網(wǎng)絡(luò)編碼在無(wú)線通信中的應(yīng)用研究.pdf

1、1956年，Elias、Feinstein和Shannon指出：“通信網(wǎng)絡(luò)端對(duì)端的最大信息流是由網(wǎng)絡(luò)的最小割決定的”，但是傳統(tǒng)路由器的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式根本不可能達(dá)到香農(nóng)最大流最小割定理的上界。直到本世紀(jì)初，香港中文大學(xué)的R.Ahlswede等人在IEEE Transactions on Information Theory上發(fā)表了一篇題為Network information flow的文章中，基于網(wǎng)絡(luò)信息流的概念提出了網(wǎng)絡(luò)編碼的思想。他們

2、指出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)不同的信息流進(jìn)行編碼組合，可以獲得網(wǎng)絡(luò)組播速率的最大流限，而通過(guò)傳統(tǒng)的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)不能獲得該最大流限。
　　 為了研究網(wǎng)絡(luò)編碼在無(wú)線通信系統(tǒng)中的性能，從網(wǎng)絡(luò)編碼的構(gòu)造方法入手，分析了線性網(wǎng)絡(luò)編碼、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼和代數(shù)型網(wǎng)絡(luò)編碼的具體實(shí)現(xiàn)，尤其對(duì)隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼做了深入研究，并通過(guò)實(shí)際例子進(jìn)行詳細(xì)論述。在以上理論工作的基礎(chǔ)上，接下來(lái)研究了網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用在幾種無(wú)線通信環(huán)境下的性能增益，構(gòu)造通信系統(tǒng)模型，提出不同的算法，設(shè)置不

3、同的參數(shù)環(huán)境，論證網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用性能，得到理論結(jié)果，并仿真驗(yàn)證。主要結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 研究網(wǎng)絡(luò)編碼在中繼網(wǎng)絡(luò)及協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中的性能，設(shè)計(jì)了三種Turbo式網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并分別與不使用網(wǎng)絡(luò)編碼的相應(yīng)系統(tǒng)性能作比較，突出了網(wǎng)絡(luò)編碼帶來(lái)的誤碼性能增益。
　　 在此基礎(chǔ)上，提出信道編碼與網(wǎng)絡(luò)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)的模式應(yīng)用在協(xié)作分集通信中的觀點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)編碼可以與LDPC碼、卷積碼以及空時(shí)碼等聯(lián)合編碼，帶來(lái)誤碼性能及吞吐量等方面的

4、進(jìn)一步改善，并給出了仿真驗(yàn)證。
　　 重點(diǎn)論述了網(wǎng)絡(luò)編碼在分布式存儲(chǔ)中的性能，針對(duì)分布式存儲(chǔ)中的一個(gè)重要參數(shù)-信源節(jié)點(diǎn)的度，從理論的角度推導(dǎo)出信源節(jié)點(diǎn)的度與恢復(fù)數(shù)據(jù)所需查詢的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)量之間的折衷關(guān)系，并給出了相應(yīng)的定理和公式。這一理論公式也直接體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)編碼代價(jià)及其帶來(lái)的增益之間的折衷關(guān)系，具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
　　 最常用在分布式存儲(chǔ)中的碼型是糾刪碼（erasure code），如RS碼、數(shù)字噴泉碼（LT碼，Rapto

5、r碼）。針對(duì)這些碼型的局限性以及網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)勢(shì)，研究了網(wǎng)絡(luò)編碼在分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用。以傳感器網(wǎng)絡(luò)模型為例，對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施網(wǎng)絡(luò)編碼所帶來(lái)的系統(tǒng)能耗、吞吐量等方面的增益做了深入研究，設(shè)置不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，分析了幾種仿真參數(shù)下的性能，論證了網(wǎng)絡(luò)編碼在分布式存儲(chǔ)中富有潛力的應(yīng)用前景。
　　 為了分析隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼在無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行文件共享時(shí)的性能增益，分三種情況仿真：上傳數(shù)據(jù)受限且MAC層理想無(wú)沖突情況下，闡明了隨機(jī)線性網(wǎng)