CN110855403B - 空间信息网的高能效网络编码arq双向中继传输机制 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输方法、装置、通信设备和存储介质。该方法包括：接收第一节点发送的第一发送请求，第一发送请求携带第一数据包，第一数据包的接收方为第二节点；接收第二节点发送的第二发送请求，第二发送请求携带第二数据包，第二数据包的接收方为第一节点；根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包；广播编码数据包；以指示第一节点根据编码数据包以及第一数据包进行对应的逻辑计算，得到第二数据包，以及指示第二节点根据编码数据包以及第二数据包进行对应的逻辑计算，得到第一数据包。采用本方法能够提高数据传输的有效性。

Description

空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于空间信息网的高能效网络 编码ARQ双向中继传输机制的数据传输方法、装置、通信设备和存储介质。
背景技术
随着通信技术的发展以及智能设备的广泛应用，越来越多的人使用智能设 备进行通信，智能设备之间实现通信主要依靠地面网络技术和卫星通信技术。 由于地面网络容易受到地形地貌的影响，使得现有的地面网络逐渐不能满足数 量巨大的智能设备不断增长的通信需求，特别是在远程监控网络和极端地形区 域的情况下，地面网络通信效果较差。卫星通信技术是利用人造地球卫星作为 中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间通信的技术，卫星通 信技术不受通信两点间任何复杂地理条件的限制，成为通信领域重要的通信方 式。
然而，在卫星通信系统中，经常存在因为各种因素导致数据传输失败的情 况，因此需要多次进行传输，导致卫星通信系统的数据传输的有效性较低。
发明内容
基于此，有必要针对上述卫星通信系统的数据传输的有效性较低的技术问 题，提供一种能够提高数据传输的有效性的数据传输方法、装置、通信设备和 存储介质。
一种基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输 方法，所述方法包括：接收第一节点发送的第一发送请求，所述第一发送请求 携带所述第一数据包，所述第一数据包的接收方为第二节点；接收所述第二节 点发送的第二发送请求，所述第二发送请求携带所述第二数据包，所述第二数 据包的接收方为所述第一节点；根据所述第一数据包以及所述第二数据包进行 逻辑编码，得到编码数据包；广播所述编码数据包；以指示所述第一节点根据 所述编码数据包以及所述第一数据包进行对应的逻辑计算，得到所述第二数据 包，以及指示所述第二节点根据所述编码数据包以及所述第二数据包进行对应 的逻辑计算，得到所述第一数据包。
在一些实施例中，所述根据所述第一数据包以及所述第二数据包进行逻辑 编码，得到编码数据包，包括：根据所述第一数据包以及所述第二数据包进行 异或计算，得到编码数据包，以指示所述第一节点根据所述编码数据包以及所 述第一数据包进行异或计算，得到所述第二数据包，以及指示所述第二节点根 据所述编码数据包以及所述第二数据包进行异或计算，得到所述第一数据包。
在一些实施例中，所述方法还包括：存储第一数据包，计算存储所述第一 数据包的当前时长；当当前时长大于预设时长时，向所述第二节点发送所述第 一数据包；当在预设时长内接收到所述第二节点发送的第二发送请求时，执行 所述根据所述第一数据包以及所述第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包 的步骤。
在一些实施例中，所述方法还包括：获取能量效率对应的能量效率最优化 计算算法，所述能量效率最优化计算算法中的能量效率是根据解码失败概率以 及数据包对应的传输通道的平均信噪比得到的，所述解码失败概率包括上行解 码失败概率以及下行解码失败概率，所述平均信噪比包括上行平均信噪比以及 下行平均信噪比；获取所述能量效率最优化计算算法对应的约束条件，所述约 束条件包括上行发射功率小于等于预设发射功率，下行发射功率小于等于所述 上行发射功率以及所述解码失败概率小于等于预设解码失败概率；利用所述能 量效率最优化计算算法，根据所述解码失败概率以及所述平均信噪比，计算得 到在满足所述约束条件的情况下，能量效率最大时，对应的目标平均信噪比；根据所述目标平均信噪比调整所述传输通道。
在一些实施例中，所述方法还包括：获取瞬时信噪比序列；获取瞬时信噪 比对应的初始概率密度函数，对所述初始概率密度函数进行拉普拉斯变换，得 到目标概率密度函数；根据所述目标概率密度函数以及所述瞬时信噪比序列计 算得到所述解码失败概率。
一种基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输 装置，所述装置包括：第一发送请求接收模块，用于接收第一节点发送的第一 发送请求，所述第一发送请求携带所述第一数据包，所述第一数据包的接收方 为第二节点；第二发送请求接收模块，用于接收所述第二节点发送的第二发送 请求，所述第二发送请求携带所述第二数据包，所述第二数据包的接收方为所 述第一节点；编码数据包得到模块，用于根据所述第一数据包以及所述第二数 据包进行逻辑编码，得到编码数据包；编码数据包广播模块，用于广播所述编 码数据包；以指示所述第一节点根据所述编码数据包以及所述第一数据包进行 对应的逻辑计算，得到所述第二数据包，以及指示所述第二节点根据所述编码 数据包以及所述第二数据包进行对应的逻辑计算，得到所述第一数据包。
一种通信设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运 行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述数据传输方法的 步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处 理器执行时实现上述数据传输方法的步骤。
上述基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输 方法、装置、通信设备和存储介质，通过获取第一节点发送的接收方为第二节 点的第一数据包，以及获取第二节点发送的接收方为第一节点的第二数据包， 并根据第一数据包以及第二数据包得到编码数据包，将得到的编码数据包进行 广播，使得第一节点可以根据第一数据包得到第二数据包，以及使得第二节点 根据第二数据包得到第一数据包，这样，广播编码数据包就可以使得第一节点 以及第二节点得到对应的数据包，而不需要分别对第一数据包以及第二数据包 进行广播，因此，减少了数据包传输的次数，从而提高了数据传输的有效性。
一种基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输 方法，由第一节点执行，所述方法包括：向转发节点发送第一发送请求，所述 第一发送请求携带所述第一数据包，所述第一数据包的接收方为第二节点；接 收转发节点发送的编码数据包，所述编码数据包是根据所述第一数据包以及第 二数据包进行逻辑编码得到的，所述第二数据包的发送方为所述第二节点，所 述第二数据包的接收方为所述第一节点；根据所述编码数据包以及所述第一数 据包进行对应的逻辑计算，得到所述第二数据包。
一种基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输 装置，所述装置包括：第一发送请求发送模块，用于向转发节点发送第一发送 请求，所述第一发送请求携带所述第一数据包，所述第一数据包的接收方为第 二节点；编码数据包接收模块，用于接收转发节点发送的编码数据包，所述编 码数据包是根据所述第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码得到的，所述第 二数据包的发送方为所述第二节点，所述第二数据包的接收方为所述第一节点； 第二数据包得到模块，用于根据所述编码数据包以及所述第一数据包进行对应 的逻辑计算，得到所述第二数据包。
一种通信设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运 行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述数据传输方法的 步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处 理器执行时实现上述数据传输方法的步骤。
