无线自组织网络的网络编码技术

《无线自组织网络的网络编码技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、无线自组织网络的网络编码技术～教育资源库　　网络编码作为一种新的技术在宽带无线自组织网络中有很好的应用，通过网络编码，中间节点可以将接收信息进行编码并发送出去，提高了网络吞吐量和健壮性。为不对现有网络的软硬件设备和相应的协议做很大的修改，可以选择在高层实现网络编码。无线传感器网络、无线格状网(Mesh)等无线自组织网络都可以使用网络编码技术显著提高多跳链路的传输性能。目前网络编码的研究热点集中在网络编码节点选取方案、网络编码算法的设计、网络编码复杂度分析、网络编码的性能分析、网络编码与系统安全性分析、网络编码在无线分布式网络

2、中的应用等方面。　　宽带无线多跳通信系统的设计目标是在充分利用有限的无线网络资源的前提下，使各接收节点能快速收到完整信息。如何提高多跳自组织无线网络的性能，一直是业界研究和关注的重点。　　1网络编码技术原理　　网络编码(Net,Xm)，则这个节点可以通过选定编码系数h1hm和运用算式1234下一页友情提醒：，特别！得到新的信息包(g',X')，编码向量g'可以通过直接的代数计算得到，该过程可以在若干个节点中重复操作。　　2.2解码过程　　假设节点接收集合为(g1,X1)(gm,Xm)，为了恢复原始信息

3、，需要求解{｝的m个等式中的n个未知数Mi，恢复所有数据要求M≥n，也就是说接收包的个数至少为原信息的个数。而有些线性组合可能是线性相关的，M≥n并不是充分条件，但却是网络编码的重要条件。　　解码需要求解一组线性方程。实际中，可以应用高斯消去的方法：节点存贮编码向量以及编码之后的结果，以行向量的形式，存储在所谓解码矩阵中。最初，解码矩阵中只包含未经该节点编码的包以及与之相对应的编码向量(如果有的话)，否则为空。当接收到一个已编码包后，会从中抽取它的编码向量以及编码结果，放入到解码矩阵中。解码矩阵会经过等价变换变成

4、行阶梯型，最终变成行最简型。所收到的某一个包如果可以增加矩阵的秩，则称之为更新包，如果所收到的包是非更新的，它可以通过等价变换变为全零，从而可以忽略。当解码矩阵变换成最简型后，方程组得解。这种情况发生在当接收到n个线性独立的编码向量之后。　　2.3线性组合方案　　设计网络编码的问题在于每个节点如何进行编码组合，目前在算法设计上，可以分为确定性编码和随机编码两种方案。　　(1)确定的编码方案　　Yeung[3]提出了线性网络编码的叠代实现方法，通过分析网络结构，根据节点的输入输出个数设计相应的局部编码向量，用迭代的方式得到全局

5、编码向量，从而实现网络编码;Koettor[5]则提出了较为完备的线性网络编码的代数实现。但他们的方法运算量太高。于是Jaggi[6]等人又提出了一种确定多项式-时间的编码设计算法，可以为特定的广播网络找到可行的网络编码，目前已有对此算法的各种改进。　　确定性的编码方案由于每个节点应用的都是固定的编码向量，因此网络中传递的数据中只需要包含信息向量，节省带宽，并且所需的符号集比较小;但确定性的网络编码需要了解全网的情况，复杂度比较高，难于分布式地实现。一旦网络拓扑结构发生了变化，就必须对整个编码方案进行修改，鲁棒性比较差。　　

6、(2)随机编码方案　　由于确定性网络编码的以上缺点，Ho和Medard等人[7]提出了随机编码的概念，随机编码是让网络中的节点以完全独立的分布式方式，随机选取编码系数，对输入信息编码，并把这组随机向量作为报头的一部分发送给收点，以便于解码。已经证明，当符号集为无穷大时，采用随机编码，系统传输矩阵满秩的概率为1。　　随机编码可以分布式地实现，并可增加保密性。文献[5]提出的代数实现的框架指出，线性网络编码可以通过随机编码有效地构建。Chou[8]应用随机编码，提出了第一个实用的网络编码方案。为了保证随机编码成功概率，编码向量的

7、符号集必须足够大，这可能会增加数据包头部的负担，因此符号集的大小必须仔细选择。　　3网络编码研究现状　　前期网络编码研究的背景主要是基于有线网络的，逐步深入的研究展示了网络编码扩展到无线网络中的广阔前景。但是在网络编码的理论和应用方面，无线自组织网络与有线网络有着显著的差别，这主要是由无线自组织网络的结构特征和无线传输信道的时变衰落特性决定的。与通过电缆或者光纤等可靠媒介形成固定而独立连接的有线网络不同，无线自组织网络的节点在分布上具有多维空间上的随机特性，节点之间的连接因受节点移动或节点分布地域的限制，不但具有时间域上的时

8、变特性而且在空间域上具有相互制约的相关性，在信号传输上受到时变衰落信道的影响具有时间域上的随机性和不可靠性。所以把网络编码从有线网络推广到无线自组织网络，用来提高无线网络传输的有效性和可靠性，一个首要的问题就是对承载传输业务的无线自组织网络的结构特性和传输特性进行深入透彻的认识，即加强对网