CN115225208A - 一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法 - Google Patents

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CN115225208A CN202211134232.7A CN202211134232A CN115225208A CN 115225208 A CN115225208 A CN 115225208A CN 202211134232 A CN202211134232 A CN 202211134232A CN 115225208 A CN115225208 A CN 115225208A
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Abstract

本发明属于无线通信的技术领域，公开了一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，包括：基于增强型中继建立分布式网络通信系统和所述系统的编码传输过程；分析信源的译码失败概率，得到译码性能的理论表达式；对信源节点和中继节点的度分布进行联合迭代优化。本发明提出一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，在分布式网络中单个固定中继因覆盖不足或信道条件较差时，通过增强型中继的补充，对链路条件较差的信源实现增强接入，扩大网络覆盖范围，提高通信质量；该方案以编码码率最大化为目标，对信源节点和中继节点的度分布进行联合迭代优化，有效地提高系统容量，降低编码开销，并提高系统的通信可靠性。

Description

一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法
技术领域
本发明涉及通信的技术领域，尤其涉及一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法。
背景技术
多信源单中继网络是常见的典型网络类型，一般由多个信源节点、单个中继节点和单个目的节点组成，也被称为分布式网络。各信源节点接入到共同的中继节点，通过其与目的节点之间进行通信。分布式网络的喷泉编码可以用两层喷泉码的级联来表示，首先，各信源节点根据度分布函数对各自原始信息进行第一层喷泉编码，然后发送至中继节点；然后，中继节点利用网络编码的思想，对来自各信源的编码符号进行第二层喷泉编码并发送至目的节点，而不是简单的放大转发处理；最后，在目的节点处，其接收到的编码符号的总体度分布可以视为两层喷泉编码度分布的复合函数，当该度分布经过精心设计时，就可以保证目的节点能够采用置信传播算法进行高效译码。
上述分布式网络要求所有信源节点接入同一个中继节点，但当部分信源与中继之间出现障碍物遮挡，或者发生突发事件使其链路发生一定程度的破坏时，该部分信源-中继链路的信道条件会急剧变差，对应的删除信道模型中删除概率会增大，甚至出现连接中断。此时，传统的分布式网络已无法实现稳定有效的信息传输。
因此，本发明提出了一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，在分布式网络中引入增强型中继，当部分信源的链路条件较差时，对该部分信源实现增强接入，从而扩大中继覆盖范围，提高分布式网络的传输效率和可靠性。
发明内容
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：传统分布式网络无法实现稳定有效的信息传输的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，包括：
基于增强型中继建立分布式网络通信系统和所述系统的编码传输过程；
所述传输过程包括，信源节点对原始信息进行喷泉编码发送至中继节点，中继节点对收到的编码符号进行再次编码并发送至目的节点，目的节点对收到的编码符号进行译码，译码成功后结束编码传输过程；
分析信源的译码失败概率，得到译码性能的理论表达式；
对信源节点和中继节点的度分布进行联合迭代优化。
作为本发明所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其中： 所述 通信系统包括：n个信源节点
Figure 475125DEST_PATH_IMAGE001
、一个固定中继节点R1、一个增强型中继节点R2 和一个目的节点D。
作为本发明所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其中：所述编码传输过程，包括：
信源节点
Figure 392265DEST_PATH_IMAGE002
对长度为Ki的原始信息进行喷泉编码，生成相同长度的 编码符号，所有信源的编码符号发送至中继节点R1，其中t个信源
Figure 172002DEST_PATH_IMAGE003
的编码符号发送至增强型中继节点R2。
作为本发明所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其中：所述编码传输过程，包括：
中继节点R1接收到来自信源
Figure 504894DEST_PATH_IMAGE004
的编码符号并对其进行再次编码，中继 节点R2接收到来自信源
Figure 319267DEST_PATH_IMAGE005
的编码符号并对其进行再次编码，所有再编码 符号发送至目的节点D。
作为本发明所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其中：所述编码传输过程，还包括：
目的节点D接收到来自中继节点R1和R2的编码符号，采用置信传播算法进行译码，译码成功后反馈确认信息以停止以上传输过程。