上述基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输 方法、装置、通信设备和存储介质，第一节点向转发节点发送携带第一数据包 的第一发送请求，并接收发送节点根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编 码得到的编码数据包，从而可以根据接收到的编码数据包和第一数据包得到需 要的第二数据包。从而，第一节点除了采用直接获取第二数据包的方式外，还 可以通过编码数据包获取第二数据包，增加了数据包获取的灵活性。
附图说明
图1为一些实施例中数据传输方法的应用场景图；
图2A为一些实施例中数据传输方法的流程示意图；
图2B为一些实施例中数据传输方法的交互示意图；
图3为一些实施例中数据传输步骤的流程示意图；
图4A为一些实施例中数据传输方法对应的仿真结果图；
图4B为一些实施例中数据传输方法对应的仿真结果图；
图4C为一些实施例中数据传输方法对应的仿真结果图；
图5为一些实施例中数据传输方法的流程示意图；
图6为一些实施例中数据传输方法的流程示意图；
图7为一些实施例中数据传输装置的结构框图；
图8为一些实施例中数据传输装置的结构框图；
图9为一些实施例中通信设备的内部结构图；
图10为一些实施例中通信设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅 用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的数据传输方法，可以应用于如图1所示的应用环境中,可以是 基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输方法。该 应用环境包括转发节点102、第一节点104a以及第二节点104b。其中，转发节 点102通过网络与第一节点104a和第二节点104b通过网络进行通信。
具体的，第一节点104a可以向转发节点102发送接收方为第二节点104b 的第一数据包，第二节点104b可以向转发节点102发送接收方为第一节点104a 的第二数据包，转发节点102将接收并解码成功的第一数据包以及第二数据包 进行逻辑编码，得到编码数据包，将该编码数据包进行广播，当第一节点104a 接收并成功解码编码数据包时，根据第一数据包以及编码数据包进行对应的逻 辑计算，得到第二数据包，当第二节点104b接收并成功解码编码数据包时，根 据第二数据包以及编码数据包进行对应的逻辑计算，得到第一数据包。
在一些实施例中，转发节点102、第一节点104a以及第二节点104b为处于 空间信息网络(Space Information Network,SIN)中的节点。其中，转发节 点102可以为空间信息网络中的卫星节点，第一节点以及第二节点可以为空间 信息网络中的地面节点。转发节点102通过空间信息网络与第一节点104a以及 第二节点104b通过空间信息网络进行通信以及数据包的传输。其中，节点为通 信设备。
SIN是以地面终端和空间节点(分布在不同高度的卫星、升空平台等)为载 体，通过动态建链组网，实时获取、传输和处理海量数据，实现空、天、地一 体化的综合通信网络。SIN能为导航、定位、航空航天、深空探测等重大应用 提供实时服务。SIN能够支持近实时和大容量服务，如多媒体多播流以及视频系 统监控等。
随着智能终端设备的快速增长，现有的地面网络逐渐不能满足数量巨大的 泛在智能设备不断增长的通信需求，特别是在远程/监控网络和极端地形区域。 考虑到卫星的覆盖范围无处不在，可以覆盖上述偏远地区，基于卫星的空间信 息网这种系统架构成为一种极具吸引力的解决方案。低地球轨道(Low-Earth-Orbit,LEO)卫星具有可全球覆盖、传播延迟低和路径损耗小的特 点，因此适合用于构建SIN，并且基于下一代高通量卫星(HighThroughput Satellite,HTS)的迅速发展，SIN能够支持近实时和大容量服务，如多媒体多播流、视频系统监控等。同时，空间通信的一些特有特性，如长时延、链路易 中断、信道衰落大等，造成地面网络使用的传输控制协议/因特网互联协议 (Transmission ControlProtocol/Internet Protocol,TCP/IP)不再适用于 我们构建的SIN网络。时延容忍网络(Delay/disruption Tolerant Networking, DTN)的传输层LTP(Licklider TransmissionProtocol)传输协议由于适应空间 通信的环境特点，被广泛地用于空间信息网络中。因此，基于LTP协议设计高 效的传输机制，能够在一定程度上满足大容量数据的传输业务。
其中，转发节点102可以是用独立的卫星或者是多个卫星组成的卫星集群 来实现。第一节点104a以及第二节点104b可以但不限于是各种个人计算机、 笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。
在一些实施例中，如图2A所示，提供了一种基于空间信息网的高能效网络 编码ARQ双向中继传输机制的数据传输方法，其中，ARQ(Automatic Repeat Request)为自动重传的传输机制，以该方法应用于图1中的转发节点102为例 进行说明，包括以下步骤：
S202，接收第一节点发送的第一发送请求，第一发送请求携带第一数据包， 第一数据包的接收方为第二节点。
具体的，第一节点向转发节点发送携带第一数据包的第一发送请求，转发 节点接收第一发送请求，可以获取第一发送请求中的第一数据包。第二节点为 需要第一数据包的节点。第一节点以及第二节点为需要相互通信的设备，例如 在偏远的地区，现有的地面网络不能满足数量巨大的智能设备不断增长的通信 需求的情况下，可以采用卫星进行通信。用户1可以使用具有卫星通信功能的 终端，向卫星发送第一发送请求，第一发送请求中携带第一数据包，以请求卫 星将第一数据包发送给用户2的终端，即第二节点。
在一些实施例中，转发节点与第一节点和第二节点之间进行数据传输时可 以采用可靠的传输机制，例如可以采用自动重传(Automatic Repeat Request, ARQ)的传输机制。在ARQ系统中，接收方如果解码成功，反馈确认信号 (Acknowledgement,ACK)给发送端，如果解码失败，反馈否定确认信号(Negative Acknowledgement,NACK)给发送端并丢弃错误信息，发送方会重传接收节点解 码失败的数据包直到数据包被接收方成功解码或者是重传次数超过预设次数时 停止重传，当然也可以采用其他方法使接收节点能够解码得到数据包。因此， 转发节点可以对获取到的第一数据包进行解码，若转发节点成功解码第一数据 包，则可以向第一节点反馈ACK，若发送节点未成功解码第一数据包，则可以向 第一节点反馈NACK。
在一些实施例中，数据包可以为常规数据包(Regular Packet，RP)。常 规数据包为满足接收方需要的数据包类型。
S204，接收第二节点发送的第二发送请求，第二发送请求携带第二数据包， 第二数据包的接收方为第一节点。
具体的，第二节点向转发节点发送携带第二数据包的第二发送请求，转发 节点接收第二发送请求，可以获取第二发送请求中的第二数据包。第一节点为 需要第二数据包的节点。
可以理解，步骤S202以及步骤S204可以是同步进行的，还可以是先执行 步骤S204再执行步骤S202。例如，当用户1与用户2相互进行通信时，可以是 第一节点向第二节点相互发送会话信息，因此可以将第二节点发送的会话数据 包作为第二数据包，将第一节点发送的会话数据包作为第一数据包。
在一些实施例中，发送节点与第二节点之间的进行数据传输时可以采用可 靠的传输机制，例如可以采用ARQ传输机制。
S206，根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包。
具体的，逻辑编码指的是对多于一个的数据包进行逻辑计算，例如异或计 算，得到逻辑计算后的数据包，即编码数据包。编码数据包可以理解为传输需 要的数据包的过程类数据包，第一节点和第二节点可以通过对应的逻辑计算得 到需要的数据包。
在一些实施例中，编码数据包可以为网络编码数据包(Network coded packet，NCP)，NCP为用于传输数据包的过程类数据包，可以通过相应操作来 得到接收节点需要的数据包。NCP是一种常见的提高系统吞吐量的有效方法，它 通过将多个通信设备的数据包组合成一个网络编码数据包来提高吞吐量。例如， 可以将第一常规数据包和第二常规数据包组合为一个网络编码数据包NCP。
S208，广播编码数据包；以指示第一节点根据编码数据包以及第一数据包 进行对应的逻辑计算，得到第二数据包，以及指示第二节点根据编码数据包以 及第二数据包进行对应的逻辑计算，得到第一数据包。
具体的，发送节点可以广播编码数据包，广播域中的内的通信设备可以接 收并解码编码数据包。当第一节点接收到编码数据时，可以根据编码数据包以 及第一数据包进行对应的逻辑计算，得到第二数据包。当第二节点接收到编码 数据时，可以根据编码数据包以及第二数据包进行对应的逻辑计算，得到第一 数据包。
