网络编码在无线网络中应用
网络编码技术在无线通信领域中的应用
网络编码技术在无线通信领域中的应用作者:张菊梅刁淑玲杨海英王晓东来源:《数字化用户》2013年第04期【摘要】本文通过从物理层角度对无线网络中网络编码与其他应用技术相联合进行分析,如将其与MIMO等相结合,充分利用冗余度,提高系统吞吐量,并根据未来网络的复杂环境阐述了其进一步的研究方向。
【关健词】网络编码无线通信联合网络编码是网络中为了提高网络吞吐量以及节省更多网络宽带而通过网络中继节点对网络信息流进行的存储或转发基础上实行的编码操作。
网络编码作为无线通信领域中的关键技术之一,对于节省网络空间的消耗以及频谱资源的利用率提升方面显示出了其重要的作用。
随着多径衰落等不利因素的影响下,在无线网络中如何进行网络编码方案的设计是当前我们面临的最具挑战性的一个问题。
一、联合网络编码技术随着无线通信领域的发展以及对网络编码技术的深入研究,对于在网络通信中如何获取更大网络吞吐量以及均衡网络负载和提升宽带利用率等方面网络编码技术无疑都发挥了非常重要的作用。
通过对网络编码技术与无线通信的其它应用技术相融合,对于提升无线网络环境和空间质量起到了重要的作用。
(一)网络编码与信道编译码的联合通过对网络编码技术与信道编译码技术融合获得了最佳的抗噪性能从而确保能够达到最大的信道容量。
联合编码技术利用中继传输中的冗余度来获取到分集增。
联合编码技术在网络能量和资源消耗、提升信道容量以及规避错误编码率方面都显示出了极强的优势,通过联合编码技术的应用,极大的降低了由信道噪声影响下带来的失真问题。
(二)网络编码与协作分集技术的联合协作分集技术是为了克服无线信道衰落问题而通过在多用户环境下,为其天线用户以及协作伙伴同步进行信息发送的服务,协作分集技术是通过对无线网络中继节点的协作,从而形成虚拟的天线系统而获得最大的分集增益率。
另外,在获取协作分集增益最大化效率的基础上,与网络编码技术进行结合还能获得网络编码的增益。
其联合编码技术通过在相互协作传输过程中,对无线网络中的信源节点和终端节点进行相应中继的放置,对于提高网络数据传输速率以及改善无线通信网络的抗衰落性能方面都有较为明显的作用,联合技术的应用极大的提升了无线网络资源效率和增加了无线通信系统容量。
网络编码及其在通信中的应用研究
网络编码及其在通信中的应用研究摘要:网络编码是通信网络中信息处理和传输理论研究上的重大突破,其核心思想是允许网络节点对传输信息进行编码处理。
运用网络编码能够提升网络吞吐量、均衡网络负载和提高网络带宽利用率等。
本文介绍网络编码的基本原理以及主要优缺点,总结了网络编码的几种典型应用。
关键词:网络编码原理应用2000年,网络编码的概念在被提出后就得到了广泛地关注。
网络编码融合了路由和编码的概念,使网络节点不仅可以对数据进行存储转发,还可以进行编码处理,已证明了使用线性网络编码已经能足够达到络多播容量。
但网络编码的好处不止这些。
一、网络编码基本原理网络编码的本质是利用节点的计算能力提高链路带宽的利用率.图1(b)阐述了网络编码的基本原理,图中s是信源,x,y是信宿,各边的带宽均为1比特/单位时间,现要将2比特数据a,b同时从s传到x,y.易知s与x,y之间均分别存在两条独立路径,若采用传统路由方法,如图1(a)所示,由于两组路径间存在共有链路wz,a,b 不能同时在边wz上传输,则:到x,y的最大信息流速率为1.5比特/单位时间.若采用网络编码方法,在节点W上对a,b执行异或操作并转发,则节点x可以通过aba 的计算解出b,同理y也可以解出a,从而使、到x,y的信息流速率达到2比特/单位时间,带宽利用率提高33%。
有向图G=(V,E)是网络编码研究的基本模型,点集V包括信源集合S、信宿集合T和中继节点集合1.边集E是所有通信链路的集合,1 (u)和0 (u)分别表征节点v∈V的入边和出边集合.通常假设边的带宽为单位容量,允许节点间存在多条边,并忽略边的传输错误及延时.网络编码的主要性能指标包括字母表、编解码速度和编码增益等.其中,字母表是最重要的性能指标,决定了网络编码解的存在性、编解码复杂度、延时以及存储开销.编解码速度反映了编解码操作的计算复杂度.编码增益则表征网络带宽的利用效率.网络编码设计的一个重要目标就是尽可能使用小的字母表和低复杂度的编解码操作来提高网络吞吐量或减小延时。
无线通信网络中的联合网络编码技术
无线通信网络中的联合网络编码技术无线通信网络环境中,联合网络编码(Joint Network Coding)技术是一项重要的数据传输技术。
它可以在通信信道不好、丢包率很高的网络环境下传输数据,提高数据传输的可靠性和效率。
在当前移动通信和无线数据传输中,联合网络编码技术已被广泛应用和推广。
联合网络编码技术是一种多用户协作通信的技术,它利用随机线性网络编码的方法来将多个数据包进行编码,然后通过广播方式进行传输。
在这个过程中,各用户之间会通过编排形成编码矩阵,并将矩阵发送给其他用户,以实现联合传输的过程。
这种传输方式,可以一定程度上提高网络的吞吐量和传输速度,同时减少数据丢失和延迟等问题的发生。
联合网络编码在无线网络环境中应用的领域很广泛,包括无线传感器网络、车辆间通信、卫星网络、移动通信网络等。
例如,在无线传感器网络中,由于节点分布密度较高,各节点之间的相互通信受到严重干扰,导致数据的传输中止或失败。
在进行传输时,利用联合网络编码技术可以将各节点发送的数据包进行编码,形成符号向量,然后在节点之间通过传递数据包的方法进行传输。
这样,不仅提高了网络的传输效率,而且降低了电量消耗率。
在车辆间通信中,联合网络编码技术也有重要的应用。
由于车辆行驶中的速度、方向和距离等因素的影响,车辆间通信的效率和可靠性存在较大难度。
利用联合网络编码技术,可以将多个车辆发送的数据包进行编码,然后进行传输,以实现数据之间的共享和交换。
