前向纠错在高波动性网络中的应用研究

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1、申请上海交通大学硕士学位论文前向纠错在高波动性网络中的应用研究学校上海交通大学院系电子信息与电气工程学院专业通信与信息系统硕士生：段涛学号：1070349131导师：孙军教授2013年12月万方数据ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterResearchofFECcodesbasedunderunstablenetworkAuthor:TaoDUANAdvisor:Prof.JunSUNSchoolofElectronicsandElectricEn

2、gineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.China第II页万方数据第III页万方数据第IV页万方数据摘要前向纠错(FEC)方式可以有效提高网络数据传输的可靠性。FEC方式由于具备延迟小、不存在反馈线路等优势，因而特别合适一对多的数据广播和实时性要求较高的场景，在当今的互联网应用中得到了越来越多的关注和推广。论文在介绍FEC编码中较为常用的RS码和喷泉码的基础上，验证了FEC在高波动性网络中的传输性能，并针对Internet和3G多线路传输提出了ARQ-Raptor多线路传输方案。论文首先介绍了

3、已受到广泛应用的Reed-Solomon编码的编解码原理。RS码作为经典的FEC编码，具有运算复杂度低，便于硬件实现的优点，可以应用于Internet和3G网络传输中的纠错。传统RS码是针对二进制对称信道(BSC)而设计的，论文针对Internet传输环境对RS码进行了改造，使其适应删除信道，进一步提高了数据恢复能力，并引入了卷积交织码以分散单个丢包对数据产生的损伤。论文还介绍了喷泉码的研究现状和编解码原理。喷泉码的不但译码算法简单，而且具备非常重要的码率无关性，能够自适应复杂的传输环境。因此，喷泉码作为较先进的一种FEC编码，有着广泛的研究和应用

4、前景。随后论文对高波动性网络条件下RS码和Raptor码的实际传输效果进行了仿真实验。仿真表明，对于高波动性网络中的UDP传输，RS码会很快失去纠删能力，而使用Raptor码能以较低的解码开销获得稳定的解码成功率。由于在Internet和3G网络传输中可以引入少量反馈对传输情况进行控制，论文接着提出了一种基于弱重传策略的ARQ与喷泉码混合网络传输算法ARQ-Raptor。与另一种结合了ARQ和FEC的传输方式HARQ相比，本文提出的传输算法并不追求重建全部数据；而是在即时传输的基础上，以较小规模重传来进一步提高传输的可靠性。仿真实验表明，该传输方式

5、适用于利用3G/wifi进行音视频流直播和网络电话等业务场景。最后，论文介绍了利用多传输线路进行数据传输中面临的问题。由于在3G设备中，单条传输线路传输存在速率的瓶颈，所以采用多卡多线路传输能有效的提高传输速率和可靠性。论文在ARQ-Raptor传输算法的基础上提出了ARQ-Raptor多线路传输方案。该方案结合ARQ和FEC方式的优势，并充分利第V页万方数据用多条传输线路的带宽。论文详细分析了系统中各个参数的选取对整个传输过程可靠性和延迟的影响，并建立了利用该方案进行流媒体传输的仿真系统。3G网络上的多线路视频传输实验表明，该方案在多线路传输应用

6、中可以充分利用多个线路的带宽，且传输的可靠性明显高于单独使用Raptor码。论文还分析了针对文件传输的ARQ-Raptor改造方案，并指出了其中存在的几个可改进点。关键词：FEC；Reed-Solomon码；喷泉码；Raptor码；多线路传输第VI页万方数据AbstractForwardErrorCorrection(FEC)isaneffectivemethodtoimprovereliabilityinNetworktransmission.FECisquitesuitableforInternetBroadcastingandreal-tim

7、etransmissionbecauseithasrelativelylowdelayandrequiresnofeedback.ItiscurrentlywidelyappliedinthefieldsofDigitalVideoBroadcastingandInternetCommunication.BasedonstudiesofRScodeandDigitalFountainCode,decodingperformancesaresimulatedunderhighlossrate.Lateramulti-channeltransmissi

8、onschemethatcombinesARQandDigitalFountainCodeisstudied.Firstl