在一些实施例中，第一节点和第二节点可以采用生成编码数据包所使用的 逻辑编码方法得到对应的数据包。例如，生成编码数据包采用为方法F，则第一 节点可以采用方法F得到第二数据包。
在一些实施例中，数据包中包括数据包类型标识，数据包类型标识用于标 识数据包对应的类型，数据包对应的类型可以包括常规数据包进而编码数据包。 第一节点可以根据获取数据包中的数据包类型标识，根据数据包类型标识判断 接收到的数据包为常规数据包还是编码数据包，若判断出得到的数据包为编码 数据包，则可以根据编码数据包以及第一数据包进行对应的逻辑计算，得到需 要的第二数据包。
上述基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输 方法中，通过获取第一节点发送的接收方为第二节点的第一数据包，以及获取 第二节点发送的接收方为第一节点的第二数据包，并根据第一数据包以及第二 数据包得到编码数据包，将得到的编码数据包进行广播，使得第一节点可以根 据第一数据包得到第二数据包，以及使得第二节点根据第二数据包得到第一数 据包，这样，广播编码数据包就可以使得第一节点以及第二节点得到对应的数 据包，而不需要分别对第一数据包以及第二数据包进行广播，因此，减少了数 据包传输的次数，从而提高了数据传输的有效性。
在一些实施例中，上述数据传输方法可以为网络编码自动重传(Network CodedAutomatic Repeat Request,NCed ARQ)传输机制。其中，NCed ARQ为 网络编码(NetworkCoding,NC)结合ARQ的传输机制。转发节点与第一节点和 第二节点之间进行数据传输时采用网络编码(Network Coding,NC)结合ARQ的 传输机制。
举例说明，如图2B所示，展示了在空间信息网络环境中双向中继传输场景 中应用NCed ARQ传输机制对应的网络编码双向中继(Network Coded Bidirectional Relaying,NCBR)传输流程示意图，图2B中灰色矩形框表示的 是解码常规数据包失败的情况，图中的“×”也用于表示解码常规数据包失败 的情况，白色矩形框表示的是解码常规数据包成功的情况。图中的卫星表示卫 星节点，UA表示地面节点A，UB表示地面节点B，表1为图2B中各个符号所表 示的含义。卫星节点可以对应转发节点，地面节点A可以对应第一节点，地面 节点B可以对应第二节点，数据包
Figure BDA0002269763650000091
对应第一数据包，数据包
Figure BDA0002269763650000092
对应第二 数据包，NCPu对应根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码得到的编码数 据包。
Figure BDA0002269763650000093
和
Figure BDA0002269763650000094
中的RP表示常规数据包，下标u表示数据包为下行数据包，S 表示卫星节点，
Figure BDA0002269763650000095
中的A表示地面节点A，
Figure BDA0002269763650000096
中的B表示地面节点B。
表1
Figure BDA0002269763650000097
从图2B可以看出，NCed ARQ的整个数据传输过程可以分为两个阶段，即第 一阶段和第二阶段。UA和UB通过卫星节点互相传输数据。在第一阶段即上行链 路传输，首先UA发送要传递给UB的数据包
Figure BDA0002269763650000098
给卫星，卫星成功解码之后会暂 时存储
Figure BDA0002269763650000099
并发送ACK，然后UB发送要传递给UA的数据包
Figure BDA00022697636500000910
卫星对
Figure BDA00022697636500000911
和
Figure BDA00022697636500000912
进行网络编码，得到对应的网络编码数据包，即
Figure BDA00022697636500000913
其中， 符号
Figure BDA00022697636500000914
为异或运算对应的数学运算符。第二个阶段是下行数据传输阶段，卫星 广播NCPu，接收端节点UA和UB分别接收NCPu。解码成功的节点将解码成功的网 络编数据包与自身前一阶段发送的数据包进行异或运算，即可得到目标为自身 的数据包。在NCBR传输机制下，点对点之间的传输采用的是ARQ机制，因此不 存在联合解码，但是也存在重传次数，只不过每次重传都是单次传输的数据进 行解码。
在一些实施例中，通过理论分析了NCed ARQ传输机制的吞吐量性能。具体 的，当数据包从地面节点A(第一节点)发送到卫星节点(转发节点)时，功率 增益应该使地面节点A(第一节点)能够将数据包发送到地面节点B(第二节点)， 因此，信息量应该大于整个链路中的传输速率。总的吞吐量TBR为
Figure BDA0002269763650000101
其中，T12表示地面节点A(第一节点)向 地面节点B(第二节点)传输数据时的吞吐量，T21表示地面节点B(第二节点) 向地面节点A(第一节点)传输数据时的吞吐量。RAB表示地面节点A(第一节 点)选择的带宽归一化信息速率，RBA表示地面节点B(第二节点)选择的带宽 归一化信息速率，QAB表示在地面节点A(第一节点)和地面节点B(第二节点) 之间进行中继时的解码失败概率，QBA表示在地面节点B(第二节点)和地面节 点A(第一节点)之间进行中继时解码失败概率。
在一些实施例中，上行链路和下行链路的传输条件是相同的。例如，在交 互式服务的场景中，基于信道的对称性，上行链路和下行链路的传输条件是相 同的，在两个地面节点(地面节点i和地面节点j)之间进行中继时解码失败概率 可以表示为Qij＝1-(1-QiS)(1-QSj)。因此，QAB可以表示为QAB＝1-(1-QAS)(1-QSB)。QBA可以表示为QBA＝1-(1-QBS)(1-QSA)。其中，QAS表示地面节点A(第一节点)与卫 星节点(转发节点)之间的上行链路对应的上行解码失败概率，QSA表示地面节 点A(第一节点)与卫星节点(转发节点)之间的下行链路对应的下行解码失败 概率，QBS表示表示地面节点B(第二节点)与卫星节点(转发节点)之间的上行链路对应的上行解码失败概率，QSB表示地面节点B(第二节点)与卫星节点 (转发节点)之间的下行链路对应的下行解码失败概率。由于ARQ传输机制的 无记忆特性，在ARQ传输机制中，解码失败概率等于在混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat reQuest,HARQ)机制中第一次传输的解码失败概率。
在一些实施例中，可以将HARQ机制对应的解码失败概率定义为 Qk＝P{ik≤R}，其中，Qk表示解码失败概率，ik表示先前k次传输的累积互信息 量。Qk＝P{ik≤R}表示当先前k次传输的累积互信息ik小于R时解码失败，其中， R是带宽归一化信息速率。将衰落信道的概率密度函数定义为fX(x)，则CC-HARQ (Chase-Combining HARQ，Chase合并混合自动重传请求)传输机制下对应的解 码失败概率可以表示为：
Figure BDA0002269763650000111
其中，
Figure BDA0002269763650000112
ik CC为CC-HARQ传输机制下第k次传输的累计互信息，xu表示第u次传输时接收器的SNR，xu为独立同分布的。Θ为解码阈值且Θ＝(eR-1)，
Figure BDA0002269763650000113
Figure BDA0002269763650000114
是fX(x)的k倍卷积。当没有传输时，即k＝0时，解码失败 概率为1，即Q0＝1。在HARQ的第k次传输过程中，先前k-1次发送的数据将与 第k次传输数据联合译码。
在一些实施例中，当传输次数具有上限K时，即截断-HARQ，接收成功之前 发送单个数据包所需的平均传输次数为：
Figure BDA0002269763650000115
其中，
Figure BDA0002269763650000116
与Q相同。 另外，吞吐量T可以表示为
Figure BDA0002269763650000117
能量效率(Energy efficiency,EE)ηEE可 以表示为
Figure BDA0002269763650000118
其中，RK＝R(1-QK)表示传输次数上限为K时的实际传 输的信息量，
Figure BDA0002269763650000119
是每次传输的平均SNR。
在一些实施例中，概率密度函fX(x)可以表示为：