这种方法能使车辆间通信更加高效、可靠,大大提高了整个车联网的性能和安全性。
总之,联合网络编码技术在无线通信网络中的有着广泛的应用前景,通过多用户协作传输的方式,它可以从根本上提高网络的吞吐量、降低数据丢失率、减少数据传输时延等问题,为用户带来更好的通信体验和高效的数据传输服务。
无线网络中的信道编码技术及其应用
无线网络中的信道编码技术及其应用无线网络是指通过无线通信技术实现的网络,它已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
而无线网络的关键问题之一就是如何提高数据传输的可靠性和稳定性。
为了解决这一问题,信道编码技术应运而生。
本文将介绍无线网络中的信道编码技术以及它们的应用。
首先,我们来介绍一下信道编码的基本概念。
信道编码是将原始数据进行编码转换,从而增加数据传输的冗余度,使得接收端能够纠正信道传输中的错误。
信道编码可以分为两种类型,即前向纠错编码和逆向纠错编码。
前向纠错编码是最常见的信道编码技术之一。
它在数据传输之前对数据进行编码,将原始数据和冗余信息进行组合,然后发送给接收端。
接收端在接收到编码数据后,通过解码算法进行解码,从而提取出原始数据。
常用的前向纠错编码技术包括海明码、卷积码和低密度奇偶校验码等。
海明码是一种最早被广泛应用的前向纠错编码技术。
它通过在原始数据中添加冗余信息,使得接收端可以检测到并纠正传输中的错误。
海明码通过添加奇偶校验位的方式实现错误检测和纠正。
卷积码是一种流水线处理的编码技术,它将输入数据通过一个滑动窗口的方式进行编码,并在接收端进行解码。
低密度奇偶校验码则是一种高效的前向纠错编码技术,它通过构建树状的校验位来实现错误检测和纠正。
逆向纠错编码是另一种常见的信道编码技术。
它在接收端实现对传输数据的纠正,通过对接收到的数据进行解码,提取出原始数据。
逆向纠错编码常用于无法对传输数据进行编码的场景,比如卫星通信和光纤通信等。
常用的逆向纠错编码技术包括RS码和LDPC码等。
RS码是一种非二元的逆向纠错编码技术,它通过对数据进行切割和编码来提高传输系统的可靠性。
RS码在接收端通过解码算法对接收到的数据进行解码,从而提取出原始数据。
LDPC码是一种分布式码,它通过矩阵乘法和硬/软判决等方式实现对传输数据的解码。
信道编码技术在无线网络中有着广泛的应用。
首先,它可以提高无线网络的数据传输速率和可靠性。
无线传感器网络中的网络编码技术教程
无线传感器网络中的网络编码技术教程无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是一种由大量分布式、自组织的无线传感器节点组成的网络系统,用于实时监测和收集环境中的信息。
网络编码技术作为WSN中的关键技术之一,可以有效提高数据传输的可靠性、节省能量消耗和增强系统性能。
本文将介绍无线传感器网络中的网络编码技术,包括编码原理、常用编码方案以及应用场景。
一、编码原理网络编码是通过对传感器节点生成的数据进行编码处理,将信息转换为冗余的编码数据进行传输。
在接收端,通过对接收到的编码数据进行解码,可以恢复原始的数据。
网络编码技术的主要原理包括线性网络编码和非线性网络编码。
1. 线性网络编码线性网络编码使用矩阵运算的方式对数据进行编码处理。
在发送端,每个传感器节点将数据分成多个数据包,并通过线性操作对数据包进行编码。
这些编码数据包将被发送给其他节点。
在接收端,节点收到编码数据包后,利用矩阵运算对数据包进行解码,并恢复原始数据。
线性网络编码具有简单、高效的特点,能够提高传输速率和可靠性。
2. 非线性网络编码非线性网络编码通过非线性的操作对数据进行编码处理。
相比线性网络编码,非线性网络编码可以提供更多的冗余和重构能力,并且具有更好的抗干扰性能。
但是,非线性网络编码的计算复杂度较高,实现较为困难。
二、常用编码方案在无线传感器网络中,常用的网络编码方案主要包括随机线性网络编码(RLNC)、分布式编码(DC)和群体编码(GC)。
1. 随机线性网络编码(RLNC)随机线性网络编码使用线性组合的方式对数据进行编码。
在发送端,每个传感器节点生成一个线性编码系数矩阵,将其与数据矩阵相乘得到编码数据。
接收端收到编码数据后,通过矩阵运算对数据进行解码。
由于随机性质,RLNC可以提供较好的容错性和重构能力。
2. 分布式编码(DC)分布式编码是一种利用传感器节点的局部信息进行编码的方法。
每个传感器节点只能通过与邻居节点进行通信来共享信息。
基于网络编码在无线网络通信技术中的研究与应用
无线通信网络技术应 用中, 网络编码是 当前通信 应用中的关键 技 术之 一, 网络编码在 网络节 点处 对 网络 信息进 行有效处理 ,
经处理后的数据进行转存 或传输 , 其实质都是都过 对传输数 据
编 码操作 实现 的, 在一 定程度上节 省 了网络 资源 消耗, 提高 频
谱 资 源 利 用 率 , 络 编 码 在 频 谱 资 源 有 限 的 条 件 下 , 发 送 更 网 能
Hale Waihona Puke [ yw r s n t okc d g w rl s e ok d t t n mi in Ke o d ] ew r i ; i e t r ; a a s s o o n e snw ar s
0 引 言
无 线 网 络 作 为 一 种 新 型 的 便 捷 性 网 络 资 源 , 在 日益 普 正 及 , 其 是 在 当 前 网 络 技 术 快 速 发 展 的今 天 显 得 尤 为 重 要 。 在 尤
效 益 , 到 20 直 0 0年 , R. Ahs d 等 人 在 I E rn - T 上 l we e E E ta s I
发表 了一 篇题 为 “ 网络信息流”的文章 , 出了网络编码的概 提
