潘秋琪++ 高小龙

摘 要：该文研究了海量无线终端场景中的高效数据广播问题。提出了一种有限反馈随机网络编码自动重传请求（Finite feedback Random Network coding Automatic Repeat reQuest，FRNARQ）方案。通过设计最优度反馈机制，有效降低海量无线终端数据广播系统的反馈负载，并利用有限随机网络编码进一步降低数据包平均传输次数。数值仿真表明，与部分反馈选择性自动重传请求方案（Partial feedback Selective ARQ， PSARQ）和网络编码自动重传请求方案（Network coding ARQ， NARQ）相比，FRNARQ能够在保证数据包平均传输次数较小的前提下，有效降低系统的反馈负载，提高数据广播效率。

关键词：广播通信 随机网络编码 有限反馈 最优度反馈

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（c）-0086-02

物联网通信场景具有设备数量多，设备能量有限的特点，物联网广播通信会带来以下两个问题[1]：（1）系统的反馈信息数随着接收端数量的增加而增加，而系统的反馈信道数是有限的，大量的反馈信息会给系统带来“反馈风暴”，甚至会导致系统瘫痪；（2）系统的广播效率随着接收端数量的增加而降低。

为了解决上述两个问题，该文提出了一种有限反馈随机网络编码自动重传请求方案FRNARQ，在重传阶段传输为随机网络编码数据包。每一个接收端仅仅需要反馈一个参数，即通过自身数据包不完整度PIR来确定的本地最优“度”（网络编码数据包中原始数据包的个数），而不必为每一个丢失的数据包反馈一个NACK信息。其次，提出了一种最优度确定准则，用于在接收端确定重传网络编码数据包最优度。最后，针对FRNARQ方案的广播效率和反馈负载性能进行了理论分析，计算机数值仿真结果证实了所提FRNARQ方案的有效性。

1 FRNARQ方案

该文提出的FRNARQ方案，一方面维持反馈负载在一定的水平，另一方面最大化广播效率。具体来说，该策略可以分为广播阶段、反馈阶段和重传阶段3个方部分[2]。

（1）广播阶段。基站分别发送N个原始数据包。（2）反馈阶段。反馈信息的类型可以分为两种：第一种是结束ACK，接收端通过向基站反馈结束ACK告知自身已经完成对全部原始数据包的接收。第二种称为指示ACK，用于接收端没有完成接收的情况下向基站指示自身需要何种重传数据包。（3）重传阶段。基站在收到全部接收端发来的指示ACK后确定全局最优度，然后根据最优的度生成下一个重传阶段内所有随机网络编码重传包。

当重传数据包确定下来，基站将这些数据包连同采用的度G一起广播。丢失原始数据包的接收端收到这些数据包，同时确定G的值。根据G值，接收端可以使用同步随机序列发生器获得重傳数据包的编码向量，恢复丢失的原始数据包[3]。

2 仿真验证

首先假设基站广播的数据包的数目N=100，接收端是数量M=1 000，设备的误包率。

将FNARQ方案与传统的SARQ和NARQ方案进行对比，图1和图2分别反映了3种方案的数据包平均传输次数和反馈总信息数对比。从图1中可以看出，FRNARQ在整个信噪比区间上的数据包平均传输次数好于PSARQ和NARQ，FNARQ可以取得很好的系统性能。从图2中可以看出来，PSARQ和NARQ发送相同多的反馈信息，而FRNARQ发送的反馈信息总数最少，约为前两者的1/5，这表明FRNARQ方案在减少反馈信息总数方面取得了明显的效果。

3 结语

该文考虑物联网海量终端广播场景中数据高效传输问题，提出有限反馈随机网络编码的广播重传方案FRNARQ。仿真结果表明，在M=1 000，N=1 00，CR=0.95，P=0.18的条件下，反馈负载相比于PSARQ和NARQ减小了约80%，同时广播效率，尤其在设备数量较大且信道衰落严重的情况下，优于NARQ。该文分析了提出的FRNARQ方案的广播效率和反馈负载性能，并给出了近似分析结果，同时仿真结果与理论结果的一致性也验证了FRNARQ方案的优越性。

参考文献

[1] 张锐，赵增华，张烨彬，等.无线Ad hoc网络中基于网络编码的数据广播协议[J].计算机应用研究，2011（7）：2616-2620.

[2] 葛进峰，白光伟，沈航.基于网络编码的无线网络低冗余数据广播协议[J].计算机工程与设计，2016（1）：26-30.

[3] 赵伟，袁超伟，张金波.MIMO广播有限反馈系统中联合预编码方法[J].北京邮电大学学报，2012（2）：24-27.