Figure BDA00022697636500001110
其中，1F1(.,.,.)是合流超几何函数，
Figure BDA00022697636500001111
表示每次传输平均SNR。Ω、2b0和m≥ 0分别对应于LOS成分的平均功率、多径成分的平均功率和表征衰落严重程度的 参数。公式(2)为模拟星地链路衰落的阴影莱斯分布对应的概率密度函数。在 卫星通信系统中，由于卫星节点和地面节点之间的障碍和遮挡可能导致掩蔽效 应，使得LOS(Line of Sight，视距)通信难以维持，因此卫星地面链路通常 用复合衰落分布来建模，例如阴影莱斯分布。在这种信道环境中，散射信号和 直射信号都存在，并且直射信号满足随机的衰落模型。考虑到m是正整数的情 况，fX(x)也可以表示为
Figure BDA0002269763650000121
其中
Figure BDA0002269763650000122
Figure BDA0002269763650000123
公式中的
Figure BDA00022697636500001212
表示等于或者记作的意思。将公式(1) 中k赋值1可以得到HARQ机制中第一次传输的解码失败概率，即Q1。因此，QAS可以表示为
Figure BDA0002269763650000124
其中，
Figure BDA0002269763650000125
表示地 面节点A(第一节点)传给地面节点B(第二节点)的数据包的解码阈值，
Figure BDA0002269763650000126
表 示上行链路时的平均SNR，
Figure BDA0002269763650000127
是Laguerre多项式。QAS可以 表示为
Figure BDA0002269763650000128
其中，
Figure BDA0002269763650000129
表示地面节 点B(第二节点)传给地面节点A(第一节点)的数据包的解码阈值，
Figure BDA00022697636500001210
表示下 行链路时的平均SNR。由于Θ＝(eR-1)，RBA和RAB相同时，ΘBA和ΘAB相同。
在一些实施例中，NCed ARQ传输机制对应的吞吐量可以表示为：
Figure BDA00022697636500001211
具体的，可以根据上行解码失败概率QAS和下行解码失败概率QSB得到解码失败 概率QAB，根据上行解码失败概率QBS和下行解码失败概率QSA得到解码失败概率 QBA，根据解码失败概率QAB和解码失败概率QBA得到公式(3)。
在一些实施例中，通过仿真评估了NCed ARQ传输机制的吞吐量性能。仿真 中设带宽归一化信息速率R＝2nat/Hz/s，SNR设定为15dB。nat/Hz/s 中，nat(奈特)是一种信息量的单位，Hz为赫兹，s为秒。考虑到城市和严重 信道衰落的实际场景，其他参数如Ω，2b0和m分别设置为：Ω＝0.000897，b0＝0.063 和m＝1，用matlab得到的仿真结果如图4A和图4B所示。图4A和图4B分别为 不同情况下仿真NCed ARQ的吞吐量，从4A和图4B中可以明显看出，在任何情 况下，Pu＝2Pd的性能都优于Pu＝Pd的性能。这是因为上行链路发射功率的增加促进了系统的整体性能。从4A中可以看出当SNR趋于0时，吞吐量趋于0；由于 随着SNR的增大，平均传输次数趋于1，即只需要通过一次发送接收端来成功解 码数据，因此当SNR达到一定大小时，即如果在单次传输中传输的信息量足够， 则只需通过一次发送接收端来成功解码数据，此时的吞吐量将无限接近RK。
在SIN的NCBR模型下，卫星起到中继的作用。一般而言，地面节点和空间 节点的发射功率不同，由于卫星节点的能量限制，导致上行链路和下行链路的 传输不同，以地面节点为信息源的上行链路发射功率Pu是卫星的下行链路发射 功率Pd的两倍。
在一些实施例中，步骤S206即根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编 码，得到编码数据包，包括：根据第一数据包以及第二数据包进行异或计算， 得到编码数据包，以指示第一节点根据编码数据包以及第一数据包进行异或计 算，得到第二数据包，以及指示第二节点根据编码数据包以及第二数据包进行 异或计算，得到第一数据包。
具体的，异或(exclusive OR，XOR)是一个数学预算符，应用于逻辑运算， 异或的数学符号为
Figure BDA0002269763650000131
对于二进制0和1，异或的运算法则为：
Figure BDA0002269763650000132
Figure BDA0002269763650000133
则对于第一二进制数据0101和第二二进制数据0011，异或的 结果为二进制数据0110，将异或得到的二进制数据0110与第一二进制数据0101 进行异或，结果为第二二进制数据0011，将异或得到的二进制数据0110与第二 二进制数据0011进行异或，结果为第一二进制数据0101。因此根据第一数据包 以及第二数据包进行异或计算时，可以将第一数据包中的各个二进制字符与第 二数据包中的对应位置的二进制字符进行异或计算，得到编码数据包，将异或 得到的编码数据包与第二数据包进行异或，可以得到第一数据包，将异或得到 的编码数据包与第二数据包进行异或，可以得到第二数据包。举个实际的例子， 假设第一数据包为“0101”，第二数据包为“0011”，则编码数据包为“0110”。
上述本申请实施例中，转发节点采用异或的计算方法根据第一数据包以及 第二数据包得到编码数据包，使得第一节点可以采用异或的计算方法根据编码 数据包以及第一数据包，得到第二数据包，以及使得第二节点可以采用异或的 计算方法根据编码数据包以及第二数据包，得到第一数据包，计算方法简单， 计算速度快，减少了获取数据包的时间。
在一些实施例中，该方法还包括：存储第一数据包，计算存储第一数据包 的当前时长；当当前时长大于预设时长时，向第二节点发送第一数据包；当在 预设时长内接收到第二节点发送的第二发送请求时，执行根据第一数据包以及 第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包的步骤。
具体的，当前时长指的是到当前时间为止数据包对应的存储时间长度。预 设时长为预先设置的时长，具体可以根据需要设置，例如可以为2秒。转发节 点可以根据数据包对应的当前时长与预设时间的关系，进行不同的操作步骤。 即如果在预设间隔内接收到相互通信的节点分别发送的会话数据包时，则对接 收到的数据包进行逻辑编码，得到编码数据包，这样广播编码数据包就可以让 会话双方都接收到会话消息，减少了广播次数。而如果预设间隔内只接收到相 互通信的节点中的一个节点发送的会话数据包时，则直接发送会话数据包，以 使得另一个节点可以及时接收到会话数据包。
在一些实施例中，转发节点将第一数据包进行存储，并将开始存储第一数 据包的时间点进行记录，转发节点可以获取开始存储第一数据包的时间点，计 算当前时间以及该时间点的时间差，得到第一数据包的当前时长。
在一些实施例中，转发节点接收到第一数据包时，可以选择将第一数据包 转发给第二节点，也可以选择将第一数据包进行暂存预设时长，当在预设时长 内，接收到第二节点发送的第二数据包时，可以根据第一数据包以及第二数据 包，生成编码数据包，将编码数据包进行广播。当在预设时长内没有得到第二 数据包，则可以选择将第一数据包发送给第二节点，转发节点可以采用广播的 形式发送第一数据包。
上述本申请实施例中，通过计算存储第一数据包的当前时长，可以在当前 前时长大于预设时长时，向第二节点发送第一数据包，从而避免了长时间的等 待造成的时间浪费，当在预设时长内接收到第二节点发送的第二发送请求时， 根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包，广播该编码 数据包，从而可以广播一个数据包就可以使得第一节点以及第二节点得到需要 的数据包，减少了数据包的发送次数，提高了数据传输的有效性。
在一些实施例中，如图3所示，该方法还包括：
S302，获取能量效率对应的能量效率最优化计算算法，能量效率最优化计 算算法中的能量效率是根据解码失败概率以及数据包对应的传输通道的平均信 噪比得到的，解码失败概率包括上行解码失败概率以及下行解码失败概率，平 均信噪比包括上行平均信噪比以及下行平均信噪比。
具体的，上行解码失败概率为上行链路对应的解码失败概率，上行链路指 第一节点以及第二节点发送数据包给转发节点的链路。下行解码失败概率为下 行链路对应的解码失败概率，下行链路指由转发节点发送数据包给第一节点以 及第二节点的链路。上行平均信噪比为上行链路对应的平均信噪比，下行平均 信噪比为下行链路对应的平均信噪比。
在一些实施例中，能量效率
Figure BDA0002269763650000151