念 , 底 改 观 了这 一 传 统 观 点 。 从 数 据 通 信 理 论 观 点 研 究 , 彻 节
软件 2 1 0 2年第 3 3卷 第 7期
S T R OF WA E
国际 I 媒品牌 T传
基于 网络编码 在无线 网络通信技术 中的研 究与应用
李合菊 ,胡尊广 。
(. 1 莱芜 职业 技术学 院信 息工 程 系,山东 莱 芜 2 10 ;2 7 10 .山东 省邮 电规 划设计 院有 限公 司 ,济 南 20 0 ) 5 11
网络编码在无线Mesh网络中的应用
关键 词 : 随机 网络 编 码 ; 线 Meh网络 ; E 821 协 议 无 s I E 0 .1 E D :0 7 8 .s. 0 — 3 1 0 01. 9 文 章 编 号 :0 2 83 (0 0 1— 0 9 0 文 献 标 识 码 : 中 图 分 类 号 :N 2 . OI 1. 7 /i n1 2 8 3 . 1 . 0 3 js 0 2 52 1 0 — 3 12 1 )5 0 9 — 3 A T 9 55
布式 系统 。 中, na l a r等在文献[ 中, 其 A wr ma A H 4 研究了理想 1
无冲突的无线 Meh 网络 中 , s 采用随机网络编码对文件 下载时 问的增益 。 通过仿真验证 了在无线 Meh网络 中, s 随机 网络编码 可以在不 同的节点协作方式下减少文件 的下载时间 。 但是 , 众所 周知 , 无线 Meh网络中节点之 问传输数据实际 s 上不可能 是无冲突 的 , 且无线 M s eh网络 中节点可能 存在移动
E ma : a g 5 3 6 . n — i w n j 2 @1 3c l y o
W ANG u - i piain o ewo k c dn n wiees J n y. Ap l t f n t r o ig i r ls meh n t r . mp tr c o s ewo kCo u e En ie rng a d Ap l ain ,0 0, 6 gn e i n p i to s 2 1 4 c ( 5)9 — 0 . 1 : 9 1 1
ss f t smulto r s t i t e d. i or he i a in e ul n he n s Ke w o ds: r nd m n t r c d n wie e s e h e wo k;EEE 8 . r tc l y r a o ewo k o i g; r l s M s n t r I 02 1 p o o o 1
计算机网络中的网络编码技术
计算机网络中的网络编码技术网络编码技术是计算机网络领域中一项重要且被广泛研究的技术。
它通过在数据包中引入冗余信息,以增强数据传输的可靠性和效率。
本文将介绍网络编码技术的基本原理、应用场景以及未来的发展趋势。
一、网络编码技术的基本原理网络编码技术通过对数据包进行编码来增强传输过程中的容错性。
传统的数据传输方式是将数据拆分成若干个数据包依次发送,接收方则按照特定顺序接收并解码这些数据包。
然而,在网络传输中常常存在丢包、延迟等问题,这会导致数据包的丢失或者乱序到达,从而降低了传输效率和可靠性。
网络编码技术通过将多个数据包进行混合编码,生成一组新的编码包进行传输。
接收方则收到一定数量的编码包后,可以通过解码得到原始数据包。
这种编码方式可以将原始数据包的信息进行冗余处理,从而在一定程度上提高了传输的可靠性。
即使在数据包丢失的情况下,接收方仍然能够通过解码得到原始数据。
二、网络编码技术的应用场景1. 无线网络传输:无线网络通常面临严重的信道干扰和数据丢失问题。
网络编码技术可以有效地提高无线网络的容错性和传输效率。
例如,在无线传感器网络中,节点之间通过编码方式传输数据,可以减轻节点之间的通信负担,延长网络寿命。
2. 分布式存储系统:网络编码可以增加分布式存储系统的冗余性,提高数据的可靠性和可用性。
传统的存储系统通常采用备份的方式进行数据冗余,而网络编码则可以通过对数据包进行编码,实现数据冗余的同时提高存储系统的性能和容错性。
3. 流媒体传输:在实时性要求较高的流媒体传输中,网络编码技术可以提供更好的传输效果。
通过在流媒体数据包中引入冗余信息,可以减少数据包的丢失和乱序,从而提高视频和音频的传输质量。
三、网络编码技术的未来发展趋势1. 应用广泛化:随着对数据传输可靠性要求的提高,网络编码技术将被应用于更多领域。
例如,物联网、车联网等领域的快速发展对网络编码技术提出了新的需求。
2. 实时性改进:目前的网络编码技术主要关注数据的可靠传输,未来的发展趋势将更加重视实时性。
无线通信中的网络编码技术
明了网络的最大吞吐量可以通过使用编码来实现。 参考文
1 引 言
传统的通信 网络中, 信息流从源节点发出, 各级中间
节点进行存储转发, 最后到达 目标节点。网络编码概念的
献f 发展的卷积码属于非线性 网络编码 , 2 1 适用于多源情
况。 但是这种非线性码的复杂度太大。针对单源的多播网
数据看作某一特定基本域上的一个向量 , 且允许一个节点 在将一个向量传递之前对向量应用线性变换, 证明了每一
接收机的最大流( 上限) 可以实现。 作者严谨地阐述了这种 多播问题并证明了线性编码足以实现最优的多播容量, 即
参考文献『 首次引入了网络编码概念, 1 1 用于卫星通信
网络 , 在参考文献『 中得到完善的发展 , 传统的存储转发方式的优势, 这就驳斥了之
前的观点, 即在中间节点只需作数据复制而没有必要进行
数据处理 , 参考文献『 4证明了网络编码的构造可以分 3 1 ,
别通过线性组合和有限域来实现。 参考文献『 和f 研究了多播网络的网络容量 以及涉 2 3 1 ] 及割集的容量 ,描述了多播网络的可容许编码速率区, 证
