se acondição d < ^k · n{k) é verificada, onde d é o grau determinado do nó de saída a ser ge-rado e η (k) é o número de nós parcialmente decodificados de grau k menor do que d quesão conhecidos. Em outras palavras, ele tem que verificar se existem nós parcialmente de-codificados suficientes de grau k menor do que d (k < d) para gerar um nó de saída de graud.
A heurística acima não considera o fato de que quando dois nós de grau 3 sãocombinados por meio de uma operação Booleana XOR, isto não garante que isto irá forne-cer um nó de grau 6. Na verdade, se for combinado um primeiro nós = a®b$c com umsegundo nó t = d Θ e Θ b, pode-se obter um nó (s Θ t) de grau 4(s0 t = a Θ d© c Θ e,devido a b θ b = 0).
Assim, o módulo de recodificação RM pode utilizar uma heurística mais complexaque calcula um número de conflitos esperado.
É importante observar que durante o processo de decodificação dos símbolos decódigo LT1 uma vez que um símbolo codificado (ou nó de entrada) tenha sido decodificado,cada ligação (ou borda) que ele possui com um nó de saída do gráfico de Tanner é removi-da deste gráfico de Tanner. Portanto, se um nó de entrada for decodificado, ele não estaráenvolvido mais com o outro nó e não irá produzir qualquer conflito.
Deixe n0 ser o número de nós de entrada decodificados, nCOvered ser o número denós de entrada cobertos, e ntotai ser o número total de nós parcialmente decodificados. Comestas definições, o número de conflitos, quando um nó de grau k > 1 é adicionado para umnó de grau Ds, gerado, segue uma lei hipergeométrica de parâmetros (k, Ds - n0, ncovered - n0)cuja média Cs + é dada por:
Cs + 1 = k * (Ds — no) / (ncovered — Πο)·
Portanto, o grau Ds +1 de um nó uma vez que um s + 1-ésimo nó tenha sido adicio-nado é dado por Ds +1 = Ds + k - 2 * Cs +1, com D0 = n0 (também é possível estabelecer D0 =0 e adicionar n0 na última etapa, mas isto requer o uso da definição seguinte para C8 +1: Cs +1 = k * (Ds / (ncovered — Πο))·
De modo a verificar se um nó de grau d pode ser gerado, pode se implementar asduas seguintes sub-etapas.
Uma primeira sub-etapa consiste em verificar se o grau d do nó a ser gerado é me-nor ou igual ao número de nós de entrada cobertos.
Uma segunda sub-etapa consiste em adicionar todos os nós de grau k menores ouiguais ao grau d (k < d) desejado (ou esperado) para calcular o grau D (o qual é o grau re-sultante uma vez que cada uma das combinações tenha sido realizada. Se D > d, pode-sededuzir que é possível que gerar um nó de grau d. D pode ser calculado recursivamentecom um algoritmo consistindo) em verificar se é possível gerar um nó de grau L. Pode-se nãoagregar todos os nós em "uma aplicação", mas somente se agrega um nó se este puderaumentar o grau corrente. Na verdade, se os nós forem agregados em uma aplicação, oresultado desta agregação pode ser um nó de grau menor do que qualquer um dos mesmos(por exemplo, (a Θ b Θ c Θ d) Θ (a Θ b Θ c) = d). Portanto, em cada repetição, pode-semanter o máximojdo valor anterior e do valor uma vez que um nó é adicionado. Isto podeser feito por meio de uma rotina tal como a seguinte:
D = O
Para k = d até 2
Para i = 1 até n(k) [onde n(k) é o número de nós conhecidos de grau-k]
D=max(D,D+k-2*k*(D)/(ncovered-no))
Fim Para
Fim ParaRetorna D+n0 ≤L.
A heurística precedente pode ser aperfeiçoada pela substituição se sua segundaetapa por outra de modo a considerar conflitos possíveis enquanto evitando exceder umobjetivo.
