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无线自组织网络的网络编码技术
2007年8月13日 08:55    通信世界网    评论()    阅读:
作 者:彭木根 王月新 王文博

    (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。

    (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,即加强对网络模型的提取和对网络无线传输容量的细致研究。这一研究不但在确立无线网络传输性能极限上具有重要的理论意义,而且对如何把网络编码应用于无线网络中有着根本的指导作用。

    目前,网络编码是国际信息论和网络理论领域所关注的热点,相关的研究人员如Medard、Effro和Yeung等人已经在建立网络编码的数学描述方法等方面作了大量的工作,得到了有线网络中利用网络编码实现最大流传输的若干判定定理。然而,他们的工作主要是集中在具有固定拓扑结构和容量的有线网络上,对网络编码在无线网络中的应用涉及得较少。由于有线网络中的带宽资源相对丰富,并且超高速传输对于处理的复杂度限制较低。而对于无线自组织网络,原有的关于有线网络的固定特性也不适于在任意端到端之间构造相应的网络编码,难于适合网络拓扑的变化。因此网络编码在无线网络中的应用还面临着很多独特的问题。

    关于网络编码的复杂度,Koettor在文献[5]中证明,应用他们的算法,所用编码系数的符号集大大小于log2(mh +1)。其中h 是广播的流量,m是收点的数目。

    Fragouli[9]将其缩小到 2m-7/4+1/2。在文献[10]中,作者系统地研究了网络编码的线性可解性和符号集大小的关系,并指出在某个符号集上有解的广播网络编码,在更大的符号集上未必可解。

    在一个广播会话中,不是所有的中继节点都要对输入信息进行编码处理,只需在必须编码的节点处进行即可。这些必须编码的节点叫做编码节点,在编码节点处编码后的信息输出的链路叫做编码边。在文献[11]中,Langberg等人给出了一个广播网络中编码边数的上界和下界。不幸的是,他们还证明了确定编码边数的最小值是个非线性编程-硬(NP-hard)问题。这表明,在目前任何寻找编码节点和编码边的有效算法都只能是近似的。尽管如此,选择性的编码比在所有节点都进行编码的方法系统开销还是要小得多。Fragouli[9]提出了一种子树分解算法来寻找编码节点。

[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  编 辑:张翀
关键字搜索:无线自组织网络  协同  网络编码  
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