从源节点到每一接收节点的最大流。 参考文献f 中,otr 4 Kee 等人深入研究了网络容量问题 , ] t 指出网络编码是实现网络容量的重要组成部分,以 L 等 i 人对于多播网络容量的研究为基础 ,otr K ee 等人利用代数 t 方法 , 将一个给定的网络信息流问题和一个有限域闭包上 的代数变量之间建立起直接的连接 ,来研究网络及其容
络编码应用于传感器网络中研究非调谐网络, 类似的思想
由于参考文献『 和【 的工作包含代数的成分, 2 3 1 】 其中前 者是卷积码 , 后者是线性编码 , 因此这种与代数几何建立
无线通信网络中的网络编码技术
无线通信网络中的网络编码技术随着移动通信技术的快速发展,无线通信网络已成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。
而在无线通信网络中,网络编码技术的应用越来越重要,它有效地提高了无线网络的容量和可靠性。
本文将深入探讨无线通信网络中的网络编码技术及其应用。
一、网络编码技术概述网络编码技术是一种将数据进行编码、传输和解码的技术,它在数据传输中起到了重要的作用。
传统的数据传输方式是一对一的传输,即发送方将数据直接发送给接收方,但这种方式存在一些问题,比如信道容量限制、传播延迟等。
而网络编码技术通过在数据包中添加冗余信息,使得接收方可以通过解码冗余信息来重构原始数据,从而提高数据传输的可靠性。
二、无线通信网络中的网络编码技术无线通信网络由多个无线节点组成,节点之间通过无线信道进行通信。
在传统的无线通信网络中,节点之间的通信方式通常是一对一的单播方式。
然而,由于信道的不稳定性和多路径衰落等原因,单播方式的传输效果较差。
因此,网络编码技术开始被引入无线通信网络,为节点之间的通信提供了新的选择。
1. 基于网络编码的数据传输基于网络编码的数据传输是指在数据包传输过程中,发送节点对数据包进行编码后再发送给接收节点。
接收节点接收到多个编码后的数据包后,可以通过解码重构原始数据,从而提高数据传输的可靠性和容量。
在无线通信网络中,网络编码技术可以有效降低信道传输错误率,提高信号传输效果。
2. 基于网络编码的路由在无线通信网络中,节点之间的路由选择是一个复杂而重要的问题。
传统的路由选择方法通常基于距离、拓扑结构等因素,但这种方法不能适应无线通信网络的特点。
而基于网络编码的路由选择方法则能够更好地适应无线通信网络的特点,提高网络的吞吐量和可靠性。
三、网络编码技术的应用网络编码技术在无线通信网络中有着广泛的应用,下面将介绍一些典型的应用场景。
1. 移动互联网移动互联网是无线通信网络的一个重要应用场景。
在移动互联网中,人们通过移动设备进行信息交流和共享。
无线编码芯片
无线编码芯片无线编码芯片是一种集成电路(IC)芯片,用于对无线通信信号进行编码和解码的装置。
它主要用于无线通信系统中的数据传输,包括无线电频率调制和解调操作,保证数据能够在无线信道上进行可靠传输。
无线编码芯片通过一系列复杂的算法和技术,将输入的数字信号转换为无线信号。
它可以采用不同的编码方式,包括差分编码、交替编码和扩频编码等。
这些编码方式可以提高数据传输的可靠性和安全性,并降低传输过程中的错误率。
无线编码芯片可以应用于各种无线通信系统,包括无线网络、蓝牙和移动通信等。
在无线网络系统中,无线编码芯片可以用于Wi-Fi和蜂窝网络中数据的编码和解码。
它可以将数字数据转换为无线信号,并在接收端将无线信号转换为数字数据。
在蓝牙系统中,无线编码芯片可以实现蓝牙设备之间的数据传输。
它可以将音频、视频和其他数据编码为蓝牙信号,并在接收端将蓝牙信号解码为原始数据。
在移动通信系统中,无线编码芯片通常用于对语音和数据进行编码和解码。
它可以将语音信号编码为数字信号,并在接收端将数字信号解码为原始语音信号。
同时,无线编码芯片还可以对数据进行压缩和纠错处理,以提高数据传输的效率和可靠性。
无线编码芯片的设计和实现需要综合考虑多种因素。
首先,它需要具备较高的计算和存储能力,以支持复杂的编码和解码算法。
其次,它需要具备较低的功耗和较小的尺寸,以适应移动设备和嵌入式系统的需求。
此外,无线编码芯片还需要具备较高的抗干扰能力和抗衰落能力,以应对无线信道环境的不稳定性。
它需要能够在信道噪声、多径传播和多用户干扰等复杂条件下,保证数据传输的可靠性和稳定性。
总之,无线编码芯片是无线通信系统中不可或缺的关键技术。
它可以实现对数字信号的高效编码和解码,提高数据传输的可靠性和效率。
随着移动通信和无线网络的发展,无线编码芯片将继续发挥重要的作用,并不断演进和创新。
网络编码在无线网络中的应用及发展趋势
络 编 码 在提 高 网络 数据 吞 吐量 、 减
基金项 目: 湖 北 省 高 等学 校 优 秀 中青 年 科 技 创 新 团队 资 助 计 划 ( N o . T 2 0 0 9 0 2 ) , 湖 北 省 自然 科 学 基 金 项 目 ( N o . 2 0 1 0 C DB 0 5 6 0 1 ) , 湖 北 省 教 育 厅 重 点 科 研
网络 编码进 一 步 的研 究方 向 关健 词 : 网络 编码 ; 随机 网络 编码 ; 信 息 流
中 图分类 号 : T N 9 1 4
文献 标识 码 : A
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 4. i s s n . 1 6 6 5 — 2 2 7 2 . 2 0 1 3 . 0 5 . 0 7 4
路 由和 编码 的信 息 交换 技 术 . 核 心
思 想 在 于 允 许 网 络 中 的 中 间节 点 对 收 到 的数 据 进 行 编码 操 作 . 再 转
数据传输体系 . 该 体 系不 仅 解 决 了 路 由这 一 信息 论 中 的经典 难 题 . 而
且 从 理 论 上 证 明 了 网络 编 码 可 以
