CN105680990B - 一种基于喷泉编码的区域信息共享方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于喷泉编码的区域信息共享方法。使用本发明能够使得无线移动通信中一些成区域性的节点从移动信源节点获取完整数据。本发明利用数字喷泉编码的特性，实现区域信息共享，信源节点以预先确定的编码冗余度对文件数据分组进行喷泉编码，然后向成区域性的信宿节点发送数据。当区域中某些信宿节点的喷泉码数据包接收数量不足时则向区域内邻近节点请求未接收到的喷泉码数据包，从而获得足够的数据包进行文件获取。本发明区域内各节点在信息接受不完全的情况下不需要通过重传来获取完整信息，减少了传输时间，同时采用喷泉码进行编码，提高了传输的可靠性和有效性。

Description

一种基于喷泉编码的区域信息共享方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种基于喷泉编码的区域信息共享方法。
背景技术
无线移动通信链路的特点是移动节点之间的通信可能会随着位置及地形的变化而连接或中断，而部分区域内的节点之间会保持相对稳定的位置关系，在数据源节点向区域内相对静止节点进行数据广播时，区域内节点会由于信道特性差、遮挡等原因导致数据接收不完全而无法完成完整数据接收。
无线通信的另一个特点是一个信源节点在一个开阔空间可以对多个信宿节点进行广播，多个节点可以同时收到来自信源的信息。但是由于信源节点的相对运动，某一区域内的信宿节点从信源节点所接收到的数据可能会由于遮挡、通信带宽受限且链路持续时间较短等原因而接收到的数据不尽相同，每个信宿节点接收到的数据只是完整数据的一部分。各个信宿节点接收到不完整信息，就无法完成与信源节点的可靠通信。
由于当前无线通信领域存在着上述特点，使得很多区域内的信息交互存在问题。而当信息的收发出现问题时，会对数据包选择丢弃或者重传。这样就会造成信息收发的不完全或者传输效率低下。对于区域内的信息交互，当前并没有比较高效可靠的区域信息共享方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于喷泉编码的区域信息共享方法，能够使得无线移动通信中一些成区域性的节点从移动信源节点获取完整数据。
本发明的基于喷泉编码的区域信息共享方法，包括如下步骤：
步骤1，原始信源在收到信宿节点请求发送文件的请求后，将待传输的文件进行喷泉编码，形成喷泉编码数据包；
步骤2，原始信源将步骤1的所有喷泉编码数据包按编码顺序依次循环发送，直到在设定的生命周期内没有收到请求发送该文件的请求；各信宿节点自接入原始信源的时刻开始，接收该时刻原始信源发送的喷泉编码数据包；
步骤3，信宿节点接收原始信源发送的喷泉编码数据包后，若其接收到的喷泉编码数据包不足以解码，则向同一区域内的其他邻近的信宿节点发送请求，请求其发送所需的剩余数据包；
步骤4，邻近的信宿节点收到请求后，将其拥有的所述所需的剩余数据包发送给信宿节点；
步骤5，信宿节点判断其收到邻近信宿节点发送的数据包后，是否能够实现解码，如果不能，则重复步骤3和步骤4，直到信宿节点收到的喷泉编码数据包能够实现解码，则信宿节点进行解码，获取原始信源传输的文件。
进一步地，所述步骤3～步骤5中，信宿节点首先向最近的邻近信宿节点发送请求发送所述所需的剩余数据包的请求；若该邻近信宿节点没有所需的剩余数据包，则信宿节点向次近的邻近信宿节点发送请求发送剩余数据包的请求，直到信宿节点获得足以解码的喷泉编码数据包；若该邻近信宿节点只有部分所需的剩余数据包，则该邻近信宿节点将其拥有的剩余数据包发送给信宿节点，信宿节点在接收了数据包后，向次近的邻近信宿节点发送请求发送剩余数据包的请求，直到信宿节点获得足以解码的喷泉编码数据包。
进一步地，设定请求发送剩余数据包的请求的生命周期，若该请求在其生命周期内未收到响应，则向下一个邻近信宿节点发送该请求。
有益效果：
本发明采用喷泉编码技术实现区域内节点的信息共享，与现有共享技术相比具有以下效果：
(1)可以在区域内节点接收数据不完全的情况下通过其他节点的信息共享恢复完整数据；
