一種基于散列鄰域搜索網絡編碼的機會中繼重傳方法

邵 鵬 飛， 趙 燕 偉，方 朝 曦

（1.浙江工業(yè)大學計算機科學與技術學院，浙江 杭州 310023；2.浙江萬里學院電子信息學院，浙江 寧波 315100；3.浙江工業(yè)大學機械工程學院，浙江 杭州 310023）

一種基于散列鄰域搜索網絡編碼的機會中繼重傳方法

邵 鵬 飛1，2， 趙 燕 偉3，方 朝 曦2

（1.浙江工業(yè)大學計算機科學與技術學院，浙江 杭州 310023；2.浙江萬里學院電子信息學院，浙江 寧波 315100；3.浙江工業(yè)大學機械工程學院，浙江 杭州 310023）

在無線多播網絡中，傳統(tǒng)的方法沒有考慮某些接收節(jié)點與源節(jié)點及其他接收節(jié)點之間可能具有更好的鏈路質量。 為此提出了一種基于散列鄰域搜索網絡編碼的機會中繼重傳方法，該方法動態(tài)選擇數據分組接收情況最好的且信道質量優(yōu)于源節(jié)點的接收節(jié)點作為中繼，并采用散列鄰域搜索網絡編碼策略進行其他接收節(jié)點的丟失分組重傳。 仿真結果表明，相對于現(xiàn)有的其他網絡編碼重傳方法，該方法能有效減少平均重傳次數，提高重傳效率，尤其當一些接收節(jié)點因受到干擾與源節(jié)點之間的信道質量變得很差時，該方法能取得很高的重傳增益。

無線多播；網絡編碼；機會中繼；重傳

1 引言

隨著通信技術的進步和發(fā)展及泛在物聯(lián)網物與物之間 的 智 能 互 聯(lián) 和 大 規(guī) 模 分 布 式 計 算［1，2］，越 來 越 多 的 網 絡 應用和服務滲透到日常生活中。在物聯(lián)網基礎架構中，除了物理基礎設施外，基于通信網絡收集和交換各種有用的信息才能充分發(fā)揮物聯(lián)網的優(yōu)勢。無線通信系統(tǒng)是物聯(lián)網中最重要的基礎通信網絡之一，使用越來越廣泛。由于無線通信系統(tǒng)的傳輸可靠性較低，重傳技術一直是該領域研究的 重 點［3，4］。

在無線多播網絡中，基于傳統(tǒng)的直接重傳方式，比如ARQ 或 HARQ［5］等 ，源 節(jié) 點 逐 個 重 傳 各 接 收 節(jié) 點 丟 失 的 數據分組，傳輸效率低、能耗大。利用信道的廣播特性，基于網絡編碼的廣播重傳已被證明能有效減少平均重傳次數，提 升 傳 輸 性 能［6-8］。該 方 式 下 ，源 節(jié) 點 根 據 各 接 收 節(jié) 點 不 同的數據分組丟失情況，對丟失分組進行調度和優(yōu)化組合后編碼重傳，每一次重傳能夠同時讓盡量多的接收節(jié)點恢復其丟失分組，從而減少總的重傳次數。盡管相對于傳統(tǒng)的直接重傳方式，基于網絡編碼的重傳技術大大提高了傳輸效率，降低了傳輸能耗，但是目前主要的研究都是假設信道 相 互 獨 立 且 信 道 狀 態(tài) 不 變［9-11］，沒 有 考 慮 無 線 鏈 路 狀 態(tài)的實時變化及這些變化對重傳增益的影響，與實際網絡情況 仍 有 較 大 的 差 距 。參 考 文 獻［12］雖 然 考 慮 了 每 個 節(jié) 點 接收鏈路分組丟失率的不同，提出了基于機會網絡編碼的加權廣播重傳方法，將減少重傳次數轉化為基于加權的最大增益問題，但當源節(jié)點與某接收節(jié)點的信道質量變差時，重傳性能將快速惡化。