其中，ηEE表示能量效率，T表示吞吐 量。在NCed ARQ传输机制中，可以根据吞吐量TBR得到对应的能量效率
Figure BDA0002269763650000152
在一些实施例中，能量效率最优化计算算法中的能量效率是根据解码失败 概率以及数据包对应的传输通道的平均信噪比得到的，例如，在NCed ARQ传输 机制中，能量效率最优化计算算法为
Figure BDA0002269763650000153
S304，获取能量效率最优化计算算法对应的约束条件，约束条件包括上行 发射功率小于等于预设发射功率，下行发射功率小于等于上行发射功率以及解 码失败概率小于等于预设解码失败概率。
具体的，预设发射功率可以是最大发射功率，预设解码失败概率可以为解 码失败概率下界，上行发射功率小于等于预设发射功率对应的约束条件可以表 示为Pu≤PMAX，其中Pu表示上行链路发射功率，PMAX表示最大发射功率，下行发 射功率小于等于上行发射功率对应的约束条件可以表示为Pd≤Pu，其中，Pd下行 链路发射功率。
在一些实施例中，能量效率最大化计算算法对应的约束条件为QoS(Quality ofService，服务质量)限制条件。
在一些实施例中，解码失败概率小于等于预设解码失败概率包括上行解码 失败概率小于等于预设解码失败概率以及下行解码失败概率小于等于预设解码 失败概率。上行解码失败概率小于等于预设解码失败概率对应的约束条件可以 表示为QAS≤Qout，其中，QAS表示上行解码失败概率，Qout表示解码失败概率下界。 下行解码失败概率小于等于预设解码失败概率对应的约束条件可以表示为QSB≤Qout，其中，QSB表示下行解码失败概率。
S306，利用能量效率最优化计算算法，根据解码失败概率以及平均信噪比， 计算得到在满足约束条件的情况下，能量效率最大时，对应的目标平均信噪比。
具体的，目标平均信噪比为能量效率最大时对应的平均信噪比。
在一些实施例中，根据能量效率最优化计算算法以及对应的约束条件，得 到具有约束条件的能量效率最优化计算算法，如公式(4)所示：
Figure BDA0002269763650000161
其中，s.t.(subject to)为受约束的意思。
在一些实施例中，可以将具有约束条件的能量效率最优化计算算法的分式 问题转化为非分式问题。例如，公式(4)中具有分式，可以通过Dinkelbach (丁克尔巴赫)算法将公式(4)的分式问题转化为公式(5)的非分式问题， 公式(5)如下所示：
Figure BDA0002269763650000162
其中，
Figure BDA0002269763650000163
S2代表
Figure BDA0002269763650000164
的可行区域,
Figure BDA0002269763650000165
的可行域指的是满足公式(5)中不 等式约束条件的
Figure BDA00022697636500001614
的取值区域。λ＝EE，约束条件化为
Figure BDA0002269763650000166
Figure BDA0002269763650000167
其中，
Figure BDA0002269763650000168
表示最大平均信噪比，
Figure BDA0002269763650000169
表示最小平均信噪比。
在一些实施例中，我们可以通过内点法和拟牛顿法来对具有约束条件的能 量效率最优化计算算法进行求解。其中拟牛顿法例如可以是BFGS法(BFGS method)。例如，我们可以通过内点法和BFGS法来求解公式(5)的问题。通 过内点法和BFGS法来求解公式(5)的问题的步骤如下所示：
步骤1，初始化误差容忍参数ε＞0，
Figure BDA00022697636500001610
t＝t(0)＞0，μ＞1，m＝4；
步骤2，重复步骤2a到步骤2c，直到m/t＜ε，步骤2a到步骤2c如下：
步骤2a，
Figure BDA00022697636500001611
通过BFGS方法求解，从
Figure BDA00022697636500001612
开始迭代， 其中，
Figure BDA00022697636500001613
为惩罚函数，在惩罚函数中可以定义
Figure BDA0002269763650000171
Figure BDA0002269763650000172
用于求使得
Figure BDA0002269763650000173
取得最大值所对应的变量点
Figure BDA0002269763650000174
步骤2b，更新
Figure BDA0002269763650000175
步骤2c，增加t，t:＝μt；其中t:＝μt可以理解为将用μt表示t。
步骤3，返回值
Figure BDA0002269763650000176
在一些实施例中，可以采用Dinkelbach算法得到目标信噪比。采用 Dinkelbach算法得到目标信噪比的步骤，例如可以是：
步骤1，初始化SNR，即
Figure BDA0002269763650000177
SNR的最大值，即
Figure BDA0002269763650000178
SNR的最小值，即
Figure BDA0002269763650000179
步骤2，初始化k＝0，误差容忍参数ε＞0，
Figure BDA00022697636500001710
步骤3，重复步骤3a到步骤3d，直到|ee(λk)|＜ε，步骤a到步骤d如下所示：
步骤3a，
Figure BDA00022697636500001711
通过内点法求解；
步骤3b，
Figure BDA00022697636500001712
步骤3c，k＝k+1；
步骤3d，
Figure BDA00022697636500001713
步骤4，返回值
Figure BDA00022697636500001714
λ(k+1)。其中，返回值
Figure BDA00022697636500001715
为使能量效率最大化的最优 SNR，该最优SNR可以用
Figure BDA00022697636500001716
表示，λ(k+1)为最大能量效率，最大能量效率可以用λ*表示。
如图4C所示，使用用Dinkelbach算法找到没有任何约束的EE的全局最优 值，图4C中，优化问题(15)对应的是公式(4)，全局最优点
Figure BDA00022697636500001717
Figure BDA00022697636500001718
EE*＝0.001228bits(比特)/Joule(焦耳)；可以设定 不同的
Figure BDA00022697636500001719
约束，固定
Figure BDA00022697636500001720
因此可以在不同条件下得到EE的最大值，图 4C表明由于低信噪比区域的能量效率差，
Figure BDA00022697636500001721
和
Figure BDA00022697636500001722
不应设置得太小，而在中高信 噪比条件下，当
Figure BDA00022697636500001723
近似等于
Figure BDA00022697636500001724
时，能量效率EE达到最大值。
S308，根据目标平均信噪比调整传输通道。
具体的，可以根据目标信噪比调整发射功率，从而使得传输通道中的信噪 比达到目标信噪比。
上述本申请实施例中，获取能量效率对应的能量效率最优化计算算法和对 应的约束条件，得到满足约束条件的情况下，能量效率最大时，对应的信噪比， 从而可以通过控制信噪比来使能量效率最大化。并且采用形式简单、运算简便 的矩阵指数分布形式简化推导式的结果，以及用Dinkelbach算法求解出最优解。
在一些实施例中，如图5所示，该方法还包括：
S502，获取瞬时信噪比序列。
具体的，瞬时信噪比序列指的是由瞬时信噪比组成的序列。即瞬时信噪比 序列是指各个时刻的信噪比按照时间顺序依次组成的序列。
S504，获取瞬时信噪比对应的初始概率密度函数，对初始概率密度函数进 行拉普拉斯变换，得到目标概率密度函数。
具体的，目标概率密度函数指的对初始概率密度函数进行拉普拉斯变换后 的函数。例如，若瞬时信噪比对应的初始概率密度函数为fX(x)，其中x为瞬时 信噪比，则目标概率密度函数为
Figure BDA0002269763650000181
其中，F(s)表示fX(x)的拉普 拉斯变换。
S506，根据目标概率密度函数以及瞬时信噪比序列计算得到解码失败概率。
具体的，瞬时信噪比序列是指各个时刻的信噪比按照时间顺序依次组成的 序列，根据目标概率密度函数以及瞬时信噪比序列进行积分运算，得到解码失 败概率。根据公式(1)可知
Figure BDA0002269763650000182
将目标概率密度函数为
Figure BDA0002269763650000183
应用到公式(4)中，可以得到解码失败概率