(2)区域内各节点在信息接受不完全的情况下不需要通过重传来获取完整信息，减少了传输时间，同时采用喷泉码进行编码，提高了传输的可靠性和有效性；
(3)区域内节点只需要将喷泉编码数据包接收到一定数量即可恢复完整数据，提高了网络中的信息共享效率；
(4)适用于Ad Hoc网络，具有广泛应用。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
图2为本发明的一种基于喷泉编码的区域信息共享方法的场景示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于喷泉编码的区域信息共享方法。
数字喷泉编码具有类似于喷泉的特性：当需要接满一盆水而接水的容器只有比水盆小的水杯时，则需要多个水杯同时或分批去泉水接水然后汇入水盆中，不必关心水盆中的水来自于哪个水杯。类似地，当一个区域内的一些信源节点向区域内的其他节点发送数据时，接收节点只需要考虑接收到足够译码所需的数据即可，不需要考虑收到的具体是完整数据中的哪一部分。
本发明利用数字喷泉编码的特性，实现区域信息共享，信源节点以预先确定的编码冗余度对文件数据分组进行喷泉编码，然后向成区域性的信宿节点发送数据。当区域中某些信宿节点的喷泉码数据包接收数量不足时则向区域内邻近节点请求未接收到的喷泉码数据包，从而获得足够的数据包进行文件获取。
具体流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤一、原始信源将待传输文件进行喷泉编码并对信宿节点进行喷泉编码数据包发送；
向信宿节点进行数据发送时，分为两个子步骤：
步骤1.1，原始信源将待传输文件进行喷泉编码，形成多个喷泉编码数据包；
步骤1.2，原始信源向区域内信宿节点发送喷泉编码数据包；
本子步骤中，原始信源在向某一相对集中区域发送喷泉编码数据包时，不管接入的信宿节点是何时接入的或何时断开的，原始信源均按喷泉编码顺序，从起始编码数据包到编码结束数据包顺序循环发送，直到其生命周期内不再有请求发送该文件的请求。假设信宿节点接收N个喷泉编码数据包即可解包，则根据喷泉编码的特性，需要发送Ν×(1+β)个喷泉编码数据包。在设定的生命周期内，该Ν×(1+β)个喷泉编码数据包循环发送；其中，β为冗余度。
步骤二、区域内信宿节点接收原始信源发送的喷泉编码数据包；
区域内信宿节点接收原始信源发送的喷泉编码数据包，信源、信宿之间的信息发送、接收方式可多样化。当信宿节点与信源节点由于通信中断或某些原因而导致文件传输未完成时，即接收到的喷泉编码数据包个数nk<N时，则进行步骤三。
步骤三、区域内信宿节点向邻近信宿节点请求未接收到的喷泉编码数据包；
区域内未完全从原始信源处获取完整喷泉编码数据包的信宿节点向邻近信宿节点发送数据请求，寻找未接收到的喷泉编码数据包。假设该未完全接收的信宿节点接收到的喷泉编码数据包为1～nk，如需完全解包还需要再收到(N-nk)个喷泉编码数据包，即nk+1，nk+2，…，N×(1+β)中的任意N-nk个。该请求每次只向当前信宿节点最近的一个信宿节点发送，如果该邻近信宿节点接收到的数据包包含请求信宿节点所需的N-nk个喷泉编码数据包，则进行步骤四。对于该请求，也相应设定一个生命周期，如果在该请求的生命周期内邻近信宿节点没有响应，则重新选择下一个邻近信宿节点发送请求，直到获得足以解码的数据包。
步骤四、具有该请求所需的喷泉编码数据包的邻近信宿节点向数据请求端发送喷泉编码数据包；
区域内信宿节点收到数据请求后，将请求的喷泉编码数据包向请求节点发送，根据喷泉编码特性，其发送反馈方式可多样化选择。若被请求的节点收到的数据包中包含请求节点所需的N-nk个喷泉编码数据包，则直接向请求节点发送相应包。
步骤五、数据请求端接收数据获取原始信源完整数据；
若被请求节点收到的喷泉编码数据包中可以共享的只包含请求节点所需的N-nk中的一部分，即nk+1，nk+2，…，nr(nr＜N)，则发送其拥有的相应部分的内容，其余内容(nr,nr+1，…，N×(1+β))则寻找下一个邻近信宿节点发送请求，重复步骤三和步骤四，直到请求到所需的所有喷泉编码数据包。信宿节点从邻近信宿节点接收所需的喷泉编码数据包，当其接收到的喷泉编码数据包达到解码所需数量N时，开始对数据解码，获取所需文件。