作为本发明所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其中：所述通信系统中各信源采用不同的喷泉码度分布函数，可以适用于信源之间存在差异性的异构网络，通过设置不同的度分布参数，获得不同的译码性能，从而为各信源提供不等错误保护能力，包括：
信源
Figure 141729DEST_PATH_IMAGE006
的度分布为
Figure 408763DEST_PATH_IMAGE007
，中继R1和R2的度分布分别为
Figure 296078DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 964957DEST_PATH_IMAGE009
；
目的节点D接收到的编码符号有两种，一种是来自中继R1的编码符号，另一种是来自中继R2的编码符号，其接收到的两种编码符号所服从的度分布为总体度分布；
目的节点D的总体度分布，包括：只接入中继R1的信源
Figure 958321DEST_PATH_IMAGE010
，其总 体度分布表示为：
Figure 650333DEST_PATH_IMAGE011
其中，xi和x都表示度分布函数的自变量，由于各信源的度分布函数不同，因此加下标序号区分下标，i表示同时接入中继R1和R2的部分信源节点的序号，取值为n-t+1,n-t+2,…,n ，j表示信源节点的序号，取值为1,2,…,n；
同时接入中继R1和R2的信源
Figure 387345DEST_PATH_IMAGE012
，其总体度分布表示为：
Figure 910730DEST_PATH_IMAGE013
其中，u表示同时接入中继R1和R2的部分信源节点的序号，取值为n-t+1,n-t+2,…,n。
作为本发明所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其中：分析信源的译码失败概率，包括：
采用与或树分析方法，得到目的节点D处的渐近译码性能，经过l次译码迭代后，来 自信源
Figure 340575DEST_PATH_IMAGE014
的原始信息符号译码失败的概率为：
Figure 582200DEST_PATH_IMAGE015
其中，yj，l-1为经过l-1次译码迭代后的失败概率；
经过l次译码迭代后，来自信源
Figure 44274DEST_PATH_IMAGE016
的原始信息符号译码失 败的概率为：
Figure 687745DEST_PATH_IMAGE017
其中，信源节点
Figure 22912DEST_PATH_IMAGE018
的边角度输出度分布为
Figure 751833DEST_PATH_IMAGE019
，中继节 点
Figure 768331DEST_PATH_IMAGE020
的输出边分布为
Figure 266308DEST_PATH_IMAGE021
，目的节点处的总体输出边分布为
Figure 37955DEST_PATH_IMAGE022
，输出平均度数为
Figure 988594DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 580022DEST_PATH_IMAGE024
表示求
Figure 932506DEST_PATH_IMAGE025
对
Figure 875054DEST_PATH_IMAGE026
的偏导 数，
Figure 250672DEST_PATH_IMAGE027
表示
Figure 671289DEST_PATH_IMAGE028
对
Figure 143859DEST_PATH_IMAGE029
的偏导数在
Figure 257308DEST_PATH_IMAGE030
处的值，输入平均度数为
Figure 369490DEST_PATH_IMAGE031
，信源Si的编码开销为εi，
Figure 593798DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 655295DEST_PATH_IMAGE033
为中继度分布目标函数自变量 为1时的中继度分布的导数。
作为本发明所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其中：中继 度分布
Figure 939645DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 289855DEST_PATH_IMAGE035
设计的优化方程表示为：
Figure 317854DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 499437DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 689110DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 277348DEST_PATH_IMAGE039
为区 间
Figure 843459DEST_PATH_IMAGE040
的个等分点且满足
Figure 145127DEST_PATH_IMAGE041
，δ为优化后允许的 最大译码错误概率，d表示中继R1编码符号的度数，b表示中继R2编码符号的度数，ki第i个 信源Si编码符号的度数。
作为本发明所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其中：信源
Figure 505701DEST_PATH_IMAGE042
的度分布
Figure 830503DEST_PATH_IMAGE043
的设计可以表示为如下优化方程：
Figure 200305DEST_PATH_IMAGE044
