提高分布式传输中数据传输效率和LT码性能的方法

摘要

本发明公开了一种提高分布式传输中数据传输效率和LT码性能的方法，包括：分级保护LT码；通过RSD分布p

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高分布式传输中数据传输效率和LT码性能的方法。

背景技术

LT码（喷泉码）是一种无码率的线性分组码，它可以对有限长的n个原始输入符号进行 编码，生成无限多个编码符号。LT码的编码过程为：（1）根据度分布ρ(·)产生随机数i；（2） 从k个原始数据包中等概率地随机选择i个数据包；（3）将这i个数据包进行异或，生成编码 后的数据包，不断地重复该过程，生成编码分组。其中，理想的孤波度分布ρ(·)为： 理想度分布在删除信道中性能不是很理想，鲁棒孤波分布随之被 提出。考虑到理想孤波分度为1的概率随之k的变大而变小，为了保证初始度为1的个数和 实际删除信道条件提出了鲁棒孤波分布其中σ为译码时收到N个编码 数据包的时候允许失败的译码概率N＝β·k，N为以概率1-σ的概率译码成功所需接受到的数 据包的数量；S为译码过程中度为1的数据包的数量。c是任意正常数，实际应用中c一般小 于1；$\tau \left(i\right)=\left(\begin{array}{cc}R/\left(\mathrm{ik}\right)& i=1,...,k/R\\ \left(R\ln (R/\sigma )\right)/k& i=k/R\\ 0& i=k/R+1,...,k\end{array}\right),$将ρ(·)加入进τ(·)即可得到：

μ(i)＝(ρ(i)+τ(i))β，其中

传统的LT码译码方法采用BP译码算法：

（1）首先找到度为1的编码后的数据包，如果找不到则译码失败；

（2）恢复与度为1编码数据包相连的原始数据包并将之连接删除；

（3）将恢复出的原始数据包与其相连的编码数据包进行与或并将之连接删除；

（4）全部原始数据包成功译出则译码成功，否则重复进行步骤（1）～（3）。

传统译码算法对优先级不一样数据包选择时采用均匀的选取，高优先级的数据包译码成 功的似然概率低，高优先级数据包分组的译出概率较低。通信系统模型中，两个信源s₁和信 源s₂相互独立通过中继地发送信息到目的地，假设中继和目的节点的存储、处理信息的能力 是有限的，在给定的时间内，只能存储一个数据包。基于这个条件，传统传输方案为：两个 信源的数据信息包分别各自进行LT码编码，然后采用时分复用的策略通过中继传输这两个信 息序列，资源利用率较低，数据传输效率较低且错误概率较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于适当度分布原始数据包选择机制 的提高分布式传输中数据传输效率和LT码性能的方法，一方面，采用RSD分布决定编码数据 包的度值，选取高优先级数据时产生度为1或2的编码数据包时尽可能的在高优先级数据包 中选取，编码数据包到一定数量再进行RSD分布的均匀选取，提高高优先级数据包译码成功 的似然概率，保证高优先级数据包分组的译出概率；另一方面，将两个信源的数据信息包在 中继采用一个复杂度很低的中继联合操作后，形成一个整合的LT码的数据包来传输，提高资 源利用率和数据传输效率，并降低错误概率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：提高分布式传输中数据传输效率和LT码性 能的方法，它包括以下步骤：

S1：分级保护LT码，LT码的编码参数定义如下：

k：原始数据信息包的数目；

n：编码后的数据信息包的数目；

h：重要数据信息包的数目；

t＝hk：重要信息数据信息包个数所占整个原始数据信息包个数的比例；

p₁,p₂,…,p_k：表示编码时采用的鲁棒孤波度分布的离散概率，其中

q₁,q₂,…,q_k：用于描述重要信息的鲁棒孤波分布的离散概率，其中

设有h个比特的高优先级数据包，相应的低优先级的数据包编号定义为{h+1,...,k}，编码 器输出为{x₁,x₂,...,x_n}，n为编码数据包长；

假设度为1的编码数据包数目小于高优先级数据数量h，不失一般性地，定义公式 p₁·k＜＜h，更进一步假设高优先级编码数据包数目小于编码数据包总数目的一半，其中 p₂～0.5，可得h≤(p₁+p₂)·k，t≤p₁+p₂，可得p₁≤t≤p₁+p₂；

