1.2 Análisis del rendimiento del código LT para aplicaciones en el espacio profundo
Del análisis anterior se desprende que el código LT tiene un método de codificación y descodificación sencillo y una sobrecarga de descodificación pequeña. Cuando el número de paquetes de datos es superior a 10°, sólo se necesita 5% de información redundante para garantizar un elevado éxito de descodificación. Tasa. Sin embargo, en la comunicación en el espacio profundo, el tiempo es prolongado, la tasa de error de bit es alta, y la gran longitud del código aumentará el retraso de codificación y decodificación y requerirá un mayor espacio de almacenamiento. Por lo tanto, los códigos cortos y los códigos LT largos tienen más posibilidades de aplicación en las comunicaciones espaciales profundas, pero en el caso de los códigos cortos y los códigos LT largos, se requiere una redundancia de codificación de al menos 50% para lograr una tasa de éxito de decodificación profunda.
La tasa de fallos de descodificación necesaria para la comunicación aire-aire es del 10~*. Aumentar la redundancia de codificación consumirá más potencia de transmisión, lo que limitará su desarrollo en las comunicaciones en el espacio profundo.
El método de selección aleatoria de paquetes de datos del código LT requiere un grado mayor para garantizar la tasa de éxito de la descodificación, lo que aumentará la complejidad de codificación y descodificación. Al mismo tiempo, el algoritmo BP utilizado en la descodificación del código LT es en realidad un algoritmo subóptimo. Detiene la descodificación cuando no hay ningún paquete de codificación con grado 1, desperdiciando parte de la información de codificación, lo que equivale a una mayor caché requerida para la transferencia de archivos y retraso en la descodificación, lo que no es adecuado para sistemas de comunicación en el espacio profundo con energía y espacio de almacenamiento limitados. Por lo tanto, basándose en el entorno de comunicación del espacio profundo, este artículo optimizará el código LT de longitud de código corta tanto desde el punto de vista de la codificación como de la descodificación para obtener el código OLT y, a continuación, propondrá una estrategia de transmisión de datos adecuada para el entorno de comunicación del espacio profundo.
2 Código OLT
2.1 Proceso de codificación del código OLT
Supongamos que el número de paquetes de datos es k, fijemos los primeros h grados en 1 y asignemos la probabilidad de selección del grado 1 a los demás grados. Para simplificar, en este artículo se asigna la probabilidad del grado 1 al grado 2 y, a continuación, se seleccionan cíclicamente paquetes de datos para su codificación. En la primera ronda de codificación, asignar el grado 1 a los k primeros grados equivale a copiar directamente h paquetes de datos al paquete de codificación en secuencia. En la segunda ronda de codificación, se siguen seleccionando grados según la función de distribución de grados, y también se seleccionan paquetes de datos en orden. El diagrama de codificación se muestra en la Figura 2. Supongamos que hay 10 paquetes de datos, el número de paquetes de codificación es 15, y los grados son 1,1,1,1,1,ti,1,1,1,3,5,3,2, 2, entonces los 10 primeros paquetes codificados se copian de 10 paquetes de datos respectivamente, el 11º paquete codificado se obtiene por el XOR de los paquetes de datos 1, 2, y 3, y el 12º paquete codificado se obtiene de 4, 5, 6, 7, el paquete de datos nº 8 se XORiza, y así sucesivamente para el resto.
El proceso de codificación específico del código OLT es el siguiente:
1) Dividir los datos de origen en k paquetes de datos, cada paquete de datos tiene un tamaño L y se numera de 1 a k en secuencia;
2) Ajuste el grado de los primeros paquetes de codificación é a 1, empezando por el primer paquete de datos, seleccione los paquetes de datos en secuencia y cópielos en los paquetes de codificación correspondientes;
3) Según la distribución de grados dada, determine el grado d;
4) Seleccionar cíclicamente d paquetes de datos para la operación XOR para generar un paquete codificado;
5) Repetir 3)~4) para obtener un cierto número de paquetes de codificación. 2.2 Proceso de descodificación del código OLT
El algoritmo GE es un método de descodificación universal para códigos fuente y es adecuado para varias palabras clave. Suponiendo que el extremo receptor recibe n paquetes de codificación, cada paquete de codificación representa una ecuación lineal con h entradas desconocidas, entonces todo el proceso de decodificación puede ser visto como n ecuaciones resolver conjuntamente un sistema de k ecuaciones incógnitas, como se muestra en la ecuación (4) Mostrar:
×X=N
(4)
Entre ellas: H es la matriz generadora después de eliminar el canal, el tamaño es nxk; vector.
Los pasos del algoritmo GE son los siguientes:
1) Expandir la matriz H en una matriz aumentada H' que contenga el vector de información recibida N, H' = [H/N].
2) Utilizar la transformación elemental de filas matriciales para transformar la matriz H en esta matriz aumentada H'
Sustitúyala por la matriz unitaria I, entonces H'= [I/N'].
3) Si la matriz unitaria I tiene el rango completo, la descodificación se realiza correctamente y el resultado es N'. Si la matriz unitaria no está llena de rango, significa que la información recibida es insuficiente y la descodificación falla. El extremo receptor sigue recibiendo información y pasa a la siguiente ronda de descodificación. .