在無線中繼網絡中，通過中繼協(xié)作轉發(fā)信息，可以有效利用信道并獲得分集增益，提高傳輸可靠性。將機會中繼協(xié)作傳輸技術應用于重傳，利用質量較好的無線信道實現(xiàn)中繼重傳，能有效提升重傳性能。但對中繼協(xié)作通信的研 究 目 前 主 要 集 中 于 單 源 — 單 中 繼 — 兩 目 的［13］、兩 源 — 單中 繼 — 兩 目 的［8，14］、兩 源 — 單 中 繼 — 單 目 的［15］等 中 繼 通 信 系統(tǒng)，在單跳無線網絡中很少提及。

為此，本文提出了一種適合單跳多播網絡的基于散列鄰 域 搜 索 網 絡 編 碼 的 機 會 中 繼 重 傳 （hash neighborhood search network coding opportunistic relaying retransmission，HNS-NCORR）方法。該方法充分考慮節(jié)點之間的信道質量，動態(tài)選擇數據分組接收情況最好的且信道質量優(yōu)于源節(jié)點的接收節(jié)點作為中繼，進行其他接收節(jié)點的丟失分組重傳，重傳方法基于散列鄰域搜索網絡編碼策略。與現(xiàn)有的網絡編碼重傳方法相比，這種結合機會中繼的網絡編碼重傳方法由于選擇了信道質量更好的鏈路進行重傳，提高了每一次重傳的效率，從而能夠提高整體的傳輸性能，尤其當個別接收節(jié)點由于受到干擾與源節(jié)點之間的信道質量變得非常差時，其作用將更加明顯。

2 系統(tǒng)模型

如 圖 1 所 示，本 文基 于 通 用 的 無 線 多 播模 型 ，一 個 源節(jié) 點 S 和 N 個 接 收 節(jié) 點 Ri（N≥3，1≤i≤N）進 行 通 信 。 假定系統(tǒng)采用時分多址技術，源節(jié)點和各接收節(jié)點之間的信道相互獨立，信道環(huán)境變化緩慢，即數據重傳時的信道增益變化可忽略不計，且反饋信道是可靠的，狀態(tài)信息在反饋信道中不存在丟失。整個通信過程分為兩個階段：初始階段和丟失分組重傳階段。在初始階段，源節(jié)點向接收節(jié)點 逐 個 廣 播 M 個 原 始 數 據 分 組 Qj（1≤j≤M），各 接 收 節(jié) 點Ri采用 ACK／NACK 同步反饋其丟失分組信息。當 S 發(fā)送完M 個數據分組后，能得到 N 個接收節(jié)點的接收狀態(tài)信息。

圖1 通用無線多播通信系統(tǒng)

在丟失分組重傳階段，根據節(jié)點間信道狀態(tài)，動態(tài)選擇數據分組接收情況最好的且信道質量優(yōu)于源節(jié)點的接收節(jié)點作為中繼，進行其他接收節(jié)點的丟失分組重傳。若不存在這種情況，則直接采用散列鄰域搜索網絡編碼重傳方 法［11］進 行 重 傳 。

機會中繼選擇準則：中繼節(jié)點到目的節(jié)點的鏈路質量由中繼節(jié)點到多個目的節(jié)點的鏈路質量中較差的一路決定，而端到端的信道質量由源—中繼和中繼—目的信道中質量較差的一路決定，最佳中繼節(jié)點擁有最好的端到端的信道質量。以鏈路分組丟失率作為衡量鏈路質量的指標，假設 接 收 節(jié) 點 Ri被 選 為 最 佳 中 繼 節(jié) 點 ，PS，Ri為源節(jié)點到 Ri的分 組 丟 失 率 ，PRi，Rk為 Ri到 其 他 接 收 節(jié) 點 的 分 組 丟 失 率 ，PS，Rk為源節(jié)點到其他接收節(jié)點的分組丟失率，則 Ri需滿足：