步骤六、信源节点清空数据缓存内容。
信源节点在一个设置的生命周期内未收到文件传输请求则将文件喷泉编码数据包缓存清空。
如图2所示，假设源节点是一个飞行器，飞行方向为以地面节点为参考从左向右飞行。
地面节点从左到右依次分布节点A、节点B、节点C。按照飞行器飞行轨迹，节点A、B、C依次与飞行器建立通信链路。
节点A、B、C需要从飞行请求传送相同文件，假设飞行器对文件进行喷泉编码产生120个数据包，并将数据包从1到120编号，节点A、B、C从飞行器收取100个数据包即可恢复完整文件。
当飞行器位于时刻1时刚好与A节点可见，此时飞行器将所需发送文件进行喷泉编码，并将编码之后的数据包向A发送。此处说明信源对新的文件发送请求应对方式。
当飞行器位于时刻2时与A节点可见且恰好与B节点可见并建立链路，此时飞行器对A和B发送相同的数据，假设此刻飞行器对A节点从数据包1发送数据包到30，则B接收到的第一个数据包为31。此处说明当新的节点接入信源请求相同数据时，信源对数据不重新进行编码，且数据包不从起始数据包重新对信宿发送，而是从当前时刻发送数据包序号对新接入节点发送数据包。
当飞行器位于时刻3时与A节点不可见，与B、C节点可见。假设A节点在与飞行器中断链路时数据包接收到前90个并且其中10个数据包需要重传，而完全解码需要至少100个数据包。则A节点向邻近的B节点请求数据。根据本场景设置，B节点可以接收到A未收到的到其余30个数据包，则节点B向节点A节点发送A未收到的喷泉码数据包。当A节点收够足够的数据包时，则A完成文件完整接收。
当飞行器位于时刻4时与A、B、C节点皆不可见。当飞行器与节点C断开链接且在一个设置的生命周期内未有新的节点接入并请求相同文件时，飞行器清空文件喷泉编码数据包缓存。在飞行器清空喷泉编码数据包缓存之后如有新的节点接入并请求相同文件时，则重新执行步骤一。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于喷泉编码的区域信息共享方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，原始信源在收到信宿节点请求发送文件的请求后，将待传输的文件进行喷泉编码，形成喷泉编码数据包；
步骤2，原始信源将步骤1的所有喷泉编码数据包按编码顺序依次循环发送，直到在设定的生命周期内没有收到请求发送该文件的请求；各信宿节点自接入原始信源的时刻开始，接收该时刻原始信源发送的喷泉编码数据包；
步骤3，信宿节点接收原始信源发送的喷泉编码数据包后，若其接收到的喷泉编码数据包不足以解码，则向同一区域内的其他邻近的信宿节点发送请求，请求其发送所需的剩余数据包；
步骤4，邻近的信宿节点收到请求后，将其拥有的所述所需的剩余数据包发送给信宿节点；
步骤5，信宿节点判断其收到邻近信宿节点发送的数据包后，是否能够实现解码，如果不能，则重复步骤3和步骤4，直到信宿节点收到的喷泉编码数据包能够实现解码，则信宿节点进行解码，获取原始信源传输的文件；
步骤6，信源节点清空数据缓存内容。
2.如权利要求1所述的基于喷泉编码的区域信息共享方法，其特征在于，所述步骤3～步骤5中，信宿节点首先向最近的邻近信宿节点发送所述所需的剩余数据包的请求；若该邻近信宿节点没有所需的剩余数据包，则信宿节点向次近的邻近信宿节点发送剩余数据包的请求，直到信宿节点获得足以解码的喷泉编码数据包；若该邻近信宿节点只有部分所需的剩余数据包，则该邻近信宿节点将其拥有的剩余数据包发送给信宿节点，信宿节点在接收了数据包后，向次近的邻近信宿节点发送剩余数据包的请求，直到信宿节点获得足以解码的喷泉编码数据包。
3.如权利要求1或2所述的基于喷泉编码的区域信息共享方法，其特征在于，设定请求发送剩余数据包的请求的生命周期，若该请求在其生命周期内未收到响应，则向下一个邻近信宿节点发送该请求。
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