少 数 据分 组 传 输 次数 、 均衡 网络 负 载、 节 省 网 络 带 宽 资源 、 节 省 节 点
能 耗等 方 面均显 示 出其 优越 性 图 1是 无 线 网络 节 点 的 网 络 编码 机 制 .在 这 个 网络 编 码 机 制
以来 . 专 家学 者 们 花 费 了大 量 的 心 血 去 研 究 如 何 提 高 无 线 网 络 的 数
据 吞 吐 量 和延 长 无 线 网络 的寿 命 . 从 而 推 动 了 大 规 模 无 线 网 络 技 术 的发展 和应 用 在提 高无 线 网络 的 数 据 吞 吐 量 和延 长 网络 寿命 上 。 专 家 学 者 不 断研 究 更 加 有 效 的 交 换
网络编码技术在无线网络中的运用
空 间多样 性达 到提 高 网络性 能 的 目的。把要 传 输 的 K个 数 据
包 作 为 一 个 数 据 块 进 行 随 机 网 络 编 码 后 ,若 编 码 有 限 域 F q足 够 大 ,可 以认 为 源 节 点 S不 同 时 隙 发 送 的 数 据 包 线 性 无 关 。T 只 需 要 正 确 接 收 到 K 个 线 性 无 关 的 数 据 包 后 就 可 以 依 据 数 据
效率 是 比较低 的 。当利 用无 线 的空 间多样 性后 , S可 以 在 同 一 个 时 隙 内 以广 播 的 方 式 向节 点 A、 C发 送 数 据 包 。 网 络 中从 B、 源 节 点 到 目的 节 点 的 路 径 越 多 , 靠 性 也 会 提 高 得 越 多 。 可
后 ,路 由器 可 以将缓 存 中所 有 的数据 包放在 一起 进行 编码 , 目
仿 真 发 现 , 到 端 重 传 机 制 的 性 能 最 差 , 路 重 传 和 向 前 纠 错 端 链
编码 机制 两者 的平均 发送 次数相 差不 大 , 两 者较端 到端 重传 但
机 制 有 了显 著 的 提 高 。后 两 种 策 略 采 用 了 网络 编 码 技 术 , 前 较
图 1
空 间 多样 性
K ( - . ) 2O / 1 08 .K () 1
国内外 许 多学者 已经研 究 得 出空 间多 样性 对 提 高无 线 网 络 可靠性 的作用 , 其核 心 思想 就 是利 用 无线 节点 的 协作 , 建立 起 多径传输 的通 信子 网 , 以此 提高 网络 的可 靠性 图 1为空 并
作 者 简 介 : 平 辉 ( 9 7 , , 西 丰 城 人 , 士 , 圳 职 业 技 术 学 院 电信 学 院 实 验 师 , 究 方 向 为 计 算 机 网 络 。 邹 1 7 一) 男 江 硕 深 研
编码理论在网络传输中的应用分析
编码理论在网络传输中的应用分析随着现代通信技术的发展,网络传输已经成为人们日常生活和工作中必不可少的一部分。
在网络传输的过程中,如何保证数据的传输质量和安全性就成为了一个重要的问题。
编码理论作为一种数学理论,广泛应用于网络传输中,以保证数据传输的高可靠性和低误码率。
本文将从编码理论的基础概念、网络传输中的应用以及未来发展趋势三个方面进行探讨,以期深入了解编码理论在网络传输中的应用情况。
一、编码理论的基础概念编码理论是一种研究如何将信息编码成符号序列以进行传输或存储的数学理论。
在网络传输中,编码理论主要用于纠错码和加密算法的设计。
其中,纠错码的作用是能够自动检测并纠正因信道噪声导致的传输错误,而加密算法则是为了保证传输数据的安全性。
通常情况下,编码理论中所研究的序列是一串由0和1组成的比特序列。
这些比特可以被看作是一些基于矩阵和向量的代数元素,所以编码理论通常也会涉及到线性代数的知识。
在编码理论中,有几个重要的概念需要理解:1. 编码器(Encoder)编码器是一个函数,可以将原数据转换成编码序列。
这个函数的输入可以是任意长度的比特序列,输出则是由存储在一个有限字母表中的符号组成的编码序列。
2. 译码器(Decoder)译码器是一个函数,可以将编码序列转换成原始数据。
这个函数的输入是一个由编码器输出的符号序列,输出则是十进制或二进制的比特序列。
3. 等价性(Equivalence)在编码理论中,一个编码器和一个译码器是等价的当且仅当它们可以互相转换而没有信息丢失。
也就是说,用一个编码器编码,再用对应的译码器解码,就得到了原始的数据。
4. 自由距(Free Distance)自由距是指编码器输出的两个码字之间的最短距离。
当且仅当自由距足够大时,才能保证数据传输的高可靠性和低误码率。
二、网络传输中的编码理论应用在网络传输中,编码理论主要应用于纠错码和加密算法的设计。
1. 纠错码纠错码的主要作用是检测和纠正传输过程中的错误。
网络编码技术在无线物联网多用户服务系统中的应用
Th e Ap pl i c a t i o n o f Ne t wo r k Co d i n g i n M ul t i — Us e r S e r v i c e S y s t e m i n Wi r e l e s s I n t e r n e t o f Th i n g s
( 1 . 湖北大学物理学与电子技 术学院, 湖北 武汉 4 3 0 0 6 2 ; 2 . 华 中科技大学电信 系, 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 )
摘 要: 本文提 出了一种 针对 无线物联 网环境 的基 于网络编码 的多用户服务机制 N MS 。在 NMS机制 中, 服 务器端可 以
a n d s e r v i c e r e q u e s t o f mu l t i — u s e r , S O i t c a n ma k e t h e b e s t d e c i s i o n f o r h i g h Qo S .