Esta outra segunda sub-etapa consiste em progressivamente adicionar nós do graualto até o grau baixo, dado que um nó somente é adicionado se o seu grau for menor ouigual do que a diferença entre L e D. Em outras palavras, este nó não deve exceder ao es-paço restante nos símbolos recodificados a serem gerados, devido ao fato de que não se édesejado gerar símbolos codificados de grau tão alto. Portanto, se, por exemplo, for deseja-do gerar um nó de grau 6, não se pode adicionar dois nós de grau 5, mas deve-se adicionarum nó de grau 5 com um nó de grau 1. Isto pode ser feito por meio de uma rotina, tal comoa seguinte:
D=O
Para k=d até 2
Para i=1 até n(k) [onde n(k) é o número de nós conhecidos de-grau k]
D=max(D,D+k-2*Econfiicts(k,D)) [onde EcorWk.D) é igual a k*D/(ncovered-n0) e correspon-de ao número de conflitos que se pode esperar quando adicionando um nó de grau k para umnó parcialmente gerado de grau D, quando todos os nós são pegos em um gráfico de Tannercom ncovered nós de entrada cobertos e n0 nós de entrada decodificados. À medida que nãoexiste conflitos para k=1, um nó de grau D não deve possuir qualquer ligação (ou borda) comum nó de entrada decodificado. Portanto, sempre se irá adicionar n0 na última etapa com Econ-
Aicts(O1D) = O.]
Se L < D+n0 Então Retorna VERDADEIRO
Se k > L - D Então Interrompe (para i=1 até n(k) repete)Fim Para
Fim Para
Retorna FALSO.
A heurística precedente ainda pode ser melhorada de modo a considerar possíveisconflitos e de modo a evitar exceder um objetivo escolhido enquanto considerando os confli-tos. Na verdade, é possível considerar que se pode adicionar um nó de grau k maior do queL-D(k>L-D)e pode-se ter um nó de grau L se conflitos suficientes ocorrerem. Isto podeser feito por meio de uma rotina, tal como a seguinte:
D = O
Para k = d até 2
Para i = 1 até η (k) [onde η (k) é o número de nós~conheerdos de grau k]
D = Max (D, D + k - 2 * Econflicts (k, D))
Se L < D + n0 Então Retorna VERDADEIRO
Se k - 2 * Econfiicts (k, D) > L - D Então Interrompe (para I = 1 até η (k) repete)
Fim Para
Fim Para
Retorna FALSO
Também é importante observar que a escolha da heurística terá um impacto sobreo custo de cálculo e sobre a performance dos códigos LT. Quanto for mais simples a heurís-tica, menor o custo de cálculo será e menor a performance será.
Se a heurística (heurísticas) utilizada apresenta (apresentam) que um nó de saídade grau d pode ser gerado, o módulo de recodificação RM termina a primeira etapa do mé-todo por combinar pelo menos um nó parcialmente decodificado para produzir um nó desaída gerado possuindo este grau d. caso contrário, ele tenta a seguinte sugestão de grauaté ele encontrar uma sugestão de grau que possa ser satisfeita. Esta última situação iráocorrer porque, pelo menos, é possível copiar um dos nós anteriormente recebidos. Assim,é de interesse tentar gerar símbolos codificados possuindo graus com o mais alto déficit desímbolos gerados.
De modo a gerar um nó de grau d, o módulo de recodificação RM pode continuarcomo a seguir.
Ele pode iniciar a partir de nós parcialmente decodificados de grau d e adicionarnós parcialmente decodificados até possuir um nó de grau d. cada vez que ele adiciona umnó parcialmente decodificado, ele obtém um novo valor resultante que é igual ao valor ante-rior XOR do valor do nó parcialmente decodificado. Então, ele adiciona o nó (nós) de entra-da, contribuindo para o nó parcialmente decodificado adicionado, para a lista de nós contri-buindo com o nó resultante.