在具有3個接收節(jié)點無線多播網絡中：

（1）若 唯 一 存 在 符 合 式 （1）的 接 收 節(jié) 點 Ri，則 選 擇 Ri作為重傳中繼，并采用本文的 NCORR 方法；

（2）若同時存在符合式（1）的兩個接收節(jié)點，則隨機選擇其一作為重傳中繼，轉化為（1）進行處理。

在具有多個（超過 3 個）接收節(jié)點的無線多播網絡中：

（1）若 唯 一 存 在 符 合 式 （1）的 接 收 節(jié) 點 Ri，則 選 擇 Ri作為重傳中繼，并采用本文的 NCORR 方法；

（2）若同時存在符合式（1）的兩個接收節(jié)點，則隨機選擇其一作為重傳中繼，轉化為步驟（1）進行處理；

（3）若 同 時 存 在 符 合 式 （1）的 K（K＞2）個 接 收 節(jié) 點 Rj，則按與每個 Rj之間鏈路的信道質量按照就高原則進行區(qū)域劃分，將重傳 劃 分為 K 個重 傳 簇；在每個重 傳 簇 內選擇Rj作為重傳中繼，轉化為步驟（1）進行處理；若某個重傳簇內節(jié)點數少于 3，則與鄰近重傳簇合并，合并后根據步驟（1）或（2）進行處理。

因 此 ，在 無 線 多播 網 絡 中，無 論是 只 有 3 個 接 收 節(jié) 點還是具有更多接收節(jié)點，本文的重傳處理思想是相同的，最終都轉化為唯一存在符合式（1）的接收節(jié)點的情形進行處理。下文中，將以具有 3個接收節(jié)點的無線多播網絡為例，闡述本文的方法。

3 HNS-NCORR 重傳方法

本節(jié)將詳細闡述提出的基于散列鄰域搜索網絡編碼的機會中繼重傳方法。在單跳無線多播網絡中，區(qū)別于其 他 重 傳 方 式 ，HNS-NCORR 動 態(tài) 選 擇 具 有 比 源 節(jié) 點 信道質量更好的接收節(jié)點作為中繼，進行其他接收節(jié)點的丟失分組重傳，從而減少平均重傳次數，提高重傳效率。對丟失分組的調度、組合和編碼采用散列鄰域搜索網絡編碼策略。

3.1 機會中繼策略

具有 3個接收節(jié)點的無線多播網絡如圖 2所示。

圖2 具有3個接收節(jié)點的無線多播網絡

假設：

由于 R1唯一符合式（1）條件，因此在重傳階段，R1將被選為重傳中繼，其重傳方法如圖 3所示。

情形 1 在初始階段結束后，若 R1正確接收所有分組，R2和 R3存在分組丟失。此時，R1采用散列鄰域搜索網絡編碼策略直接重傳 R2和 R3丟失的數據分組，如圖 3（a）所示。

情 形 2 在 初 始 階 段 結 束 后 ，若 R1、R2和 R3都 存 在 分組丟失，但 R1的接收情況最好且只有少量分組丟失。此時有兩種處理方法。

方法（1） 首先充分利用 R1成功接收的數據分組，R1將自 己成功接收，而 R2和 R3沒 有正確接 收 的數據分 組 進行編碼重傳，直至兩節(jié)點都正確接收；然后源節(jié)點編碼重傳剩余的3個節(jié)點都沒有正確接收的分組。

方 法 （2） 如 圖 3（b）所 示 ，首 先 源 節(jié) 點 廣 播 重 傳 R1丟失的分組 ，讓 R1正 確接收所有數據分組，R2和 R3可同時接收這些重傳分組來獲取自己未正確接收的分組；然后選擇 R1作為中繼，編碼重傳 R2和 R3丟失的分組。在可解條 件 下［11］，在 重 傳 R1丟 失 分 組 的 過 程 中 ，可 組 合 R2、R3丟失的其他數據分組進行編碼重傳，進一步提高編碼增益。由于當源節(jié)點S和個別接收節(jié)點的無線信道質量比較差時 ，方 法（1）仍有可 能 需 要 源 節(jié) 點 S 直 接重 傳 該 節(jié) 點丟 失的分組，導致重傳性能快速下降，而方法（2）則不存在這種情況，因此本文將采用方法（2）處理情形 2。