其中，f表示第i个信源Si编码符号的度数，取值为1,2,…,ki，zi，p表示迭代次数为p次时信源Si的译码失败概率；
信源
Figure 90900DEST_PATH_IMAGE045
的度分布
Figure 74906DEST_PATH_IMAGE046
的设计可以表示为如下优化方 程：
Figure 683742DEST_PATH_IMAGE047
作为本发明所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其中：信源和中继的度分布采用联合迭代优化方法，包括：
①以鲁棒孤波分布作为各信源
Figure 857234DEST_PATH_IMAGE048
的初始度分布
Figure 867915DEST_PATH_IMAGE049
；
②固定信源的度分布，优化中继的度分布
Figure 773554DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 869686DEST_PATH_IMAGE051
；
③根据第②步中得到的中继度分布
Figure 581290DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure 446478DEST_PATH_IMAGE053
，分别优化信源
Figure 270821DEST_PATH_IMAGE054
的度分布
Figure 854250DEST_PATH_IMAGE055
，和信源
Figure 103965DEST_PATH_IMAGE056
的度分布
Figure 89239DEST_PATH_IMAGE057
；
④重复第②步和第③步，直到度分布满足设计要求。
本发明的有益效果：本发明提出一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，在分布式网络中单个固定中继因覆盖不足或信道条件较差时，通过增强型中继的补充，对链路条件较差的信源实现增强接入，扩大网络覆盖范围，提高通信质量；该方案以编码码率最大化为目标，对信源节点和中继节点的度分布进行联合迭代优化，有效地提高系统容量，降低编码开销，并提高系统的通信可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例提供的一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法的基于增强型中继的分布式网络模型图；
图2为本发明一个实施例提供的一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法的三信源两中继分布式网络模型图；
图3为本发明一个实施例提供的一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法的编码传输步骤流程图；
图4为本发明一个实施例提供的一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法的喷泉码编码模型示意图；
图5为本发明一个实施例提供的一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法的度分布联合迭代优化步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，包括：
S1：基于增强型中继建立分布式网络通信系统和所述系统的编码传输过程；
更进一步的，如图1所示，通信系统包括：n个信源节点
Figure 336681DEST_PATH_IMAGE001
、一个固定中 继节点R1、一个增强型中继节点R2和一个目的节点D。
S2：所述传输过程包括，信源节点对原始信息进行喷泉编码发送至中继节点，中继节点对收到的编码符号进行再次编码并发送至目的节点，目的节点对收到的编码符号进行译码，译码成功后结束编码传输过程；
更进一步的，信源节点
Figure 407405DEST_PATH_IMAGE002
对长度为Ki的原始信息进行喷泉编码，生 成相同长度的编码符号，所有信源的编码符号发送至中继节点R1，其中t个信源
Figure 460811DEST_PATH_IMAGE003
的编码符号发送至增强型中继节点R2。中继节点R1接收到来自信 源
Figure 300591DEST_PATH_IMAGE001
的编码符号并对其进行再次编码，中继节点R2接收到来自信源
Figure 968202DEST_PATH_IMAGE058
的编码符号并对其进行再次编码，所有再编码符号发送至目的节 点D。目的节点D接收到来自中继节点R1和R2的编码符号，采用置信传播算法进行译码，译码 成功后反馈确认信息以停止以上传输过程。
更进一步的，通信系统中各信源采用不同的喷泉码度分布函数，包括：
信源
Figure 260643DEST_PATH_IMAGE006
的度分布为
Figure 117741DEST_PATH_IMAGE007
，中继R1和R2的度分布分别为
Figure 812027DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 401271DEST_PATH_IMAGE009
；
目的节点D接收到的编码符号有两种，一种是来自中继R1的编码符号，另一种是来自中继R2的编码符号，其接收到的两种编码符号所服从的度分布为总体度分布；
目的节点D的总体度分布，包括：只接入中继R1的信源
Figure 446588DEST_PATH_IMAGE010
，其总 体度分布表示为：
Figure 841797DEST_PATH_IMAGE060
其中，xi和x都表示度分布函数的自变量，由于各信源的度分布函数不同，因此加下标序号区分下标，i表示同时接入中继R1和R2的部分信源节点的序号，取值为n-t+1,n-t+2,…,n ，j表示信源节点的序号，取值为1,2,…,n；