Figure BDA0002269763650000184
上述本申请实施例中，获取瞬时信噪比对应的初始概率密度函数，对初始 概率密度函数进行拉普拉斯变换，得到目标概率密度函数，根据目标概率密度 函数以及瞬时信噪比序列计算得到解码失败概率，而不是直接使用初始概率密 度函数，从而简化了解码失败概率的计算方法。
在一些实施例中，如图6所示，提供了一种数据传输方法，可以是基于空 间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输方法，以该方法 应用于图1中的第一节点104a为例进行说明，包括以下步骤：
S602，向转发节点发送第一发送请求，第一发送请求携带第一数据包，第 一数据包的接收方为第二节点。
具体的，第一节点与第二节点之间进行数据传输时，可以将转发节点作为 中继，第一节点可以通过向转发节点发送携带第一数据包的第一发送请求，将 第一数据包发送给转发节点，转发节点可以获取第一数据包。
S604，接收转发节点发送的编码数据包，编码数据包是根据第一数据包以 及第二数据包进行逻辑编码得到的，第二数据包的发送方为第二节点，第二数 据包的接收方为第一节点。
在一些实施例中，第二节点将发送给第一节点的第二数据包发送给转发节 点，转发节点根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包。
在一些实施例中，第二节点向转发节点发送携带第二数据包的数据包接收 请求，转发节点可以根据数据包接收请求获取第二数据包。
在一些实施例中，第一节点判断接收到的数据包的类型为常规数据包还是 编码数据包，若判断出得到的数据包为编码数据包，则可以根据编码数据包以 及第一数据包进行对应的逻辑计算，得到需要的第二数据包，若判断出得到的 数据包为编码数据包为常规数据包，则可以直接解码以得到需要的第二数据包。
S606，根据编码数据包以及第一数据包进行对应的逻辑计算，得到第二数 据包。
在一些实施例中，编码数据包是根据第一数据包以及第二数据包进行异或 计算得到的，第一节点可以根据编码数据包以及第一数据包进行异或计算，得 到第二数据包，第二节点可以根据编码数据包以及第二数据包进行异或计算， 得到第一数据包。
上述基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输 方法中，第一节点向转发节点发送携带第一数据包的第一发送请求，并接收发 送节点根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码得到的编码数据包，从而 可以根据接收到的编码数据包和第一数据包得到需要的第二数据包。从而，第 一节点除了采用直接获取第二数据包的方式外，还可以通过编码数据包获取第 二数据包，增加了数据包获取的灵活性。
应该理解的是，虽然上述各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示 依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文 中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其 它的顺序执行。而且，上述各实施例的流程图中的至少一部分步骤可以包括多 个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成， 而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次 进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流 或者交替地执行。
在一些实施例中，如图7所示，提供了一种基于空间信息网的高能效网络 编码ARQ双向中继传输机制的数据传输装置，包括：第一发送请求接收模块702、 第二发送请求接收模块704、编码数据包得到模块706和编码数据包广播模块 708，其中：第一发送请求接收模块702，用于接收第一节点发送的第一发送请 求，第一发送请求携带第一数据包，第一数据包的接收方为第二节点。第二发 送请求接收模块704，用于接收第二节点发送的第二发送请求，第二发送请求携 带第二数据包，第二数据包的接收方为第一节点。编码数据包得到模块706，用 于根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包。编码数据包广播模块708，用于广播编码数据包；以指示第一节点根据编码数据包以及第 一数据包进行对应的逻辑计算，得到第二数据包，以及指示第二节点根据编码 数据包以及第二数据包进行对应的逻辑计算，得到第一数据包。
在一些实施例中，编码数据包得到模块706还用于根据第一数据包以及第 二数据包进行异或计算，得到编码数据包，以指示第一节点根据编码数据包以 及第一数据包进行异或计算，得到第二数据包，以及指示第二节点根据编码数 据包以及第二数据包进行异或计算，得到第一数据包。
在一些实施例中，该装置还用于存储第一数据包，计算存储第一数据包的 当前时长；当当前时长大于预设时长时，向第二节点发送第一数据包；当在预 设时长内接收到第二节点发送的第二发送请求时，执行根据第一数据包以及第 二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包的步骤。
在一些实施例中，该装置还包括：能量效率最优化计算算法获取模块，用 于获取能量效率对应的能量效率最优化计算算法，能量效率最优化计算算法中 的能量效率是根据解码失败概率以及数据包对应的传输通道的平均信噪比得到 的，解码失败概率包括上行解码失败概率以及下行解码失败概率，平均信噪比 包括上行平均信噪比以及下行平均信噪比。约束条件获取模块，用于获取能量 效率最优化计算算法对应的约束条件，约束条件包括上行发射功率小于等于预 设发射功率，下行发射功率小于等于上行发射功率以及解码失败概率小于等于 预设解码失败概率。目标平均信噪比得到模块，用于利用能量效率最优化计算 算法，根据解码失败概率以及平均信噪比，计算得到在满足约束条件的情况下， 能量效率最大时，对应的目标平均信噪比。传输通道调整模块，用于根据目标 平均信噪比调整传输通道。
在一些实施例中，该装置还包括：信噪比序列获取模块，用于获取瞬时信 噪比序列。目标概率密度函数得到模块，用于获取瞬时信噪比对应的初始概率 密度函数，对初始概率密度函数进行拉普拉斯变换，得到目标概率密度函数。 解码失败概率得到模块，用于根据目标概率密度函数以及瞬时信噪比序列计算 得到解码失败概率。
在一些实施例中，如图8所示，提供了一种基于空间信息网的高能效网络 编码ARQ双向中继传输机制的数据传输装置，包括：第一发送请求发送模块802、 编码数据包接收模块804和第二数据包得到模块806，其中：第一发送请求发送 模块802，用于向转发节点发送第一发送请求，第一发送请求携带第一数据包， 第一数据包的接收方为第二节点。编码数据包接收模块804，用于接收转发节点 发送的编码数据包，编码数据包是根据第一数据包以及第二数据包进行逻辑编 码得到的，第二数据包的发送方为第二节点，第二数据包的接收方为第一节点。 第二数据包得到模块806，用于根据编码数据包以及第一数据包进行对应的逻辑 计算，得到第二数据包。
关于数据传输装置的具体限定可以参见上文中对于数据传输方法的限定， 在此不再赘述。上述数据传输装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件 及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于通信设备中的处理 器中，也可以以软件形式存储于通信设备中的存储器中，以便于处理器调用执 行以上各个模块对应的操作。
在一些实施例中，提供了一种通信设备，该通信设备可以是转发节点，例 如可以是卫星，其内部结构图可以如图9所示。该通信设备包括通过系统总线 连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该通信设备的处理器用于提供计算 和控制能力。该通信设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易 失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质 中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该通信设备的网络接口用于与外 部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种数据传 输方法。