圖3 基于網絡編碼的機會中繼重傳方法

方法（3） 對于其他情形，直接采用散列鄰域搜索網絡編碼策略進行重傳。

3.2 散列鄰域搜索網絡編碼重傳

相 對 于 傳 統(tǒng) 的 網 絡 編 碼 重 傳 策 略［9，10］，散 列 鄰 域 搜 索 網絡 編 碼 重 傳 策 略［11］在 對 丟 失 分 組 的 快 速 調 度 和 優(yōu) 化 組 合 、重傳再丟失的優(yōu)化處理等方面，有更好的考慮和設計，進一步提高了重傳效率，其主要過程如下。

（1）發(fā)送節(jié)點基于接收狀態(tài)表生成各接收節(jié)點丟失分組散列表（接收狀態(tài)表表明發(fā)送節(jié)點有哪些數據分組未能被哪些接收節(jié)點正確接收）。

（2）發(fā)送節(jié)點基于散列鄰域搜索快速選擇符合滿秩條件（可解條件下能從單個重傳數據分組中恢復丟失分組的接收節(jié)點數達到最多）的丟失分組或丟失分組組合。

（3）發(fā)送節(jié)點對選出的丟失分組組合進行異或（XOR）編碼，形成新的重傳分組并發(fā)送出去。

（4）發(fā)送節(jié)點基于鄰域關聯(lián)搜索進一步挖掘編碼機會，合并成多個關聯(lián)的重傳分組，經 XOR 編碼后發(fā) 送出去，并允許接收節(jié)點從多個重傳分組中恢復丟失分組。

（5）各接收節(jié)點從收到的重傳分組中解碼出自己的丟失分組。

HNS-NCORR 對丟失分組的調度、組合、編碼采用散 列鄰域搜索網絡編碼重傳策略。在重傳階段，HNS-NCORR 在完成機會中繼選擇后，判斷被選出的中繼節(jié)點是否存在分組丟失。若中繼節(jié)點存在分組丟失，則源節(jié)點首先重傳中繼節(jié)點的丟失分組，重傳時最大化組合滿足可解條件的其他接收節(jié)點的丟失分組，中繼節(jié)點和其他接收節(jié)點接收該重傳分組并解碼出各自的丟失分組，然后同步反饋接收狀態(tài)信息，源節(jié)點收到這些信息后更新自己的接收狀態(tài)表，直至中繼節(jié)點正確接收所有數據分組。若中繼節(jié)點不存在分組丟失或經重傳后中繼節(jié)點已正確接收所有數據分組，則源節(jié)點將接收狀態(tài)表信息發(fā)送給中繼節(jié)點，中繼節(jié)點收到該信息后生成自己的接收狀態(tài)表（該表只包含其他接收節(jié)點的分組接收狀態(tài)），并根據此表代替源節(jié)點重傳其他接收節(jié)點丟失的分組，直至其他節(jié)點成功接收所有數據分組，然后反饋重傳結束信息通知源節(jié)點進行下一組數據分組的傳輸。當其他接收節(jié)點從源節(jié)點和中繼節(jié)點都收到某重傳分組時，采用最大合并比解碼。

由于無線傳輸的不可靠性，重傳的分組仍會丟失。為了在重傳的分組中不再出現(xiàn)已被所有節(jié)點成功接收的數據分組，在每次重傳之前，HNS-NCORR 根據節(jié)點反饋的 接收信息更新接收狀態(tài)表（源節(jié)點重傳則更新源節(jié)點的接收狀態(tài)表，中繼節(jié)點重傳則更新中繼節(jié)點的接收狀態(tài)表）；然后根據新的接收狀態(tài)表，在余下的丟失分組中通過散列鄰域搜索和鄰域關聯(lián)搜索快速查找丟失分組組合，形成新的合并數據分組并編碼重傳。這種丟失分組更新機制由于調度組合時結合了最新的丟失分組信息，創(chuàng)造了更多的編碼機會，可以有效提高重傳效率。