同时接入中继R1和R2的信源
Figure 390590DEST_PATH_IMAGE012
，其总体度分布表示为：
Figure 167047DEST_PATH_IMAGE062
其中，u表示同时接入中继R1和R2的部分信源节点的序号，取值为n-t+1,n-t+2,…,n。
应说明的是，信源和中继采用不同的度分布函数，可以适用于信源之间存在差异性的异构网络，通过设置不同的度分布参数，获得不同的译码性能，从而为各信源提供不等错误保护能力。
S3：分析信源的译码失败概率，得到译码性能的理论表达式；
更进一步的，采用与或树分析方法，得到目的节点D处的渐近译码性能，经过l次译 码迭代后，来自信源
Figure 434081DEST_PATH_IMAGE014
的原始信息符号译码失败的概率为：
Figure 632981DEST_PATH_IMAGE064
其中，yj，l-1为经过l-1次译码迭代后的失败概率；
经过l次译码迭代后，来自信源
Figure 973963DEST_PATH_IMAGE016
的原始信息符号译码失 败的概率为：
Figure 232906DEST_PATH_IMAGE066
其中，信源节点
Figure 987236DEST_PATH_IMAGE018
的边角度输出度分布为
Figure 724248DEST_PATH_IMAGE019
，中继节 点
Figure 434584DEST_PATH_IMAGE020
的输出边分布为
Figure 864428DEST_PATH_IMAGE021
，目的节点处的总体输出边分布为
Figure 840474DEST_PATH_IMAGE022
，输出平均度数为
Figure 381177DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 962331DEST_PATH_IMAGE024
表示求
Figure 500760DEST_PATH_IMAGE025
对
Figure 229681DEST_PATH_IMAGE026
的偏导 数，
Figure 308496DEST_PATH_IMAGE027
表示
Figure 806473DEST_PATH_IMAGE028
对
Figure 998027DEST_PATH_IMAGE029
的偏导数在
Figure 214244DEST_PATH_IMAGE030
处的值，输入平均度数为
Figure 96750DEST_PATH_IMAGE031
，信源Si的编码开销为εi，
Figure 449234DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 391782DEST_PATH_IMAGE033
为中继度分布目标函数自变量 为1时的中继度分布的导数。
应说明的是，采用与或树方法渐近地分析译码失败概率，可以获得译码性能的理论表达式，为喷泉编码方法的进一步分析和设计提供理论指导。
S4：对信源节点和中继节点的度分布进行联合迭代优化。
更进一步的，中继度分布
Figure 767400DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 188017DEST_PATH_IMAGE035
设计的优化方程表示为：
Figure 660586DEST_PATH_IMAGE068
其中，
Figure 508457DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 620638DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 844946DEST_PATH_IMAGE039
为区 间
Figure 172022DEST_PATH_IMAGE040
的个等分点且满足
Figure 456373DEST_PATH_IMAGE041
，δ为优化后允许的 最大译码错误概率，d表示中继R1编码符号的度数，b表示中继R2编码符号的度数，ki第i个 信源Si编码符号的度数。
更进一步的，信源
Figure 806583DEST_PATH_IMAGE042
的度分布
Figure 569002DEST_PATH_IMAGE043
的设计可 以表示为如下优化方程：
Figure 750585DEST_PATH_IMAGE070
其中，f表示第i个信源Si编码符号的度数，取值为1,2,…,ki，zi，p表示迭代次数为p次时信源Si的译码失败概率；
信源
Figure 205837DEST_PATH_IMAGE045
的度分布
Figure 794076DEST_PATH_IMAGE046
的设计可以表示为如下优化方 程：
Figure 360186DEST_PATH_IMAGE072
应说明的是，度分布的优化方程，可以对信源和中继的各度分布进行优化设计，在渐近性能分析公式的基础上，寻找最优度分布参数，使得系统能够达到理论最佳性能。
更进一步的，信源和中继的度分布采用联合迭代优化方法，包括：
①以鲁棒孤波分布作为各信源
Figure 396275DEST_PATH_IMAGE048
的初始度分布
Figure 22429DEST_PATH_IMAGE049
；
②固定信源的度分布，优化中继的度分布
Figure 347231DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 451453DEST_PATH_IMAGE051
；
③根据第②步中得到的中继度分布
Figure 607628DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure 404683DEST_PATH_IMAGE053
，分别优化信源