2 0 1 3 年 第 1 期
信 息 通 信
I NF ORM ATI ON & C0M M UNI CAT 1 0NS
2 01 3
( 总第 1 2 3期)
( S u m .N o 1 2 3 )
网络编码技术在无线物联 网多用户服务系统 中的应用
黄 辰。 , 张 伟 , 潘永才 , 戴 彬 , 黄本雄 。
信 网相结合 , 配合 多种类型 的海量无线终端 , 形成一个超越 以
往所有 网络规模的大型异构网络。物联 网的末端 以用户手持 的无线智能终端为主 ,用户使用的智能无线终端 都需要服 务 器 为其提供服务 。由于使用智能终端 的用户群体数量庞 大 , 且数据服务 以高流量 、 高速 率的视频 、 音频以及大文件传输 为 主, 对于无线物联网的数据服 务质量要求极高 , 需要服 务器有
网络编码在无线中继网络中的应用研究
Applc to e e r h 0 e w o k Co ng i a i nsR s a c fN t r di
i i e e sR e a t n W r l s l y Ne wor ks
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文献标识码: A
中图分类 T 33 号: P9
网络 编码 在 无 线 中继 网络 中的应 用研 究
李 伟 ,樊平 毅
I 清华大学 电子工程系 ,北京 】0 8 ) 0 0 4
网络编码在无线通信中的应用
性处理 , 然后再发送 出去 , 在接 收节点 , 通过相应的译码运 算恢复 出信源所发的信息。网络编码正是基 于这种思想产生的。 中首先 文 讲 述 了 网络 编 码 的 基 本 原理 , 此 基 础 上 介 绍 了 目前 网络 编 码 在 通 信 网络 中的 主要 应 用 。在 对 网络 编 码 有 了初 步认 识 的 基 础 上 , 在 对
3随 机 网络 编 码 .
随机网络编码是基 于一种 随机选 择编码向量的策略 :对于除了信 宿节点外的所有中间节点 ,只要在一个足够大的有限域上随机选择它 们输入链路到输 出链路 的映射,且各 节点 映射关 系的选取 是相互独立 的, 从而保证各信宿能 以较高概率成功译码 。
() a
多个 数 据 位 。
一
多情况下 , 需要考虑信道编码和网络编码的联合设计。 目前 , 信道编码 和 网络 编 码 联 合 设 计 方 案 主 要 有 嵌 套 编 码 和 混 合 编 码 两 种 彤 式 。嵌 套 编码 的基本思想是在中继节点分别对收到的信息进行编码 ,将编码得 到的数据进行异或运算后发送出去 ,这等价于利用多个独立子码构成 个超码 ; 混合编码是针 对两个 源节点 、 个中继节点和一个 目的节点 一 的无线通信网络结构联 合网络信道编码的方案。
() h
( c )
S 信源节点 : Y、 z信道节点 T、 W、 中间节点 u、 x: 图 1单 信源双信宿蝴蝶网络 如图 1 所示 : ) 中, (图 a 采用传统 的路 由方式就可 以将 b 和 b l 2一次 发送 到 Y和 Z 因为中间节点 w 和 x之 间有 两条独立 的信道 ; ) , ( 图中 , b 虽 然 S到 Y 和 z的 最 大 流 值 也 分 别 为 2 ,但 是 无 法 采 用 路 由方 式 来 达 到该 最大速率 ,因为 w 和 x之间唯一的一条信道成为了传输瓶颈 ; ) ( c 图中 , 采用 了网络编码方 案, 在节 点 w 处 对输 入信息进行模 2加操作 , 并输 出 h ① b 。 Y收 到 h 1 2当 1和 b④ h l 2后 , 过 计 算 b (1 b) 得 到 通 1h ① 2就 h 2同理 z也 可 以通 过 这 种 方式 得 到 h 。 1 网络编码 在网络传输效率 、 普适性 、 鲁棒性 、 可靠性 和安全性等方 面都具有优势。传输效率 : 图 l的蝴蝶 网络 的例子可 以看 出, 从 网络编 码可以提高网络吞吐量 ; 普适性 : 信源传输信息 的最 大速率 只和信 源到 信宿 的最大流值有关 , 在构造 网络编码时不需要考虑信宿 的具体位置 。 鲁棒性 : 只要位于信宿 的用户能够接收到足够 的信息进行译码 , 即使 网 络 中的某些节 点或信道失效 , 仍然可 以正常通信 。可靠性 : 即使 网络 中 的数个信道发生错误 , 通过编码仍然可 以纠正错误 。安全性 : 即使 网络 中的 部 分 信道 被 窃听 , 过 适 当 的 网络 编 码 仍 然 可 以 保 护 数据 安全 。 通 另 外, 网络编码 应用于无线网络的优点还提高无线 网络的带宽利用率 , 降 低传输延迟 , 减少能量消耗 。 2网 络编 码 在 无 线 通 信 网 中 的应 用 网络编码是一种可 以逼近网络容量传输理论极限的有效方法, 在无 线 网络 环 境 中有 着 广 泛 的应 用 前 景 。在 无 线 中继 网络 中采 用 网络 编 码 技术, 可以使 中继 节点同时为多个 片户转 发数据, 】 从而获得较 高的转发 效 率 。 网 络编 码 在 无 线 中继 网 络 中 的 典 型 应 用 方 案 包 括 噪 声 中 继 采 用 置信传播算法 实现网络编码, 复数域 网络编码算法以及信道编码和 网络 编码联合设计万法, 它们均可在获得较高 网络吞吐量的同时实现完全分 集。在多用户协作通信网络中采用 网络编码技术, 可获得更 高的分集增 益 以 及 更低 的符 号 错 误 概 率 。 网络编码技术应用于无线通信网络的形式有很多 ,最直接的方式 是继节点通过对接收到的数据进行异或运算完成信息合并 ,实现 中继 节点的数据压缩 。 其他形式有用于无线 中继网络的软信息合并 , 在大规 模网络中的复数域网络编码等。以上都是无线通信中网络编码的常见 形式 , 但是无线通 信中 , 信道编码与 网络 编码是不可以分割 的, 以很 所