Durante esta geração de nó, o módulo de recodificação RM inicia com os nós degrau d e segue com os nós possuindo graus decrescentes até 1. Na verdade, é preferívelprimeiro utilizar os maiores símbolos e então utilizar os símbolos menores para completarum nó gerado de modo a ter sucesso em alcançar exatamente o grau d esperado. Assim,nunca é permitido uma combinação para diminuir o grau de um nó sob geração. Além disso,é preferível somente tentar adicionar um nó parcialmente decodificado se o seu grau formenor ou igual à diferença entre o grau d esperado e o grau corrente do nó sob geração.Assim que um nó sob geração tiver o grau d esperado, o módulo de recodificação RM páraa primeira etapa do método.
A geração de nó descrita acima pode ser feita por meio de uma rotina, tal como arotina seguinte, onde L é o grau esperado determinado na primeira parte da primeira etapado método e G é o nó parcialmente gerado:
L = Resultado da primeira parte do primeiro método
G = 0
Para k = d até 1
Enquanto algum nó N de grau k como não sendo tentado e k < L - degreeOf (G)faça
N = Escolhe um nó aleatório de grau L
Se degreeOf (G + N) > degreeOf (G) então
G = G + N (aplica XOR para o seu valor, adiciona nós de entrada e removenós de entrada presentes duas vezes)
Fim Se
Fim Enquanto
Fim Para
Retorna G.
É importante observar que quando um módulo de recodificação RM utiliza uma heu-rística que considera ocorrências possíveis de conflitos, é possível permitir que o grau do nósob geração caia temporariamente. Isto corresponde a relaxar uma das restrições do meca-nismo de geração de nó descrito acima. Porém, pode se continuar a adicionar um nó parci-almente decodificada se o seu grau for menor ou igual à diferença entre o grau esperado e ograu corrente do nó sob geração. Esta variante da geração de nó pode ser feita por meio deuma rotina, tal como a seguinte:
L = Resultado da primeira parte da primeira etapa
G = 0
Para k = d até 1
Enquanto algum nó η de grau k como não sido tentado e k < L - degreeOf(G) faça
N = Escolhe um nó aleatório de grau LG = G + L (aplica XOR para o seu valor, adiciona os nós de entrada e removeos nós de entrada presentes duas vezes)Fim EnquantoFim ParaRetorna G.
O mecanismo de geração de nó precedente pode ser melhorado pelo relaxamentoda restrição consistindo em somente adicionar um nó parcialmente decodificado se o seugrau for menor ou igual à diferença entre o grau esperado e o grau corrente do nó sob gera-ção. Nesta variante, os conflitos ainda são considerados. Por exemplo, quando o nó N degrau L está sob geração, o módulo de recodificação RM pode tentar adicionar um nó parci-almente decodificado dê grau d para um nó gerado de grau D somente se L - D > d -2.Econfiicts (d, D). Esta variante da geração de nó é mais útil se a última heurística descrita forutilizada. Isto pode ser feito por meio de uma rotina tal como a seguinte:L = Resultado da primeira parte da primeira etapa
G = 0
Para k = d até 1
Enquanto algum nó η de grau k como não sido tentado e k - 2.ECOnfiiCts (k, degre-eOf (G) - iadded) 5 L - degreeOf(G) e degreeOf (G) < L faça
N = Escolhe um nó aleatório de grau L
G = G + L (aplica XOR para o seu valor, adiciona os nós de entrada e remove
os nós" de entrada presentes duas vezes)
Fim Enquanto
Fim Para
Retorna G.
No caso onde existem vários nós de grau baixo (tal como 1, 2 ou 3), é possível de-cidir somente utilizar nós de grau baixo para construir nós de grau alto ao invés de iniciarpela adição de nós dos graus mais altos possíveis. Para este propósito, pode-se, por exem-plo, utilizar dentro da última rotina para uma "repetição Para" indo de 1 até 1 (de modo autilizar nós de grau 1), ou de 2 até 1 (de modo a utilizar somente nós de grau 1 e 2), ou tam-bém de 3 até 1 (de modo a utilizar somente nós de graus 1, 2 e 3).