在一些实施例中，提供了一种通信设备，该通信设备可以是第一节点和第 二节点，例如可以是终端设备，其内部结构图可以如图10所示。该通信设备包 括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中， 该通信设备的处理器用于提供计算和控制能力。该通信设备的存储器包括非易 失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。 该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。 该通信设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被 处理器执行时以实现一种数据传输方法。该通信设备的显示屏可以是液晶显示 屏或者电子墨水显示屏，该通信设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层， 也可以是通信设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、 触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图9和图10中示出的结构，仅仅是与本申请方 案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的通信设备的 限定，具体的通信设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些 部件，或者具有不同的部件布置。
在一些实施例中，提供了一种通信设备，包括存储器、处理器及存储在存 储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述 数据传输方法的步骤。
在一些实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程 序，计算机程序被处理器执行时实现上述数据传输方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程， 是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于 一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述 各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、 存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。 非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM (EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机 存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、 双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink) DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线 动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述 实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特 征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权 利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输方法，所述方法包括：
接收第一节点发送的第一发送请求，所述第一发送请求携带第一数据包，所述第一数据包的接收方为第二节点；存储所述第一数据包；
当在预设时长内，接收到所述第二节点发送的第二发送请求时，所述第二发送请求携带第二数据包，所述第二数据包的接收方为所述第一节点；
根据所述第一数据包以及所述第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包；
广播所述编码数据包；
以指示所述第一节点根据所述编码数据包以及所述第一数据包进行对应的逻辑计算，得到所述第二数据包，以及指示所述第二节点根据所述编码数据包以及所述第二数据包进行对应的逻辑计算，得到所述第一数据包；
计算存储所述第一数据包的当前时长，当所述当前时长大于所述预设时长时，向所述第二节点发送所述第一数据包；
获取能量效率对应的能量效率最优化计算算法，所述能量效率最优化计算算法中的能量效率是根据解码失败概率以及数据包对应的传输通道的平均信噪比得到的，所述解码失败概率包括上行解码失败概率以及下行解码失败概率，所述平均信噪比包括上行平均信噪比以及下行平均信噪比；
获取所述能量效率最优化计算算法对应的约束条件，所述约束条件包括上行发射功率小于等于预设发射功率，下行发射功率小于等于所述上行发射功率以及所述解码失败概率小于等于预设解码失败概率；所述解码失败概率小于等于预设解码失败概率包括：所述上行解码失败概率小于等于所述预设解码失败概率以及所述下行解码失败概率小于等于所述预设解码失败概率；
利用所述能量效率最优化计算算法，根据所述解码失败概率以及所述平均信噪比，计算得到在满足所述约束条件的情况下，能量效率最大时，对应的目标平均信噪比；
根据所述目标平均信噪比调整所述传输通道，以使得所述传输通道中的信噪比达到所述目标平均信噪比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一数据包以及所述第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包，包括：
根据所述第一数据包以及所述第二数据包进行异或计算，得到编码数据包，以指示所述第一节点根据所述编码数据包以及所述第一数据包进行异或计算，得到所述第二数据包，以及指示所述第二节点根据所述编码数据包以及所述第二数据包进行异或计算，得到所述第一数据包。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算存储所述第一数据包的当前时长包括：
将开始存储所述第一数据包的时间点进行记录，计算当前时间与所述时间点之间的时间差，得到存储所述第一数据包的当前时长。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标平均信噪比调整所述传输通道，以使得所述传输通道中的信噪比达到所述目标平均信噪比包括：
根据所述目标平均信噪比调整发射功率，以使得所述传输通道中的信噪比达到所述目标平均信噪比。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取瞬时信噪比序列；
获取瞬时信噪比对应的初始概率密度函数，对所述初始概率密度函数进行拉普拉斯变换，得到目标概率密度函数；
根据所述目标概率密度函数以及所述瞬时信噪比序列计算得到所述解码失败概率。
6.一种基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输方法，由第一节点执行，所述方法包括：
向转发节点发送第一发送请求，所述第一发送请求携带第一数据包，所述第一数据包的接收方为第二节点；
接收转发节点发送的编码数据包，所述编码数据包是所述转发节点在预设时长内，接收到所述第二节点发送的携带第二数据包的第二发送请求时，根据所述第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码得到的，所述第二数据包的接收方为所述第一节点；
根据所述编码数据包以及所述第一数据包进行对应的逻辑计算，得到所述第二数据包；
接收所述转发节点发送的所述第一数据包，所述第一数据包是在当前时长大于所述预设时长时，所述转发节点发送至所述第一节点的；所述当前时长为所述转发节点存储所述第一数据包的时长；
所述转发节点与所述第一节点以及第二节点之间通过传输通道进行数据传输；调整所述传输通道的步骤包括：
获取能量效率对应的能量效率最优化计算算法，所述能量效率最优化计算算法中的能量效率是根据解码失败概率以及数据包对应的传输通道的平均信噪比得到的，所述解码失败概率包括上行解码失败概率以及下行解码失败概率，所述平均信噪比包括上行平均信噪比以及下行平均信噪比；获取所述能量效率最优化计算算法对应的约束条件，所述约束条件包括上行发射功率小于等于预设发射功率，下行发射功率小于等于所述上行发射功率以及所述解码失败概率小于等于预设解码失败概率；所述解码失败概率小于等于预设解码失败概率包括：所述上行解码失败概率小于等于所述预设解码失败概率以及所述下行解码失败概率小于等于所述预设解码失败概率；
