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无线环境下的网络编码

蒲威  
【摘要】:网络编码理论自2000年左右被R.Ahlswede,N.Cai,S.-Y R.Li,以及R.w.Yeung联合提出以来,在信息论领域受到了极大的关注。网络编码是C.E.Shannon信息论中点到点编码理论在网络环境下的扩展。在当今的通信系统中,节点内部处理信息的代价已经越来越低,然而有限的带宽资源正面临着越来越多的通信需求,网络编码正是利用低代价的节点内部的信息处理操作来换取更大的网络吞吐量。由于其普适性和广阔的应用前景,这一理论一经提出就迅速成为网络通信领域研究的热点。然而,网络编码存在两方面的问题有待解决。其一,由于网络编码源于信息论中的编码理论分支,其所用的网络模型过于理想化。实际通信网的拓扑结构和信道状况与理论模型有很大差异。这种差异若不妥善解决,会极大的影响网络编码所能带来的吞吐量增益。其二,线性网络编码假设底层的支撑网络由无损链路连接。当前无线通信与无线网络技术正蓬勃发展,无线信道的衰落特性和广播特性,给网络编码理论在无线环境下的应用提出了巨大的挑战。本课题将网络编码理论与无线网络的物理层和数据链路层技术相结合。重点是发现和解决两种技术互相融合时所面临的关键问题。论文主要阐述了三项创新性的研究成果。 ●研究成果一将网络编码作为物理层中继通信的关键技术。提出了在中继节点进行基于“软比特”的连续域上的网络编码,称之为连续网络编码。这种全新的编码策略在中继节点最大限度地保留了有用信息,抑制了错误扩散。文中不仅研究了连续网络编码的原理与应用,还针对这种新框架给出了最优码字设计方法。 ●研究成果二研究网络编码对网络的服务质量保证(QoS)所产生的影响。文中利用大偏差理论(Large Deviations Principle,LDP)给出了在统计QoS约束下,最优的网络编码所需满足的条件。依据该条件,文中给出了如何确定在QoS约束下最优网络编码码字的实用算法。 ●研究成果三将网络编码理论进行了重要扩展。本文首次将编码理论和排队论放在一个统一的框架下进行研究。在同时保持编码端和解码端队列稳定的约束条件下,从理论上给出了可以支持最大吞吐量的网络编码和调度算法所需要满足的一般形式。这一研究成果是刻画无线环境下多播通信最本质的原理,为下一代无线多播系统的协议设计打下了重要的理论基础。


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