Também é possível, por exemplo, escolher um nó de grau 1 para ser adicionadodependendo de sua pontuação (isto é, sua diferença com uma segunda distribuição de refe-rência escolhida) ao invés de escolher um nó aleatório deste grau 1. Isto somente requerque os nós de grau 1 sejam classificados dependendo de sua pontuação, a qual pode serdeduzida da segunda distribuição de referência escolhida.
Após ter produzido um nó de saída gerado com a primeira etapa do método, estenó de saída gerado pode ser refinado por meio de uma segunda etapa do método.Esta segunda etapa do método pode consistir em normalizar a distribuição correntedos nós de entrada do gráfico de Tanner de modo que ela poderia ser mantida próxima deuma distribuição ideal (ou segunda distribuição de referência escolhida), tal como, por exemplo, uma distribuição uniforme.
Para este propósito, o módulo de recodificação RM pode comparar a distribuiçãocorrente dos nós de entrada com uma segunda distribuição de referência escolhida de modoa determinar pelo menos um nó de entrada que foi muito utilizado para produzir os nós desaída gerados e para permitir deixar inalterado o grau do nó de saída gerado quando com-binado com os nós de entrada ligados com o nó de saída gerado.
A distribuição corrente dos nós de efitrada pode ser calculada pelo módulo de reco-dificação RM a partir da informação relativa aos nós de saída que ele anteriormente gerou eque ele armazena em um dispositivo de armazenamento, tal como, por exemplo, uma memória.
Um exemplo de distribuição uniforme de nós de entrada (linha horizontal) e um e-xemplo de distribuição corrente (apresentada) de graus dos nós de entrada gerados (empreto) são ambos ilustrados no gráfico da figura 4. Uma distribuição de nó de entrada uni-forme é uma distribuição na qual qualquer nó de entrada é utilizado o mesmo número devezes.
No exemplo ilustrado na figura 4, pode ser observado que se deve evitar enviar onó de entrada A ou F novamente, e, ao invés disso, preferir enviar o nó de entrada C ou E.
Quando o módulo de recodificação RM tiver determinado pelo menos um nó de en-trada muito utilizado, ele pode substituir pelo menos um destes nós de entrada muito utiliza-dos (que ele determinou) no nó de saída gerado por um nó de entrada tendo sido muito ra-ramente utilizado, de modo a normalizar a distribuição corrente dos nós de entrada.
É vantajoso utilizar nós de saída compreendendo um nó de entrada muito utilizadoe ter um grau escolhido igual a 2. Na verdade, é lembrado que os símbolos de código LTpossuem mais do que 50% dos nós de saída (codificados) tendo um grau igual a 2 (quandoeles são muito longos). Assim, à medida que χ Θ χ = 0, se for tido um nó parcialmente gera-do s = a Θ b Θ c θ d e um nó de saída de grau 2 t = a Θ e, é possível produzir um nó desaída gerado r = s©t = e©b©c®d(onóde entrada a (aqui, considerado como muitoutilizado) foi removido e substituído pelo nó de entrada e (aqui, considerado como muitoraramente utilizado)).
Um exemplo de sub-etapas do método permitindo refinar um nó de saída gerado δde grau 4(Õ = A®B®C®D) com um nó de saída γ de grau 2 (γ = A Θ Ε) é ilustrado nafigura 5. À medida que A Θ A = 0, o nó de saída refinado gerado β ainda é de grau 4, mas onó de entrada A muito utilizado foi substituído pelo nó de entrada muito raramente utilizadoE (δ = E θ B Θ C Θ D).Para continuar o refinamento de um nó de saída gerado, o módulo de codificaçãoRM pode continuar como o dito a seguir. Para cada nó de entrada N incluído no nó de saídagerado a ser refinado, ele pesquisa todos os nós de saída de grau 2 que contêm este nó deentrada N. Então, ele pode pesquisar entre estes nós de saída o nó que é capaz de melhoracentuar a pontuação do nó de saída gerado a ser refinado. Se o melhoramento for positivo,ele executa a combinação (XOR). Então, ele pode ir para o outro nó de entrada N incluídono nó de saída gerado a ser refinado e repetir este processo. Se ocorrer um conflito (isto é,se o grau do nó de saída gerado a ser refinado puder ser diminuído), ele não executa acombinação XOR.