利用所述能量效率最优化计算算法，根据所述解码失败概率以及所述平均信噪比，计算得到在满足所述约束条件的情况下，能量效率最大时，对应的目标平均信噪比；
根据所述目标平均信噪比调整所述传输通道，以使得所述传输通道中的信噪比达到所述目标平均信噪比。
7.一种基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输装置，其特征在于，所述装置包括：
第一发送请求接收模块，用于接收第一节点发送的第一发送请求，所述第一发送请求携带第一数据包，所述第一数据包的接收方为第二节点；存储所述第一数据包；
第二发送请求接收模块，用于当在预设时长内，接收到所述第二节点发送的第二发送请求时，所述第二发送请求携带第二数据包，所述第二数据包的接收方为所述第一节点；
编码数据包得到模块，用于根据所述第一数据包以及所述第二数据包进行逻辑编码，得到编码数据包；
编码数据包广播模块，用于广播所述编码数据包；以指示所述第一节点根据所述编码数据包以及所述第一数据包进行对应的逻辑计算，得到所述第二数据包，以及指示所述第二节点根据所述编码数据包以及所述第二数据包进行对应的逻辑计算，得到所述第一数据包；
所述装置还用于：
计算存储所述第一数据包的当前时长，当所述当前时长大于所述预设时长时，向所述第二节点发送所述第一数据包；
获取能量效率对应的能量效率最优化计算算法，所述能量效率最优化计算算法中的能量效率是根据解码失败概率以及数据包对应的传输通道的平均信噪比得到的，所述解码失败概率包括上行解码失败概率以及下行解码失败概率，所述平均信噪比包括上行平均信噪比以及下行平均信噪比；获取所述能量效率最优化计算算法对应的约束条件，所述约束条件包括上行发射功率小于等于预设发射功率，下行发射功率小于等于所述上行发射功率以及所述解码失败概率小于等于预设解码失败概率；所述解码失败概率小于等于预设解码失败概率包括：所述上行解码失败概率小于等于所述预设解码失败概率以及所述下行解码失败概率小于等于所述预设解码失败概率；
利用所述能量效率最优化计算算法，根据所述解码失败概率以及所述平均信噪比，计算得到在满足所述约束条件的情况下，能量效率最大时，对应的目标平均信噪比；
根据所述目标平均信噪比调整所述传输通道，以使得所述传输通道中的信噪比达到所述目标平均信噪比。
8.一种基于空间信息网的高能效网络编码ARQ双向中继传输机制的数据传输装置，其特征在于，所述装置包括：
第一发送请求发送模块，用于向转发节点发送第一发送请求，所述第一发送请求携带第一数据包，所述第一数据包的接收方为第二节点；
编码数据包接收模块，用于接收转发节点发送的编码数据包，所述编码数据包是所述转发节点在预设时长内，接收到所述第二节点发送的携带第二数据包的第二发送请求时，根据所述第一数据包以及第二数据包进行逻辑编码得到的，所述第二数据包的接收方为第一节点；
第二数据包得到模块，用于根据所述编码数据包以及所述第一数据包进行对应的逻辑计算，得到所述第二数据包；
所述装置还用于：接收所述转发节点发送的所述第一数据包，所述第一数据包是在当前时长大于所述预设时长时，所述转发节点发送至所述第一节点的；所述当前时长为所述转发节点存储所述第一数据包的时长；
所述转发节点与所述第一节点以及第二节点之间通过传输通道进行数据传输；所述传输通道通过传输通道调整模块调整；所述传输通道调整模块用于：
获取能量效率对应的能量效率最优化计算算法，所述能量效率最优化计算算法中的能量效率是根据解码失败概率以及数据包对应的传输通道的平均信噪比得到的，所述解码失败概率包括上行解码失败概率以及下行解码失败概率，所述平均信噪比包括上行平均信噪比以及下行平均信噪比；
获取所述能量效率最优化计算算法对应的约束条件，所述约束条件包括上行发射功率小于等于预设发射功率，下行发射功率小于等于所述上行发射功率以及所述解码失败概率小于等于预设解码失败概率；所述解码失败概率小于等于预设解码失败概率包括：所述上行解码失败概率小于等于所述预设解码失败概率以及所述下行解码失败概率小于等于所述预设解码失败概率；
利用所述能量效率最优化计算算法，根据所述解码失败概率以及所述平均信噪比，计算得到在满足所述约束条件的情况下，能量效率最大时，对应的目标平均信噪比；
根据所述目标平均信噪比调整所述传输通道，以使得所述传输通道中的信噪比达到所述目标平均信噪比。
9.一种通信设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111447620B (zh) * 2020-03-19 2022-05-17 重庆邮电大学 一种毫米波异构网络资源分配联合优化方法
CN113595678B (zh) * 2020-04-30 2022-11-08 华为技术有限公司 网络编码方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011050301A2 (en) * 2009-10-22 2011-04-28 Interdigital Patent Holdings, Inc. Method and apparatus for a two-way relaying scheme with physical layer network coding
CN102844997A (zh) * 2011-04-20 2012-12-26 华为技术有限公司 用于双向中继系统的通信方法和装置及系统
CN102892142A (zh) * 2012-08-31 2013-01-23 宋清洋 自适应选择中继方案的中继传输系统及方法
CN103095439A (zh) * 2013-01-10 2013-05-08 周亚建 基于网络编码的双向协作中继传输数据的方法和设备
CN110191489A (zh) * 2019-05-17 2019-08-30 北京科技大学 一种超密集网络中基于强化学习的资源分配方法及装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010053286A2 (en) * 2008-11-05 2010-05-14 Lg Electronics Inc. Relay frame structure for supporting transparent and bidirectional relays
CN104009830B (zh) * 2014-06-18 2018-02-02 中国人民解放军理工大学 基于有限集合网络编码arq的大规模接收端数据广播方法
EP3335345B1 (en) * 2015-11-23 2021-05-26 Ozyegin Universitesi Random network coding in orthogonal frequency division multiple access (ofdma) networks using control signaling

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011050301A2 (en) * 2009-10-22 2011-04-28 Interdigital Patent Holdings, Inc. Method and apparatus for a two-way relaying scheme with physical layer network coding
CN102844997A (zh) * 2011-04-20 2012-12-26 华为技术有限公司 用于双向中继系统的通信方法和装置及系统
CN102892142A (zh) * 2012-08-31 2013-01-23 宋清洋 自适应选择中继方案的中继传输系统及方法
CN103095439A (zh) * 2013-01-10 2013-05-08 周亚建 基于网络编码的双向协作中继传输数据的方法和设备
CN110191489A (zh) * 2019-05-17 2019-08-30 北京科技大学 一种超密集网络中基于强化学习的资源分配方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Design and Analysis of Bidirectional Relaying NCed-HARQ Transmission Scheme for S-IoT;Zilin Ni,Jian Jiao,Xiaoxin LI,Shaohua Wu,Ye Wang,Qinyu Zhang;《IEEE》;20191003;第781页 *

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