El algoritmo GE puede aprovechar al máximo los paquetes de codificación recibidos correctamente en el extremo receptor, y la tasa de éxito de la descodificación es superior a la del algoritmo BP. Su complejidad computacional O(nk) aumenta rápidamente con el incremento del número de paquetes de datos, por lo que no es adecuado para el funcionamiento de códigos medios y largos.
En resumen, este trabajo propone un algoritmo de descodificación conjunto, que utiliza el algoritmo BP y el algoritmo GE juntos para combinar las ventajas de ambos con el fin de aprovechar al máximo la información de codificación y mejorar la tasa de éxito de la descodificación reduciendo al máximo la complejidad computacional.
El flujo del algoritmo de descodificación es el siguiente:
1) Tras recibir un cierto número de paquetes de codificación, el extremo receptor genera una matriz de codificación y utiliza el algoritmo BP para la descodificación. Si todos los datos de origen se descodifican correctamente, se pasa a 3); en caso contrario, se pasa a 2).
2) Organizar los paquetes de código no descodificados y obtener la matriz de codificación entre los paquetes de datos no descodificados y los paquetes de código correspondientes. Utilice el algoritmo GE para la descodificación. Si la descodificación tiene éxito, pase a 3); de lo contrario, continúe recibiendo el paquete codificado.
3) La descodificación tiene éxito y el proceso de transmisión de datos finaliza. 3 Estrategia de transmisión de datos en el espacio profundo basada en el código OLT
Este artículo propone una estrategia de transmisión de datos en el espacio profundo basada en el código OLT. El emisor codifica el archivo de datos con código OLT para obtener el paquete de datos con código OLT. La definición del formato del paquete de datos de código OLT se muestra en la Figura 3.
El paquete de datos de código OLT consta de cabecera de trama y campo de datos. En la cabecera de trama, cuando el código OLT está marcado como О, se trata del modo de transmisión normal; cuando el código OLT está marcado como 1, se trata del modo de transmisión de código OLT. En el campo de datos, cuando el modo de transmisión es el modo de transmisión de código OLT, el campo "offset" se cambiará por el campo "grado", lo que indica que el paquete está codificado por varios paquetes de datos originales, seguidos de los paquetes de datos que componen el paquete. Número de serie y, a continuación, paquete de codificación.
La estrategia de transmisión de datos en el espacio profundo basada en el código OLT se muestra en la Figura 4. Las principales etapas son las siguientes:
1) El extremo emisor envía una Unidad de Datos del Protocolo de Metadatos (MPDU) para informar al extremo receptor de diversos parámetros de transmisión, como el tamaño del archivo que se va a transmitir.
2) El extremo emisor establece la redundancia de envío máxima del archivo, comienza a dividir el archivo y a codificar el código OLT, y genera el paquete de codificación. Encapsula el paquete codificado como información de datos en un paquete de datos de código OLT y lo envía al extremo receptor, y luego espera la información de respuesta del extremo receptor.
3) Tras recibir la MPDU y un cierto número de paquetes de datos codificados OLT, el extremo receptor utiliza un algoritmo de descodificación conjunto para descodificar los paquetes codificados basándose en la información de cabecera de la trama. Si la descodificación falla, se devuelve la información de fallo y se sigue recibiendo y descodificando la información de codificación; si la descodificación tiene éxito, se envía una PDU Finalizada para notificar al extremo emisor que la recepción se ha realizado correctamente.
4) Después de que el extremo emisor recibe la información de fallo de descodificación, codifica de acuerdo con la información y continúa enviando el paquete de código OLT y pasa a 3); después de recibir la PDU Finished, detiene la codificación y el envío, libera los recursos y envía la confirmación ACK para liberar los recursos. transmisión.
4Simulación y análisis del rendimiento
Este artículo construye una plataforma de simulación basada en Matlab, simula y verifica el rendimiento del código OLT y la estrategia de transmisión de datos en el espacio profundo, y compara la estrategia de transmisión de datos en el espacio profundo con CFDP.
4.1 Análisis de simulación del rendimiento del código OLT
En primer lugar, se simula la tasa de éxito de descodificación del código LT y del código OLT bajo diferentes tasas de pérdida de paquetes cuando la redundancia de codificación es cierta. La función de distribución de grados utilizada en la simulación es la distribución de onda solitaria robusta, los parámetros se establecen en e=0. 1,8 = 0,005, el número de paquetes de datos es 1000, la redundancia de codificación es 30%, y el número de simulaciones es 1000. Los resultados de la simulación se muestran en la Figura 5. En la Figura 5 se observa que, con diferentes tasas de pérdida de paquetes, la tasa de éxito de descodificación del código OLT es superior a la del código T; a medida que aumenta la tasa de pérdida de paquetes, la probabilidad de éxito de descodificación del código OIT y del código LT no disminuye. Sin embargo, la tasa de éxito de descodificación de los códigos OLT disminuye lentamente. El algoritmo de descodificación conjunta puede mejorar eficazmente la tasa de éxito de descodificación en las mismas condiciones.