3.3 HNS-NCORR 流程

如圖 4 所示，HNS-NCORR 的工作流程分為兩個階段：在初始階段，源節(jié)點連續(xù)發(fā)送 M個數據分組并判斷接收狀況，若這 M 個分組被所有節(jié)點成功接收，則發(fā)送之后的 M 個數據分組，否則進入重傳階段。在重傳階段，HNS-NCORR 首先根據分組接收情況和節(jié)點間鏈路狀態(tài)選擇機會中繼；若找不到中繼節(jié)點，源節(jié)點則采用散列鄰域搜索網絡編碼策略重傳所有節(jié)點的丟失分組；若找到中繼節(jié)點，則判斷該中繼節(jié)點是否已成功接收M個分組；源節(jié)點優(yōu)先重傳中繼節(jié)點的丟失分組，直至中繼節(jié)點成功接收所有分組，然后中繼節(jié)點代替源節(jié)點重傳其他接收節(jié)點的丟失分組。由于中繼節(jié)點具有更好的無線信道質量，因此能取得更好的傳輸增益。

圖4 HNS-NCORR 工作 流 程

4 數學分析

在有 N（N≥3）個接 收節(jié)點 的多 播網絡中，假 定 N 個接 收 節(jié) 點 的 分 組 丟 失 率 互 不 相 關 且 服 從 伯 努 利 分 布［10-12］，令 pi表 示 接 收 節(jié) 點 Ri（1≤i≤N）與 源 節(jié) 點 S 之 間 的 鏈 路 分組 丟 失 率 ，pm=max｛p1，p2，… ，pN｝，其 中 ，1≤m ≤N，令 λij為 接收節(jié)點 Ri和 Rj之間 的鏈路分組丟失率。當 M 足夠大 時 ，在初始階段的 M 次初始傳輸后，各個接收節(jié)點分別有 Mpi個數據分組沒有被正確接收，節(jié)點 Rm則是丟失分組最多的節(jié)點，丟失 Mpm個數據分組。在重傳階段，若各個接收節(jié)點每次正確接收都能獲取 1個原始分組，則每個接收節(jié)點正確 接 收 全 部 數 據 分 組 所 需 的 重 傳 次 數 為 Mpi／（1-pi）。由 于pm最大，可 以 得 到 Mpm／（1-pm）最 大 。

（1）當數據分組數 M 足 夠 大時，采用基 于 網 絡編碼的重 傳 方 法［9-12］，每 個 重 傳 分 組 都 可 以 看 成 鏈 路 分 組 丟 失 率最 大 的 接 收 節(jié) 點 與 其 余 N-1 個 節(jié) 點 丟 失 分 組 的 編 碼 組合，因此總 的 重 傳次 數 為 Mpm／（1-pm），由 分 組 丟 失 率 最 大的 節(jié) 點 決 定 。即 M 個 數 據 分 組 的 平 均 重 傳 次 數 TNC［10-13］可表示為：

（2）采用本文的 HNS-NCORR 方法，M 個數據分組的平均 重 傳 次 數 THNS-NCORR可 表 示 為 ：

代入 φ 和 w，并根據式（5）可得：

因 此 ，當 ?Pm、Pk、λkm滿 足 式 （7）時 ，HNS-NCORR 方 法比其他基于網絡編碼的重傳方法進一步減少了平均重傳次數，獲得了更高的傳輸效率。

HNS-NCORR 方法相對于其他網絡編碼重 傳方法的重傳增益為：

代入式（3）和式（4），可得：

當 pm、pk、λkm滿 足 式 （7）時 ，HNS-NCORR 方 法 就 能 獲得 正 重 傳 增 益 。當 pm遠 大 于 pk、λkm時 ，即 一 個 或 一 個 以 上接收節(jié)點與源節(jié)點之間的無線鏈路質量因干擾變得很差時，系統(tǒng)將獲得很大的重傳增益。

5 仿真與分析

HNS-NCORR 方法首先根據鏈路狀態(tài)檢測 機制計算源節(jié)點、各接收節(jié)點之間的鏈路分組丟失率，并根據鏈路分組丟失率進行機會中繼選擇，然后采用基于散列鄰域搜索網絡編碼方法進行重傳，重傳分為兩個階段：首先源節(jié)點重傳中繼節(jié)點的丟失分組，然后中繼節(jié)點代替源節(jié)點重傳其他 接 收 節(jié) 點 的 丟 失 分 組 。參 考 文 獻 ［11］提 出 了 改 進 的 網 絡編碼重傳方法 IONCR，該方法在單跳無線多播網絡中由源節(jié)點通過鄰域關聯(lián)搜索進行分組丟失組合和編碼重傳，并優(yōu)先重傳能讓最多接收節(jié)點恢復其丟失分組的單個重傳分組，在保持較低算法復雜度的情況下，相對 于 ARQ 直接重 傳 及 其 他 網 絡 編 碼 重 傳 方 法［16，17］，IONCR 能 取 得 更 好 的 重傳性能。為此，在相同的無線網絡環(huán)境下，本文直接比較了 HNS-NCORR 算 法 與 IONCR 算 法 的 重 傳 性 能 ，并 以 平均重傳次數作為重傳性能分析的評價指標。