É importante observar que-ao invés de simplesmente proibir a combinação de ocor-rer no caso do conflito mencionado acima, é possível permitir que â combinação seja execu-tada posto que sejam encontrados dois nós de entrada de grau 1 que juntos ofereçam umamelhor pontuação do que o nó de saída conflitante de grau 2. Isto permite introduzir maisdiversidade e utilizar nós de grau 1 mais freqüentemente em combinação.
Após ter produzido um nó de saída gerado (refinado) pronto para ser transmitido, omódulo de recodificação RM pode atualizar a informação representativa da distribuição cor-rente de graus dos nós de saída gerados e a distribuição corrente dos nós de entrada dográfico de Tanner, que ele armazena em um dispositivo de armazenamento, de modo a utili-zar as distribuições atualizadas durante a recodificação seguinte. A atualização da distribui-ção dos nós de entrada pode ser feita pela adição de uma ocorrência de cada nó de entradaincluído no nó de saída gerado.
Ao invés de salvar os graus realmente gerados, é possível salvar o grau que se de-seja (ou espera) gerar (isto é, o grau determinado durante a primeira parte da primeira etapado método), no caso onde o grau real do nó de saída gerado difere do grau desejado e ondeo grau de saída gerado é permitido de diminuir durante a segunda etapa do método. Estaação é desnecessária quando a heurística é suficientemente precisa.
De modo a facilitar a tarefa do dispositivo de recodificação de rede D, é vantajosoadaptar o módulo de decodificação clássico DDM do decodificador DC. Mais precisamente,quando um módulo de decodificação DDM tiver decodificado os símbolos de código LT re-cebidos, ele atualiza seu gráfico de Tanner, o qual é utilizado pelo dispositivo de recodifica-ção de rede D para pesquisar nós de saída e de entrada dependendo de seus respectivosgraus. Assim, o módulo de decodificação DM do decodificador DC de preferência é modifi-cado para armazenar dados definindo os nós de entrada e os nós de saída correspondentesaos seus respectivos graus em seu gráfico de Tanner. Estes dados podem ser armazena-dos na forma de índices, por exemplo, de modo a serem facilmente acessíveis para o dispo-sitivo de recodificação de rede D. Assim, o módulo de decodificação DM mantém uma tabe-la de índices permitindo ao módulo de recodificação RM escolher aleatoriamente nós de umgrau particular e também saber quantos nós de cada grau estão presentes no gráfico deTanner do decodificador DC.
O módulo de decodificação DDM modificado de acordo com a invenção de prefe-rência é constituído de módulos de software, pelo menos parcialmente. Mas ele tambémpoderia ser constituído de circuito (circuitos) eletrônico ou de módulos de hardware, ou deuma combinação de módulos de hardware e de software (neste caso ele também compre-ende uma interface de software permitindo a interoperação entre os módulos de hardware ede software). No caso onde ele é exclusivamente constituído de módulos de software, eletambém pode ser armazenado em uma memória do decodificador DC1 ou em qualquer pro-duto de software de computador, tal como um CD-ROM, por exemplo, o qual pode ser lidopor um equipamento de comunicação CEi.
Além disso, o decodificador DC pode ser adicionalmente modificado de modo a sercapaz de detectar redundâncias de nó e, portanto, para simplificar a tarefa do dispositivo derecodificação de rede D. Na verdade, a redundância de nó é aumentada pelo método derecodificação de rede de acordo com a invenção devido ao fato dó último tender a produzirmais blocos redundantes de símbolos de código LT que aumentam a complexidade da de-codificação (tanto computacional como em relação ao espaço) e diminui a performance dodispositivo recodificador de rede D (onde utiliza dados do decodificador).
Assim, a invenção propõem adicionar para um decodificador DC um módulo de de-tecção DTM disposto, na presença de um nó de saída a ser decodificado, para determinarse ele foi anteriormente recebido pelo módulo de decodificação DDM, e, em caso afirmativo,para gerar uma mensagem sinalizando que ele foi anteriormente decodificado e não temque ser novamente inserido no gráfico de Tanner do decodificador.