Figure 200469DEST_PATH_IMAGE073
的度分布
Figure 373961DEST_PATH_IMAGE055
，和信源
Figure 384643DEST_PATH_IMAGE056
的度分布
Figure 352599DEST_PATH_IMAGE057
；
④重复第②步和第③步，直到度分布满足设计要求。
实施例2
参照图1—图5，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，为了验证本发明的有益效果，通过具体的实施步骤进行科学论证。
如图1所示，一种多信源多中继分布式网络模型，包含多个信源、两个中继、一个接收端，其中一个中继为固定中继，所有信源都可接入，另一个中继为移动中继，当部分信源的链路条件较差时，该中继节点可以移动到相应位置，接入这些链路条件较差的信源，从而扩大固定中继的覆盖范围，提高通信质量，实现部分信源的增强接入。将该网络简化为如图2所示的三信源两中继网络模型的集合，研究其编码方法和译码性能，以此推广到多信源网络；所需要注意的是，所描述的模型仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图2所示的网络中，信源节点为S1、S2、S3，中继节点为R1、R2，其中R2为增强型中继，目的节点为D。如图3所示，具体编码传输过程如下：
步骤一，信源节点S1、S2、S3对长度分别为k1、k2、k3的原始信息进行喷泉编码，生成相同长度的编码符号，所有信源的编码符号发送至中继节点R1，其中信源S2、S2的编码符号发送至增强型中继节点R2；
步骤二，中继节点R1接收到来自信源S1、S2、S3的编码符号并对其进行再次编码，中继节点R2接收到来自信源S2、S3的编码符号并对其进行再次编码，所有再编码符号发送至目的节点D；
步骤三，目的节点D接收到来自中继节点R1和R2的编码符号，采用置信传播算法进行译码，译码成功后反馈确认信息以停止以上传输过程。
上述编码传输过程中，如图4所示，三个信源S1、S2、S3可以采用不同的度分布，分别 为
Figure 448731DEST_PATH_IMAGE074
、
Figure 832439DEST_PATH_IMAGE075
、
Figure 963206DEST_PATH_IMAGE076
。中继R1和R2的度分布分别为
Figure 102063DEST_PATH_IMAGE077
和
Figure 685491DEST_PATH_IMAGE078
。目的节点D接收 到的编码符号有两种，一种是来自中继R1的编码符号，另一种是来自中继R2的编码符号。在 目的节点D处来看，其接收到的编码符号所服从的度分布为总体度分布，也分为两种情况： 只接入中继R1的信源S1，其总体度分布为
Figure 620693DEST_PATH_IMAGE079
；同时接入 中继R1和R2的信源S2和S3，其总体度分布为
Figure 605966DEST_PATH_IMAGE080
;
本发明采用与或树分析方法，进一步得到目的节点D处的渐近译码性能：经过l次译码迭代后，来自信源S1的原始信息符号译码失败的概率为
Figure 915725DEST_PATH_IMAGE081
经过l次译码迭代后，来自信源
Figure 924132DEST_PATH_IMAGE082
的原始信息符号译码失败的概率为
Figure 977539DEST_PATH_IMAGE084
其中，信源节点
Figure 817319DEST_PATH_IMAGE085
的边角度输出度分布(输出边分布) 为
Figure 484929DEST_PATH_IMAGE019
，中继节点
Figure 777371DEST_PATH_IMAGE020
的输出边分布为
Figure 634468DEST_PATH_IMAGE021
，目的节点处的 总体输出边分布为
Figure 328755DEST_PATH_IMAGE022
，输出平均度数为
Figure 980316DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 963315DEST_PATH_IMAGE024
表示求
Figure 358525DEST_PATH_IMAGE025
对
Figure 907318DEST_PATH_IMAGE026
的偏导数，
Figure 995359DEST_PATH_IMAGE027
表示
Figure 950808DEST_PATH_IMAGE086
对
Figure 884129DEST_PATH_IMAGE029
的偏导数在
Figure 553008DEST_PATH_IMAGE030
处的值，输入平均 度数为
Figure 811951DEST_PATH_IMAGE031
，信源Si的编码开销为εi，
Figure 300701DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 240975DEST_PATH_IMAGE033
为中继度分布目标函数 自变量为1时的中继度分布的导数。本发明进一步对信源和中继的度分布进行优化设计，中 继度分布和的设计可以表示为如下优化方程：
Figure 764360DEST_PATH_IMAGE088
其中
Figure 928625DEST_PATH_IMAGE089
，
Figure 357202DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure 897904DEST_PATH_IMAGE091
为区间
Figure 275796DEST_PATH_IMAGE092
的m个等分点且满足
Figure 876542DEST_PATH_IMAGE093
，δ为优化后 允许的最大译码错误概率，优化的目标是使总的编码开销最小或编码码率最大，约束条件 是使译码迭代朝收敛方向进行（即