所有度为1的数据包选取都从高优先级的数据中选取，同时引入一个确切的正整数Ω作 为度为2的编码数据包的两个原始数据包同样从高优先级的数据中选取，余下的度为2和其 他度值在整个原始数据包中均匀选取；

S2：初始化count＝1，对于i∈{1,2,3...,n}，通过RSD分布p₁,p₂,…,p_k选取度d：

如果d＝1，从高优先级数据包{1,2,3,...,h}中均匀选取d个数据包；

如果d＝2，如果count≤Ω，从高优先级数据包{1,2,3,...h,}中均匀选取d个数据包， count＝count+1；

否则，从数据包{1,2,3,...,k}中均匀选取d个数据包；

S3：对选取的d个数据包进行XOR操作最终得到编码数据包x_i；

分级保护的主要思想为：由于度分布中度值为1和2的数据包直接影响LT码的性能，因 此对度为1和2的两种数据包进行一定的约束以提高其性能，所有的度为1的p₁·k个编码数 据包都从高优先级数据包{1,2,3,...,h}中选取，这是因为度为1的编码数据包对LT码的解码来 说是直接初始化这个译码过程的，这些数据包可以马上参与解码而不用等待其他数据包的处 理。分级保护策略可提高高优先级的数据包译码成功的似然概率，同理通过度为1的数据包 的恢复Ω个度为2的数据包可进一步保证高优先级的数据包分组的译出概率。

S4：计算分布式LT码模型；

计算分布式LT码模型的步骤为：将两个信源的数据信息包在中继采用一个低复杂度的中 继联合操作后形成整合的LT码数据包进行传输：两个信源s₁和s₂同时向中继发送k个编码数 据包，中继接受到数据包以后进行异或，在此模型中两个信源s₁和s₂的度分布为p(·)，假设X₁表示在信源s₁异或d₁个数据信息包产生的编码后的信息，X₂表示在信源s₂异或d₂个数据信 息包产生的编码后的数据信息包，后度变为d₁+d₂，根据随机变量相加概率密度相 卷积可得经过中继节点后的度分布为p(·)*p(·)，要在删除信道链路上得到的整体LT码字服 从RSD分布，通过解卷积得到两个信源的度分布p(·)。

S5：将分级保护的度分布引入分布式LT码模型，得到分布式分级保护LT码。

本发明的有益效果是：

1）采用RSD分布决定编码数据包的度值，选取高优先级数据时产生度为1或2的编码数 据包时尽可能的在高优先级数据包中选取，编码数据包到一定数量再进行RSD分布的均匀选 取，提高了高优先级数据包译码成功的似然概率，保证了高优先级数据包分组的译出概率；

2）将两个信源的数据信息包在中继采用一个复杂度很低的中继联合操作后，形成一个整 合的LT码的数据包来传输，提高了资源利用率和数据传输效率，并降低了错误概率。

附图说明

图1为分布式两信源LT码的通信系统单中继模型；

图2为LT码、PLT码不同参数下的性能仿真结果曲线图；

图3为信源总信息包数目为1600、删除概率为0.01五种喷泉码性能仿真结果曲线图；

图4为信源总信息包数目为1600、删除概率为0.06五种喷泉码性能仿真结果曲线图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所 述。

提高分布式传输中数据传输效率和LT码性能的方法，它包括以下步骤：

S1：分级保护LT码，LT码的编码参数定义如下：

k：原始数据信息包的数目；

n：编码后的数据信息包的数目；

h：重要数据信息包的数目；

t＝hk：重要信息数据信息包个数所占整个原始数据信息包个数的比例；

p₁,p₂,…,p_k：表示编码时采用的鲁棒孤波度分布的离散概率，其中

_q1,q₂,…,q_k：用于描述重要信息的鲁棒孤波分布的离散概率，其中

设有h个比特的高优先级数据包，相应的低优先级的数据包编号定义为{h+1,...,k}，编码 器输出为{x₁,x₂,...,x_n}，n为编码数据包长；

假设度为1的编码数据包数目小于高优先级数据数量h，不失一般性地，定义公式 p₁·k＜＜h，更进一步假设高优先级编码数据包数目小于编码数据包总数目的一半，其中 p₂～0.5，可得h≤(p₁+p₂)·k，t≤p₁+p₂，可得p₁≤t≤p₁+p₂；