É importante observar que o módulo de detecção DTM pode ser utilizado quandoum nó de saída é recebido (para determinar se ele foi anteriormente recebido e decodifica-do) ou durante a decodificação (por exemplo, quando um nó de saída x = a®b$c®déparcialmente decodificado para produzir outro nó de saída y = a Θ c Θ d). Neste último ca-so, o módulo detector DTM pode verificar se y já é conhecido ou não.
Por exemplo, o módulo de detecção DTM pode calcular rapidamente uma chavepara um nó de saída recebido e procurar dentro das estruturas de dados armazenadas comuma leitura rápida e inserir acessos, tal como árvores de pesquisa binárias (por exemplo,árvores RB ("árvores rubro-negras" - um tipo de árvore binária com auto-equilíbrio)), ou ta-belas hash. Se ele puder descobrir que outra chave já foi inserida, ele pode concluir que omesmo nó de saída já foi recebido e que ele não tem que ser decodificado novamente. As-sim, ele gera uma mensagem de modo que o nó de saída recebido seja simplesmente a-bandonado ao invés de ser inserido no gráfico de Tanner do decodificador DC.
À medida que os nós de saída possuem um grau baixo (igual a 2 ou 3) e que a pro-babilidade de que dois nós de saída de grau 2 sejam os mesmos é muito maior do que aprobabilidade de que dois nós de saída de grau 4 sejam os mesmos, é possível restringir adetecção de redundância para nós de saída de grau 1, 2, ou 3. Neste caso, o módulo dedetecção DTM pode implementar um método hash pretendido para calcular uma chave h(x)para qualquer nó de saída χ de grau 1, 2 ou 3 de modo que h{x) = h(x') <=> χ = χ'. Este mé-todo hash pode ser como dito a seguir.
Primeiro, o módulo de detecção DTM pode classificar os símbolos originais quecompõem um símbolo codificado (ou nó de saída) em ordem crescente (por exemplo, porconsiderar seus identificadores). Então, ele pode calcular a chaveh(x) = J1 +J2 -{Γ'+Υ) + J3 ·(Ζ +l)2 onde χ = a θ b Θ c, S1 = ia+ 1, S3= ib+ 1, S2= ic+ 1, L é ocomprimento do símbolo (ou símbolos de código LT), e ix é um número inteiro identificandoum símbolo (ou nó de entrada) χ e assumindo valores entre 0 e L-1. Se um símbolo for degrau 2, se estabelece simplesmente s3 = 0, e se um símbolo for de grau 1, se estabelecesimplesmente S3 = 0 e s2 = 0.
Este método hash somente requer algumas (constantes) adições e multiplicaçõespara calcular a chave h(x). Além disso, esta chave calculada não requer muito espaço dearmazenamento à medida que pode ser apresentado que seu comprimento é igual a3log2(L+1). Além disso, o método de detecção de redundância envolve um baixo custo (porexemplo, para um código de saída com comprimento L = 65536, ele envolve uma compara-ção de 64 bits, a qual geralmente é oferecida pelos processadores de propósito geral).
O módulo de detecção DTM de acordo com a invenção de preferência é constituídode módulos de software, pelo menos parcialmente. Porém, ele também poderia ser consti-tuído de circuito (circuitos) eletrônico ou de módulos de hardware, ou de uma combinaçãode módulos de hardware e de software (neste caso, ele também compreende uma interfacede software permitindo a interoperação entre os módulos de hardware e de software). Nocaso onde ele é exclusivamente constituído de módulos de software, eles podem ser arma-zenados em uma memória do equipamento de comunicação CEi (por exemplo, em seu de-codificador DC), ou em qualquer produto de software de computador, tal como um CD-ROM,por exemplo, o qual pode ser lido por um equipamento de comunicação CEi.