仿真中，考慮實際應用環(huán)境，將分別考察兩種系統(tǒng)模型：在 系 統(tǒng) A 中，源節(jié)點 與 所 有接收節(jié) 點 的無線鏈 路 質 量都 較 好；在系統(tǒng) B 中 ，存 在 一個或一 個 以上接收 節(jié) 點 與 源節(jié)點之間的無線信道由于受到干擾導致高鏈路分組丟失率。當接收節(jié)點數 N=4 時，系統(tǒng) A、B 中源節(jié)點 、各接收 節(jié)點 之 間 的 信 道 參 數 如 下 （ 行 參 數 為 ［S R1R2R3R4］＇，列 參 數為［S R1R2R3R4］）：

為了 更好地進行 性能比 較，引入中間 系 統(tǒng) C，系 統(tǒng) C與系統(tǒng) B相近但節(jié)點受到的干擾較小。在系統(tǒng) B中，接收節(jié)點 R4受到干擾，與源節(jié)點之間的鏈路分組丟失率達到0.8。在系統(tǒng) C 中，接 收 節(jié) 點 R4受 到 的 干 擾 比 系 統(tǒng) B 小 ，與源 節(jié) 點 之 間 的 鏈 路 分 組 丟 失 率 為 0.6。在 3 個 系 統(tǒng) 中 ，根 據式（7）和式（1）確定 R1為最佳中繼節(jié)點，與式（10）～式（12）節(jié)點之間的鏈路質量情況相符。

圖5 比 較 了 N=4 時 3 個 系 統(tǒng) 中 HNS-NCORR 和IONCR 的重傳性能。從仿真結果可以看到，在 3 個系統(tǒng)中，HNS-NCORR 的 平 均 重 傳 次 數 都 要 少 于 IONCR，而 且 當 一個接收節(jié)點至源節(jié)點的鏈路質量變壞，出現(xiàn)高分組丟失率時，這種優(yōu)勢更加突出。在系統(tǒng) A、C、B 中，根據式（9）計算可 得 HNS-NCORR 相 對 于 IONCR 的 重 傳 增 益 分 別 約 為10%、80%和 300%，與 圖 5 中 仿 真 結 果 相 符 。 這 是 因 為HNS-NCORR 有效利用了信道質量最好的接收節(jié)點進行 重傳，當某個接收節(jié)點與源節(jié)點之間的信道變得很差而與機會中繼節(jié)點之間的信道保持較好的情況下，將大大提高重傳效率。

圖5 N=4 時不同網絡環(huán)境下（好、中、差）重傳性能比較

假 設 N=3 和 N=5 時 ，系 統(tǒng) A 和 系 統(tǒng) B 的 信 道 參 數如下：

圖6（a）和圖 6（b）分別比較了較好無線網絡環(huán)境和受干擾無線網絡 環(huán)境下，不 同 接收節(jié)點 數 時 HNS-NCORR 和IONCR 的重傳性能。從仿真結果可以看出，無論在哪種網絡 環(huán) 境 下 ，HNS-NCORR 的 重 傳 性 能 都 優(yōu) 于 IONCR。 這 是因 為 這 些 模 型 的 參 數 都 滿 足 式 （5） 的 條 件 ， 所 以HNS-NCORR 的平均重傳次數要少于 IONCR。 當網絡規(guī)模變大、接收節(jié)點數增加時，HNS-NCORR 能保持較穩(wěn)定的重傳性能，在較好的無線網 絡環(huán)境下，相對于 IONCR 有 10%左右的重傳增益；在受干擾較差環(huán)境下，某接收節(jié)點與源節(jié) 點 之 間 出 現(xiàn) 高 鏈 路 分 組 丟 失 率 時 ，相 對 于 IONCR 有300%左右的重傳增益。