所有度为1的数据包选取都从高优先级的数据中选取，同时引入一个确切的正整数Ω作 为度为2的编码数据包的两个原始数据包同样从高优先级的数据中选取，余下的度为2和其 他度值在整个原始数据包中均匀选取；

S2：初始化count＝1，对于i∈{1,2,3...,n}，通过RSD分布p₁,p₂,…,p_k选取度d：

如果d＝1，从高优先级数据包{1,2,3,...,h}中均匀选取d个数据包；

如果d＝2，如果count≤Ω，从高优先级数据包{1,2,3,...h,}中均匀选取d个数据包， count＝count+1；

否则，从数据包{1,2,3,...,k}中均匀选取d个数据包；

S3：对选取的d个数据包进行XOR操作最终得到编码数据包x_i；

分级保护的主要思想为：由于度分布中度值为1和2的数据包直接影响LT码的性能，因 此对度为1和2的两种数据包进行一定的约束以提高其性能，所有的度为1的p₁·k个编码数 据包都从高优先级数据包{1,2,3,...,h}中选取，这是因为度为1的编码数据包对LT码的解码来 说是直接初始化这个译码过程的，这些数据包可以马上参与解码而不用等待其他数据包的处 理。分级保护策略可提高高优先级的数据包译码成功的似然概率，同理通过度为1的数据包 的恢复Ω个度为2的数据包可进一步保证高优先级的数据包分组的译出概率。

S4：计算分布式LT码模型；

计算分布式LT码模型的步骤为：如图1为分布式两信源LT码的通信系统模型：两个信 源s₁和信源s₂是相互独立的通过中继R发送信息到目的地D，假设中继和目的节点的存储、 处理信息的能力是有限的，在给定的时间内，只能存储一个数据包。假设信源到中继的链路 1和2是相同的理想的信道，没有信息删除，而中继到目的节点的链路3是删除信道，所有 的信息删除、丢包都在链路3发生。这种新的编码策略可以提高传输效率，降低错误概率。 将两个信源的数据信息包在中继采用一个低复杂度的中继联合操作后形成整合的LT码数据 包进行传输：两个信源s₁和s₂同时向中继发送k个编码数据包，中继接受到数据包以后进行 异或，在此模型中两个信源s₁和s₂的度分布为p()，假设X₁表示在信源s₁异或d₁个数据信息 包产生的编码后的信息，X₂表示在信源s₂异或d₂个数据信息包产生的编码后的数据信息包， 后度变为d₁+d₂，根据随机变量相加概率密度相卷积可得经过中继节点后的度分布 为p(·)*p(·)，要在删除信道链路上得到的整体LT码字服从RSD分布，通过解卷积得到两个 信源的度分布p(·)。

S5：将分级保护的度分布引入分布式LT码模型，得到分布式分级保护LT码。

本算法的仿真结果如下：

首先，将分级保护LT码简写为PLT码，分布式LT码简写为DLT码，分布式两、四信源 LT码分别简写为2DLT、4DLT，分布式两、四信源分级保护LT码分别简写为2DPLT、4DPLT 码。

首先我们对PLT不同的h值性能进行仿真，仿真中取h=50、150、300，Ω=h2，仿真 参数为：k＝1000,c＝0.05,σ＝0.5,q＝0.05。仿真结果如图2所示，从仿真结果可以看出， 只要参数h取合适的值，当目的节点接收到较少编码数据信息包时，PLT码和LT码性能几乎 相等，但随着接收到编码数据包增加时，PLT码译码成功率逐渐高于、优于LT码。

图3至4是对传统LT码、分布式LT码、分布式分级保护LT码的性能仿真比较，对LT、 2DLT、4DLT、2DPLT、4DPLT进行仿真比较分析。仿真时原数据信息包数目：k＝1600和 2400，度分布参数：c＝0.05，σ＝0.5，删除概率：q取0.01和0.06，对2DPLT、4DPLT码 的参数h的选取，通过对不同h值的多次仿真，选取尽可能使性能最佳的h值，具体值：k＝1600 的2DPLT、4DPLT码，h＝780，Ω＝390；k＝2400的2DPLT、4DPLT码，h＝1180，Ω＝590。 仿真图如图3至4所示。从上述仿真结果可以看出：改进后的分布式分级保护喷泉码DPLT在 参数h和Ω值取合适的值时，性能有所提高。