A invenção oferece várias vantagens, e de forma notável:
- ela permite gerar códigos de rede de baixa complexidade,
- ela pode ser utilizada em uma ampla faixa de aplicações porque ela permite gerarcódigos de rede que são mais eficientes em termos de computação do que códigos de redelineares aleatórios (RLNCs) à medida que eles utilizam a decodificação de propagação desoma e produto ao invés de uma eliminação Gaussiana e, portanto, evitam o uso da aritmé-tica de Campo de Gallois (GF(2K).
A invenção não está limitada às concretizações do método de recodificação de re-de, ao dispositivo de recodificação de rede e ao decodificador descrito acima, somente co-mo exemplos, mas, ela abrange todas as concretizações alternativas que podem ser consi-deradas pelos versados na técnica dentro do escopo das reivindicações daqui por diante.
Claims (14)
1. Método de recodificação de rede, para recodificar símbolos codificados a seremtransmitidos para pelo menos um equipamento de comunicação (CE) conectado com umarede, CARACTERIZADO pelo fato de que ele compreende a etapa de recodificar os nós desaída, definidos pelos símbolos de código LT representativos de símbolos codificados e re-presentativos respectivamente dos resultados da operação (operações) Booleanas XORentre os nós de entrada definindo símbolos decodificados cujos valores têm que ser desco-bertos e com os quais eles estão ligados dentro de um gráfico de Tanner, pela combinaçãodo nó (nós) de entrada escolhidos e / ou o nó (nós) de saída possuindo os valores conheci-dos e chamados de nós parcialmente decodificados, de modo a produzir os novos símbolosde código LT definindo os nós de saída gerados prontos para serem transmitidos;pelo fato de que durante a dita etapa de combinação, pode-se combinar os ditosnós parcialmente decodificados por meio de operações Booleanas XOR entre os mesmos;e pelo fato de que durante a dita etapa de combinação pode-se iniciar pela determi-nação entre os graus de uma distribuição corrente dos graus dos nós de saída gerados, ograu possuindo a maior diferença com um mesmo grau de uma primeira distribuição de refe-rência escolhida, e o que permite produzir um nó de saída gerado possuindo este grau, en-tão, se pode produzir um nó de saída gerado possuindo este grau por combinar pelo menosum nó parcialmente decodificado.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de quena dita etapa de combinação, pode-se determinar um grau permitindo produzir um nó desaída gerado possuindo este grau por meio de uma heurística escolhida.
3. Método, de acordo com uma das reivindicações 1 e 2, CARACTERIZADO pelofato de que, após ter produzido o dito nó de saída gerado, pode-se comparar a distribuiçãocorrente dos ditos nós de entrada com uma segunda distribuição de referência escolhida demodo a determinar se pelo menos um nó de entrada foi muito usado para produzir os nós desaída gerados e no caso afirmativo, se este nó de entrada permite deixar inalterado o graudo dito nó de saída gerado quando combinado com os nós de entrada ligados com o dito nóde saída gerado, então, pode-se substituir pelo menos dos ditos nós de entrada muito utili-zados dentro do dito nó de saída gerado por um nó de entrada tendo sido muito raramenteutilizado, de modo a normalizar a dita distribuição corrente dos ditos nós de entrada.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de quese pode combinar o dito nó de saída gerado com um nó de saída que compreende o dito nóde entrada muito utilizado e possuindo um grau igual a 2.
5. Método, de acordo com uma das reivindicações 1 até 4, CARACTERIZADO pelofato de que na dita etapa de combinação após ter produzido o dito nó de saída gerado pron-to para ser transmitido, pode-se atualizar a dita distribuição corrente de graus dos nós desaída gerados e a dita distribuição corrente dos nós de entrada.
6. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de quena dita etapa de combinação a dita heurística consiste em verificar se o grau do nó a sergerado é menor ou igual a um número de nós de entrada cobertos compreendendo os nósde entrada decodificados e os nós de entrada possuindo pelo menos um vizinho.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que adita heurística adicionalmente consiste em verificar se a condição d≤ ∑ k.n(k) é verifica-da, onde d é o grau determinado do nó de saída a ser gerado e n(k) é o número de nós par-cialmente decodificados de grau k menor do que d, que são conhecidos.