Figure 339884DEST_PATH_IMAGE094
），且度分布函数符合概率分布函数的定义， d表示中继R1编码符号的度数，b表示中继R2编码符号的度数。
信源S1的度分布
Figure 621961DEST_PATH_IMAGE095
的设计可以表示为如下优化方程：
Figure 119938DEST_PATH_IMAGE097
其中，f表示第i个信源Si编码符号的度数；
信源
Figure 626006DEST_PATH_IMAGE098
的度分布
Figure 527710DEST_PATH_IMAGE099
的设计可以表示为如下优化方程：
Figure 410215DEST_PATH_IMAGE101
本发明中，信源和中继的度分布采用联合迭代优化方法，如图5所示，具体步骤如下：
①以鲁棒孤波分布作为各信源
Figure 762699DEST_PATH_IMAGE102
的初始度分布
Figure DEST_PATH_IMAGE103
；
②固定信源的度分布，优化中继的度分布
Figure 377351DEST_PATH_IMAGE104
和
Figure 815286DEST_PATH_IMAGE105
；
③固定中继度分布
Figure 688432DEST_PATH_IMAGE104
和
Figure 895423DEST_PATH_IMAGE105
，分别优化信源S1的度分布
Figure 8872DEST_PATH_IMAGE106
，以及信源S2 和S3的度分布
Figure 934103DEST_PATH_IMAGE107
和
Figure 96094DEST_PATH_IMAGE108
；
④重复第②步和第③步，直到度分布满足设计要求。
综合以上步骤，可得到优化后的信源和中继度分布，将其应用于所述基于增强型中继的分布式网络，即可获得所述的喷泉编码优化设计方案。
应说明的是，以上所述是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征在于，包括：
基于增强型中继建立分布式网络通信系统和所述系统的编码传输过程；
所述传输过程包括，信源节点对原始信息进行喷泉编码发送至中继节点，中继节点对收到的编码符号进行再次编码并发送至目的节点，目的节点对收到的编码符号进行译码，译码成功后结束编码传输过程；
分析信源的译码失败概率，得到译码性能的理论表达式；
对信源节点和中继节点的度分布进行联合迭代优化。
2.如权利要求1所述的一种基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征 在于，所述通信系统包括：n个信源节点
Figure 609707DEST_PATH_IMAGE001
、一个固定中继节点R1、一个增强型 中继节点R2和一个目的节点D。
3.如权利要求2所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征在于：所述编码传输过程，包括：
信源节点
Figure 526847DEST_PATH_IMAGE002
对长度为Ki的原始信息进行喷泉编码，生成相同长度的编码 符号，所有信源的编码符号发送至中继节点R1，其中t个信源
Figure 306585DEST_PATH_IMAGE003
的编 码符号发送至增强型中继节点R2。
4.如权利要求3所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征在于：所述编码传输过程，包括：
中继节点R1接收到来自信源
Figure 888745DEST_PATH_IMAGE001
的编码符号并对其进行再次编码，中继节点 R2接收到来自信源
Figure 703117DEST_PATH_IMAGE004
的编码符号并对其进行再次编码，所有再编码 符号发送至目的节点D。
5.如权利要求4所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征在于：所述编码传输过程，还包括：
目的节点D接收到来自中继节点R1和R2的编码符号，采用置信传播算法进行译码，译码成功后反馈确认信息以停止以上传输过程。
6.如权利要求1所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征在于：所述通信系统中各信源采用不同的喷泉码度分布函数，包括：
信源
Figure 525579DEST_PATH_IMAGE005
的度分布为
Figure 792613DEST_PATH_IMAGE006
，中继R1和R2的度分布分别为
Figure 929196DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 598075DEST_PATH_IMAGE008
；
目的节点D接收到的编码符号有两种，一种是来自中继R1的编码符号，另一种是来自中继R2的编码符号，其接收到的两种编码符号所服从的度分布为总体度分布；
目的节点D的总体度分布，包括：只接入中继R1的信源
Figure 591438DEST_PATH_IMAGE009
，其总体度分 布表示为：
Figure 31254DEST_PATH_IMAGE011
其中，xi和x都表示度分布函数的自变量，由于各信源的度分布函数不同，因此加下标序号区分下标，i表示同时接入中继R1和R2的部分信源节点的序号，取值为n-t+1,n-t+2,…,n，j表示信源节点的序号，取值为1,2,…,n；
同时接入中继R1和R2的信源
Figure 768265DEST_PATH_IMAGE012
，其总体度分布表示为：
Figure 291651DEST_PATH_IMAGE014
其中，u表示同时接入中继R1和R2的部分信源节点的序号，取值为n-t+1,n-t+2,…,n。