网络编码技术及其在通信网络中的应用
所有 节 点对数 据 的变换 应保 证最 终所 有接 收 节点可 以正确恢 复 出信源 所 发
送的信 息 。
小 了文 件 的下载 时 间 。在 一 个大 范 围分布 式 的端 到端系 统 中,找 到最 优 的 分组发 送 时 间十 分 复杂 ,尤 其是 主机 对于 底层 网 络拓 扑知 之甚少 的情 况下
网络编码对 网络流量 的提 高,简单介绍将网络编码应用 于不同的通信领域所带来 的好 处 关键词 : 网络 编码;无线组播;路 由 中图分类号 :T 9 5 文献标识码 :A 文章编号:1 7 -7 9 2 1 )0 1 0 8 0 N1 6 1 5 7( 0 0 7 0 2 - 1
1网络编 码摄 述
V A
l 【新术业展 鍪 高技产发 】
网络编 码技术及其在通信 网络 中的应用
耿海 涛
( 哈尔滨德强商务学 院
张大宇
黑龙江 哈尔滨 10 2 ) 50 5
摘
要 : 网络编码是可 以逼近网络容量 理论传输极 限的有 效方法 ,具有 确定拓扑 的有 线网络的 网络 编码 受到 了广泛 关注 。介绍 网络 编码的基本概 念,分析 了
结合 起来 ,并进行 网络编码 设 计 ,使得 只有 接收 方才 能 正确解 码 ,得到 原
U t U
B 以很容 易的恢 复 出b 。 可 和a
A A 一 — 一 S b
B
B
() b
图1 网络 编码 原理 图 图l 网 络编码 中经 典的 网络 图 。 图中箭 头代 表有 向链路 ,假 设 每条 是 链 路 容量 为 1 ,信源 节 点S 向接收 节 点t 同时发 送 两个 比特 信 息b和 b。 和U 1 2 图1a 中采 用 传 统 的广 播 技 术 , 节点 s () 分别 向节 点 l 2 和 发送 b和b,节 点 l 0 1 和节 点2 再分 别将接 收到 的数据 转发给 其他 节点 这样 节点 1 以直接 获得 可 b,节 点2 以直 接获 得b。但 是 当b和b准备 通 过节 点进 行转 发 时 , 由于 1 可 2 l 2
网络编码在无线网络技术中的应用
网络编码在无线网络技术中的应用网络编码在无线网络技术中的应用下面是YJBYS店铺为大家搜索整理的关于网络编码在无线网络技术中的应用,欢迎参考阅读,希望对大家有所帮助!想了解更多相关信息请持续关注我们应届毕业生培训网!网络传输性能的提升始终是网络技术人员研发的重点内容,而通过网络编码技术可以进一步优化网络性能。
网络节点是网络编码技术的核心,其不仅会储存转发数据,还会相应的处理数据。
现代无线网络的发展需要网络编码技术,因而其发展十分迅猛。
一、网络编码技术特点传统网络传输数据需要通过路由器,即在传输数据的过程中,借助路由器对数据进行处理,依照数据目标地址向不同链路发送数据。
因为在数据的协调安排上不能统一,因此很多数据包可能在一条链路上堆积,这就必须排队等候处理,因而在传输数据的速度以及传输效率上网络就会受到巨大的影响。
网络编码技术的应用始于2000年,其出现有效解决了上述问题。
当数据同时到达路由器时,通过网络编码技术能够同时发出数据,而不至数据在链路中发生拥塞,进一步推进了网络传输速度的发展。
二、网络编码技的应用1.概念分析。
从本质上分析网络编码器是一种信息交换技术,其融合了编码以及路由技术,其核心是对信号的处理,将每个网络节点中的受到的信号进行线性处理或非线性处理,并将处理后的'信息想下游节点发送,在该技术中中间节点起到了信号处理以及编码的作用。
2.技术优势。
由于网络编码技术集合了编码技术以及路由技术,因而网络节点不单单起到了数据的转发储存作用,还可以对数据进行编码,从而使得网络具有了多播容量,通过使用线性网络编码,进一步扩充了网络传输速度。
但是该项技术的优势不仅仅有这些,若在无限网络中应用网络编码技术,其优势更为明显。
首先广播特性以及不可靠性是无线网络的基本特性,但是这种特性恰恰适合网络编码技术的应用。
通过使用网络编码技术,很多传统的技术无法解决的问题便可以迎刃而解。
另外由于无线网络具有广播特性,因而在使用网络编码技术时,在相邻节点之间传输数据,则传出点周围的节点都可以接收该数据包。
随机网络编码理论及其在无线通信网络中的应用
发送 的数据包 x之 间 的关 系 满足 : i
y =Sx i i () 2
因此 , 若能从接收的数据包 Y恢 复发送端的数 i 据包 x, i 要求从发送端到接 收端的所有 中间节点提 供 的编码矩阵 . s 必须可逆。要满足这个条件要求编 码 矩 阵 s必须 是非 奇 异 矩 阵 , 果 各 个 节 点提 供 的 如
编码矩 阵是 分 布式 且 随机 的 , 能使 编 码 矩 阵 S的 就 各个行 向量或者列向量相互独立 , 因而能满足 s是 非 奇 异矩 阵这个 条 件 。
局部编码核( o l noi e e) Lc cd gk n1 的定义。令 ae n r F是 一个 有 限域 ,7 一个 正 整数 。对 每一 个 节 点 0是 .