圖6 不同環(huán)境下不同接收節(jié)點數的重傳性能比較

6 結束語

在單跳無線多播網絡中，現(xiàn)有的網絡編碼重傳方法普遍選用源節(jié)點進行丟失分組重傳，對節(jié)點之間無線鏈路的質量及其動態(tài)變化考慮不足，本文提出了一種基于散列鄰域 搜 索 網 絡 編 碼 的 機 會 中 繼 重 傳 方 法 ——HNS-NCORR，并分析了該方法適用的條件。HNS-NCORR 方法充分考慮了無線鏈路質量及其狀態(tài)的動態(tài)變化，利用網絡中具有更高鏈路質量的接收節(jié)點代替源節(jié)點進行丟失分組重傳，與現(xiàn)有的網絡編碼重傳等方法相比，能減少鏈路中斷率，獲得更好的重傳增益。仿真結果表明，HNS-NCORR 減少了平均重傳次數，提高了重傳效率，尤其當網絡中一個或一個以上接收節(jié)點因受到干擾導致高鏈路分組丟失率時，該方法的效果更加明顯。

［1］ STOJMENOVIC I.Machine-to-machinecommunicationswith in-network data aggregation， processing， and actuation for large-scale cyber-physical systems ［J］.IEEE Internet of Things Journal，2014，1（2）：122-128.

［2］ CHEN K C，LIEN S Y.Machine-to-machine communications：technologies and challenges ［J］.Ad Hoc Networks，2014 （18）：3-23.

［3］ QURESHI J，F(xiàn)OH C H，CAI J F.An efficient network coding based retransmission algorithm for wireless multicast［C］／IEEE 20th International Symposium on Personal，Indoor and Mobile Radio Communications，September 13-16，2009，Tokyo，Japan. New Jersey：IEEE Press，2009：691-695.

［4］ VIEN Q T， STEWART B G.An efficientcooperative retransmission for wireless regenerative relay networks［C］／2012 IEEE Global Communications Conference （GLOBECOM），December 3-7，2012，California，USA.New Jersey：IEEE Press，2012：4417-4422.

［5］ LEVORATO M，TOMASIN S，ZORZI M.Cooperative spatial multiplexing for ad hoc networks with hybrid ARQ：system design and performance analysis ［J］.IEEE Transactions on Communications，2008（9）：1545-1555.

［6］ HO T，MEDARD M，KOETTER R，et al.A random linear network coding approach to multicast ［J］.IEEE Transactions on Information Theory，2006，52（10）：4413-4430.

［7］TRAN T，NGUYEN T，BOSE B，et al.A hybrid network coding technique for single-hop wireless networks［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2009，27（5）：685-698.

［8］ SONG Q，LI Y，HE Z Q，et al.On reliable multicast with network coding ARQ for relay cooperation cells ［C］／75th IEEE Vehicular Technology Conference （VTC Spring），May 6-9，2012，Yokohama，Japan.New Jersey：IEEE Press，2012：1-5.

［9］ SOROUR S， VALAEE S.An adaptive network coded retransmission scheme for single-hop wireless multicast broadcast services ［J］.IEEE／ACM Transactions on Networking，2010，19（3）：869-878.

［10］WANG Y S， ZHANG Q Y.Anapproachonwireless broadcasting retransmission using network coding ［C］／／8th International Conference on Wireless Communications，NetworkingandMobileComputing （WiCOM）， September 21-23，2012，Shanghai，China.New Jersey：IEEE Press，2012：1-4.

［11］邵 鵬 飛，趙燕 偉，吳耀 輝，等. 多 播網 絡 中基 于機 會 網絡 編 碼改 進 的 重 傳 方 法 ［J］. 電 信 科 學 ，2015，31（4）：99-106. SHAO P F ，ZHAO Y W ，WU Y H ，et al.Animprovedretransmission approach based on opportunistic network coding in multicast networks［J］.Telecommunications Science，2015，31（4）：99-106.