7.如权利要求1所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征在于：分析信源的译码失败概率，包括：
采用与或树分析方法，得到目的节点D处的渐近译码性能，经过l次译码迭代后，来自信 源
Figure 659178DEST_PATH_IMAGE015
的原始信息符号译码失败的概率为：
Figure 900804DEST_PATH_IMAGE017
其中，yj，l-1为经过l-1次译码迭代后的失败概率；
经过l次译码迭代后，来自信源
Figure 175927DEST_PATH_IMAGE018
的原始信息符号译码失败的 概率为：
Figure 6349DEST_PATH_IMAGE020
其中，信源节点
Figure 341515DEST_PATH_IMAGE021
的边角度输出度分布为
Figure 70437DEST_PATH_IMAGE022
，中继节点
Figure 149251DEST_PATH_IMAGE023
的输出边分布为
Figure 584912DEST_PATH_IMAGE024
，目的节点处的总体输出边分布为
Figure 356559DEST_PATH_IMAGE025
，输出平均度数为
Figure 307197DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 189703DEST_PATH_IMAGE027
表示求
Figure 230602DEST_PATH_IMAGE028
对
Figure 173150DEST_PATH_IMAGE029
的偏导 数，
Figure 611085DEST_PATH_IMAGE030
表示
Figure 969385DEST_PATH_IMAGE031
对
Figure 441955DEST_PATH_IMAGE032
的偏导数在
Figure 555404DEST_PATH_IMAGE033
处的值，输入平均度数为
Figure 480635DEST_PATH_IMAGE034
，信源Si的编码开销为εi，
Figure 891893DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 953390DEST_PATH_IMAGE036
为中继度分布目标函数自变量 为1时的中继度分布的导数。
8.如权利要求1所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征在于： 中继度分布
Figure 237741DEST_PATH_IMAGE037
和
Figure 650268DEST_PATH_IMAGE038
设计的优化方程表示为：
Figure 615950DEST_PATH_IMAGE040
其中，
Figure 797532DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 987205DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 887028DEST_PATH_IMAGE043
为区间
Figure 138625DEST_PATH_IMAGE044
的个等分点且满足
Figure 440293DEST_PATH_IMAGE045
，δ为优化后允许的最 大译码错误概率，d表示中继R1编码符号的度数，b表示中继R2编码符号的度数，ki第i个信源 Si编码符号的度数。
9.如权利要求1所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征在于： 信源
Figure 800867DEST_PATH_IMAGE046
的度分布
Figure 187986DEST_PATH_IMAGE047
的设计可以表示为如下优化方 程：
Figure 495471DEST_PATH_IMAGE049
其中，f表示第i个信源Si编码符号的度数，取值为1,2,…,ki，zi，p表示迭代次数为p次时信源Si的译码失败概率；
信源
Figure 386066DEST_PATH_IMAGE050
的度分布
Figure 183121DEST_PATH_IMAGE051
的设计可以表示为如下优化方程：
Figure 978908DEST_PATH_IMAGE053
。
10.如权利要求8或9所述的基于增强型中继的分布式网络喷泉编码设计方法，其特征在于：信源和中继的度分布采用联合迭代优化方法，包括：
①以鲁棒孤波分布作为各信源
Figure 152400DEST_PATH_IMAGE054
的初始度分布
Figure 163081DEST_PATH_IMAGE055
；
②固定信源的度分布，优化中继的度分布
Figure 68720DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 164852DEST_PATH_IMAGE057
；
③根据第②步中得到的中继度分布
Figure 876456DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 741644DEST_PATH_IMAGE059
，分别优化信源
Figure 568917DEST_PATH_IMAGE060
的度 分布
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，和信源
Figure 152345DEST_PATH_IMAGE062
的度分布
Figure DEST_PATH_IMAGE063
；
④重复第②步和第③步，直到度分布满足设计要求。
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