a l
也Hale Waihona Puke : / ~ — b
和每一个信道 e u( ) O tT 表 示输 出节点 ∈O tT ( u( ) 的集合 )在一个 非循环 网络 中由 ∞维 F个取值范 , 围的网络码组成的局部编码映射可以表示成 :
: ”( 。 F F n) T () 3
在一个非循环 网络 中由 ∞维 F个 取值 范围的 网络码 组成 的标 量 . 义 为局部 编 码核 , 示 输 。 定 d表 入节点中的某一条信道 d /( ) ( ( 表示输入 ∈ n T , ) 节点 的集 合 ) 。
全局 编 码 核 ( l a ecdn en1 的 定 义 。 go l noigkre) b
全局编码核定义为一个 ∞维的列 向量 , 即接收节 点接 收 的一个 数据 包 。它 可 以表示 为 :
=
∑ d ̄) . () (k 4 t a r
山 东省科 学院情报研 究所 山东济南 山 东省济南泉城 中学 山东济 南
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网络编码在无线网络中的应用
摘要关注了网络编码在无线网络中的研究和应用,初步探讨了面对网络编码,我们应采取和研究的信息安全措施,同时提出了针对网络编码应着力解决的研究问题以及无线网络技术如何依靠网络编码进行安全有效的信息交换,并对其发展进行了展望。
关键词网络编码无线网络信息交换
1网络编码技术与传统网络的差异
在传统的计算机网络数据传输过程中,要借助路由器进行数据传递,根据数据的目标地址,路由器将数据包向各个链路发送。
由于没有统一的安排和协调,在同一链路中会出现很多数据包,必须排队等待通过的情况,这就制约了计算机网络的传输速度和效率的提升。
2000年,新型网络编码技术一经出现就得到了广泛关注。
网络编码技术着力解决的问题是有效地将同时到达路由器的数据同时发送出去,不让数据产生拥塞,从而提高数据传输速度。
2网络编码技术在无线网络中的应用
2.1网络编码的概念
网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术,它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理,然后转发给下游节点,中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。
2.2网络编码应用于无线网络的优势
网络编码融合了路由和编码的概念,使网络节点不仅可以对数
据进行存储转发,还可以进行编码处理,已证明了使用线性网络编码已经能足够达到网络多播容量。
但网络编码的好处不止这些,尤其是当网络编码应用于无线网络时。
网络编码首先应被应用在无线网络环境。
无线网络的特性是不可靠性和广播特性,使网络编码非常适合应用在无线网络上,因为无线链路的不可靠性和物理层广播特性非常适合使用编码的方法。
应用网络编码,可以解决传统路由、跨层设计等技术无法解决的问题,提高网络编码在无线网络中的应用。
无线网络的广播特性使其非常适合使用网络编码,当一个节点传输一个数据包给它的一个邻居节点时,它的其它邻居节点也可以接收到这个数据包。
因此,当一个节点的邻居节点对不同的数据包感兴趣时,可以将这些数据包编码后再一起传输,这样子可以使其所有的邻居节点都收到感兴趣的数据包并可以节约无线资源。
应用网络编码,可以解决传统路由、跨层设计等技术无法解决的问题,提高网络性能。
网络编码在无线网络中的应用可以提高网络的吞吐量,尤其是组播吞吐量。
可以减少数据包的传播次数,降低无线发送能耗。
当网络部分节点或链路失效时采用随机网络编码,最终在目的节点仍然能恢复原始数据,增强网络的容错性和鲁棒性。
网络编码对无线网络的性能改善主要体现在提高网络编码的吞吐量上,网络编码已经被证明对于提高某些网络的吞吐量有着很大的作用。
运用网络编码可以在很大程度上提高网络吞吐量,但是同时会增加网络的复杂性。
不少研究者在研究提高无线网络的组播吞吐量的同时,研究如何降低因采用网络编码带来的复杂性。
在网
络状况恶劣的条件下,网络编码和路由之间组播吞吐量的差别不大,网络编码的优势体现在降低网络复杂性上;在网络状况较好的条件下,网络编码相对于路由方法,在很大程度上,提高了组播吞吐量。
这为根据网络状况动态调整网络编码算法提供了可能。
2.3网络编码如何提高无线网络的安全性
网络编码在提高无线网络的安全性研究方面亦取得了一定的成果。
在无线网络组播中,对于数据包的恶意修改的检测,过去是使用基于消息认证码或者数字签名的方法。
基于网络编码产生了一种基于数据包的随机网络编码检测策略,这种方法计算量小,而且检测概率可以根据通信控制开销、网络编码复杂程度和检测时间这些因素进行调控。
但这种方法亦存在不足。
这种方法要求接收节点需要预先获得至少一个没有被恶意修改过的数据包,并且数据包的内容不能被攻击者知晓,因此,这种方法对抗攻击效果不好。
无线网络广播重传处理中,多个接收节点中的任意一个节点的丢包都要求源节点重传数据包,需要广播发送较多的重传次数.本文将随机线性网络编码技术应用在无线网络广播重传中,提出一种新颖的广播重传方法(rlncbr)。
该方法中,源节点记录多个接收节点中丢包最多的接收节点丢包数,再按照随机线性网络编码的方法编码组合该丢包数个线性编码包。
源节点广播重传,接收节点采用运算编码线性组合的方法获得信息包数据。
数学分析表明,该方法能保证所有接收节点的编码可解性,同时重传次数可达到理论最优性。
模拟测试结果表明:与传统重传方法相比,rlncbr有效地减
少了信息包的平均传输次数,提高了传输效率。
3网络编码在无线网络的应用发展方向
网络编码正在给现有的网络带来革命性的变化:网络编码从用来达到有线网络中的组播容量,发展到在有线和无线网络中提高吞吐量、节省能量、增强鲁棒性和安全性,甚至改变网络结构、改变网络协议设计方法。
网络编码在无线网络中的应用还存在着以下的几个问题:网络编码的具体实现和降低网络编码的复杂性。
现在已经提出了很多网络编码方法,有集中式线性网络编码和分布式随机网络编码,但是如何在实际网络环境中实现网络编码,需要考虑许多实际应用问题,例如同步、控制开销等。
网络编码在实际网络环境中如何实现是一个很迫切的问题。
采用网络编码可以在很大程度上提高网络性能,但设计和实现上的复杂性也随之增加。
如何在不显著增加网络开销,综合考虑效率和性能的前提下,实现网络编码问题是将来需要进行深入研究的方向。
4结束语
无线网络环境由于环境的多变性,使得数据包在传输过程中更加容易丢失。
目前,重传常被用来实现无线广播的错误处理,普通重传方法思想基于发送方通过反馈得到接收方的出错情况,重传出错的数据报文来恢复出错的报文。
网络编码技术是近十年来飞速发展的一个研究课题。
虽然还没有应用到实际的通信网络中,但已引起了较大的关注,比如美国军方已经意识到网络编码技术的优势,已经拨款研究网络编码技术在
移动自组网(mobileadhocnetwork)中的应用。
因此,我们也应当及时跟踪国际上的网络编码技术的发展趋势。
同时,结合各种应用深入思考网络所涉及的各种安全技术问题。
参考文献:
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