8. Dispositivo de recodifibação de rede (D) para recodifícar símbolos codificados aserem transmitidos para pelo menos um equipamento de comunicação (CE) conectado comuma rede, CARACTERIZADO pelo fato de que ele compreende um dispositivo de recodifi-cação (RM) disposto para recodifícar nós de saída, definidos pelos símbolos de código LTrepresentativos de símbolos codificados e representativos respectivamente dos resultadosde operação (operações) Booleana XOR entre nós de entrada definindo símbolos decodifi-cados cujos valores têm que ser descobertos e com os quais eles estão ligados dentro deum gráfico de Tanner, por combinar o nó (nós) de entrada escolhido e / ou o nó (nós) desaída possuindo valores conhecidos e chamados de nós parcialmente decodificados, demodo a produzir novos símbolos de código LT definindo os nós de saída gerados prontospara serem transmitidos;pelo fato de que o dito dispositivo de recodificação (RM) é disposto para combinaros ditos nós parcialmente decodificados pela realização de operações Booleanas XOR entreos mesmos;e pelo fato de que o dito dispositivo de recodificação (RM) é disposto para determi-nar, entre os graus de uma distribuição corrente de graus dos nós de saída gerados, o graupossuindo a diferença mais elevada com um mesmo grau de uma primeira distribuição dereferência escolhida, e que permite produzir um nó de saída gerado possuindo este grau,então, para combinar pelo menos um nó parcialmente decodificado para produzir um nó desaída gerado possuindo este grau.
9. Dispositivo de recodificação de rede, de acordo com a reivindicação 8,CARACTERIZADO pelo fato de que o dito dispositivo de recodificação (RM) é disposto paraaplicar uma heurística escolhida para determinar um grau permitindo produzir um nó de saí-da gerado possuindo este grau.
10. Dispositivo de recodificação de rede, de acordo com uma das reivindicações 8 e-9, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito dispositivo recodificação (RM) é disposto, apóster produzido o dito nó de saída gerado, para comparar a distribuição corrente dos ditos nósde entrada com uma segunda distribuição de referência escolhida de modo a determinar sepelo menos um nó de entrada foi muito utilizado para produzir os nós de saída gerados e nocaso afirmativo, se este nó de entrada permite deixar inalterado o grau do dito nó de saídagerado quando combinado com os nós de entrada ligados com o dito nó de saída gerado,então, para substituir pelo menos um dos ditos nós de entrada muito utilizados dentro dodito nó de saída gerado por um nó de entrada tendo sido muito raramente utilizado, de modoa normalizar a dita distribuição corrente dos ditos nós de entrada.
11. Dispositivo de recodificação de rede, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que o dito dispositivo de recodificação (RM) é disposto paracombinar o dito nó de saída gerado com um nó de saída que compreende o dito nó de en-trada muito utilizado e possuindo um grau igual a 2.
12. Dispositivo de recodificação de rede, de acordo com uma das reivindicações 8até 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito dispositivo de recodificação (RM) é dis-posto, após ter produzido o dito nó de saída gerado pronto para ser transmitido, para atuali-zar a dita distribuição corrente de graus dos nós de saída gerados e a dita distribuição dosnós de entrada.
13. Dispositivo de recodificação de rede, de acordo com uma das reivindicações 8até 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito dispositivo de recodificação (RM) é dis-posto para aplicar uma heurística consistindo em verificar que o grau do nó a ser gerado émenor ou igual a um número de nós de entrada cobertos compreendendo os nós de entradadecodificados e os nós de entrada possuindo pelo menos um vizinho.
14. Dispositivo de recodificação de rede, de acordo com a reivindicação 13,CARACTERIZADO pelo fato de que o dito dispositivo de recodificação (RM) é disposto paraaplicar uma heurística adicionalmente consistindo em verificar se a condição d n(k)é verificada, onde d é o grau determinado do nó de saída a ser gerado e η (k) é o número denós parcialmente decodificados do grau k menor do que d que são conhecidos.
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