［12］茍亮，張更 新，孫 偉，等. 無 線 網絡 中 基 于 機會 網 絡編 碼 的加權 廣 播 重 傳 ［J］. 電 子 與 信 息 學 報 ，2014，36（3）：749-753. GOU L，ZHANG G X，SUN W，et al.Weighted broadcasting retransmission based on opportunistic network coding in wireless networks ［J］.Journal of Electronics&Information Technology，2014，36（3）：749-753.

［13］FAN P，ZHI C，WEI W，et al.Reliable relay assisted wireless multicast using network coding ［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2009，27（5）：749-762.

［14］VIEN Q T，TRAN L N，HONG E K.Network coding-based retransmission for relay aided multisource multicast networks［J］. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking，2011（5）：1-10.

［15］方朝曦，李國勝，朱宇，等.一種基于聯(lián)合網絡編碼和信道解碼的 高 效率中繼技 術［J］. 電路與系統(tǒng) 學 報，2011，16（4）：120-124. FANG Z X，LI G S，ZHU Y，et al.A spectral efficient relaying scheme with joint network coding and channel decoding ［J］. Journal of Circuits and Systems，2011，16（4）：120-124.

［16］GOU L，ZHANG G X，SUN W，et al.WBRONC：efficient wireless broadcast retransmission based on opportunistic network coding［J］.Frequenz，2013，67（3／4）：117-125.

［17］盧 冀，肖 嵩，吳 成 柯. 一 種 基 于 機 會 式 網 絡 編 碼 的 高 效 廣 播重 傳 方 法 ［J］. 電 子 與 信 息 學 報 ，2011，33（4）：858-863. LU J，XIAO S，WU C K.A high efficiency retransmission approach based on opportunistic network coding ［J］.Journal of Electronics&Information Technology，2011，33（4）：858-863.

A hash-neighborhood-search-network-coding based opportunistic relay retransmission approach

SHAO Pengfei1，2，ZHAO Yanwei3，F(xiàn)ANG Zhaoxi2
1.College of Computer Science&Technology，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310023，China 2.School of Electronic and Information Engineering，Zhejiang Wanli University，Ningbo 315100，China 3.College of Mechanical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310023，China

In wireless multicast networks，it is rarely concerned that there may be certain receiving nodes which have better quality links both to the source node and to the other receiving nodes.A novel hash-neighborhoodsearch-network-coding based opportunistic relay retransmission approach was proposed.According to the packet reception status and channel quality，this novel approach dynamically selected the best suitable receiving node whose channel quality was better than the source node as a relay，then hash-neighborhood-search-network-coding strategy was used for the relay to retransmit other receiving nodes’ lost packets.Simulation results show that this novel approach can effectively reduce the number of retransmissions to improve the transmission efficiency with respect to the existing algorithms，especially when one or more of the receiving nodes are interfered and the quality of the channel between receiving nodes and source node continues to decline，this approach can achieve a high retransmission gain.

wireless multicast，network coding，opportunistic relaying，retransmission

s： The NationalNaturalScience Foundation of China （No.61379123，No.61401400）， Ningbo SocialDevelopment Foundation（No.2014C50006）

TN925

：A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016090

邵鵬飛（1978-），男，浙江工業(yè)大學計算機科學與技術學院博士生，浙江萬里學院電子信息學院副教授，主要研究方向為物聯(lián)網中的可靠傳輸和信息融合。

趙燕偉（1959-），女，浙江工業(yè)大學機械工程學院博士生導師、教授，主要研究方向為先進制造技術、現(xiàn)代物流系統(tǒng)智能配送與優(yōu)化調度、網絡環(huán)境下的數字制造技術等。

方朝曦（1982-），男，博士，浙江萬里學院電子信息學院副教授，主要研究方向為無線通信與網絡、物聯(lián)網工程。

2015-11-04；

2016-03-02

趙 燕 偉 ，zyw@zjut.edu.cn

國 家 自 然 科 學 基 金 資 助 項 目 （No.61379123，No.61401400）； 寧 波 市 社 會 發(fā) 展 基 金 資 助 項 目 （No.2014C50006）