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无线网络中的去中心化编码缓存研究

无线网络中的去中心化编码缓存研究

作者：赵梦西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着大数据时代的到来和智能移动设备的普及,多样化的移动通信业务需求使得无线网络的流量急剧增加。网络流量分布的较强时变特性将导致非高峰期的网络利用率较低而高峰期的网络阻塞问题严重。编码缓存通过在非高峰期将部分文件放入用... 详细信息

随着大数据时代的到来和智能移动设备的普及,多样化的移动通信业务需求使得无线网络的流量急剧增加。网络流量分布的较强时变特性将导致非高峰期的网络利用率较低而高峰期的网络阻塞问题严重。编码缓存通过在非高峰期将部分文件放入用户缓存并在高峰期利用用户缓存创造编码多播机会,从而显著提升了非高峰期的网络利用率并减小了高峰期的网络负载。作为一种重要的编码缓存方案,去中心化方案凭借其优异的网络传输速率性能、内容预置的灵活性和对多变网络的适用性,受到了越来越多的关注。本文围绕去中心化方案展开研究,主要贡献如下:1.针对分组去中心化编码缓存方案中解码算法的运算效率较低问题,本文在原解码算法的基础上提出了一种低复杂度的解码算法。所提出的解码算法通过有效地去除原解码运算中的冗余信号,从而大大减少了用户处理信号的数量。然后,本文通过理论证明了所提解码算法的可行性。仿真结果表明,与分组去中心化方案相比,在不损失任何速率性能的情况下,采用所提出低复杂度解码算法的分组去中心化方案可以有效减少用户处理信号的数量,提高用户解码的运算效率。2.针对多服务器系统,本文研究了编码预置的分组去中心化编码缓存方案。所提方案通过对文件进行最大距离可分(Maximum Distance Separable,MDS)编码实现了文件跨服务器的分布式存储。通过引入服务器自由度的概念,所提出的方案对每个服务器中的编码包进行了第二次MDS编码操作。用户通过随机缓存二次编码包中的数据实现了文件在用户缓存中的编码预置。然后,本文对所提方案的服务器自由度与传输速率的关系进行了分析。仿真结果表明,通过合理选取服务器的自由度对服务器的编码包进行二次编码,所提出的方案可以有效降低传输速率并减小与中心化方案的性能差距。3.针对无线中继网络,本文提出了一种基于MDS码编码预置的分组去中心化编码缓存方案。基于MDS码,所提出的方案联合设计了中继节点和用户的缓存放置策略及信号的编码交付策略。同时本文利用中继节点解码恢复了服务器未发送的信号,有效地避免了中继节点到用户传输速率性能的损失并提高了用户解码运算的效率。然后,本文分析了所提出方案的中继节点和用户的缓存对网络传输速率的影响。仿真结果表明,当每个用户及其所有连接的中继足以存储整个数据库时,交付阶段不再需要服务器的参与;与其他去中心化方案相比,所提出的方案可以获得更优的传输速率性能。

关键词：编码缓存去中心化编码缓存多服务器系统中继网络

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无人机自组网络技术的研究

无人机自组网络技术的研究

作者：王锋沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

最近几次局部战争的经验表明:现代战争是以信息为中心的战争。由于网络在信息战中所占据的重要作用,现代战争也被称为“网络中心战”。由于无人机自组网络是“网络中心战”的重要组成部分,且无人机具有造价低廉、安全性高等特点,各个军... 详细信息

最近几次局部战争的经验表明:现代战争是以信息为中心的战争。由于网络在信息战中所占据的重要作用,现代战争也被称为“网络中心战”。由于无人机自组网络是“网络中心战”的重要组成部分,且无人机具有造价低廉、安全性高等特点,各个军事大国越来越重视无人机及作战网络的研究工作。本文在分析、总结国内外现有无人机自组网络研究的基础上,对中继通信网络和路由算法进行了深入的研究。针对中继通信网络和路由算法存在的问题,本文所做的主要工作如下: 针对节点的移动性和网络的扩展性等因素导致网络连通性的变化问题,设计了无人机中继通信系统,为无人机实现地面无线网络远程通信中继给出了解决方案。本文分别对单无人机通信系统、多无人机通信系统、无人机分层通信系统进行了设计。针对无人机自组网络多媒体数据传输中链路不稳定和网络拥塞问题,提出了一种无人机自组网络多媒体数据传输路由算法。该算法充分考虑了位置、速度、运动方向、拥塞程度这四个因素对选择下一跳节点的影响。从而达到提高链路性能的目的。为了验证算法的有效性,分别对GPSR和改进的路由算法进行了仿真对比实验。实验结果表明,本文提出的算法能够保证无人机多媒体数据的有效传输。

关键词：无线传感器网络多媒体中继网络无人机

解码转发协作通信网中能效最优的物理层安全传输机制研究

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通信学报 2017年第1期38卷 89-96页

作者：王东李永成白铂王满喜电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室河南洛阳471003 清华大学电子工程系北京100084 新星技术研究所安徽合肥230031 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京100876

针对物理层安全信息传输过程中的功率和能量制约,研究解码转发中继网络中的能量高效利用问题,基于分式规划和DC(difference of convex functions)规划理论,提出一种迭代的发送功率分配算法。该算法在满足节点峰值功率约束和系统最小保... 详细信息

针对物理层安全信息传输过程中的功率和能量制约,研究解码转发中继网络中的能量高效利用问题,基于分式规划和DC(difference of convex functions)规划理论,提出一种迭代的发送功率分配算法。该算法在满足节点峰值功率约束和系统最小保密速率要求下,联合进行源和中继的功率分配,实现高能效的物理层安全传输。仿真结果表明,与传统的最大化保密速率相比,该安全能效最大化算法能显著提高系统的能量利用效率。

关键词：能量效率功率分配物理层安全中继网络

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面向火星通信网络的系统Raptor码研究

面向火星通信网络的系统Raptor码研究

作者：聂胜贤哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

火星是目前深空探测的主要目标行星,随着火星探测任务的不断丰富,作为信息传输重要支撑和保障的深空通信技术也随之快速发展。现有的火星通信业务类型包含各类科学数据和高分辨图像,传统点对点的数据传输方式已经无法满足大数据量、高... 详细信息

火星是目前深空探测的主要目标行星,随着火星探测任务的不断丰富,作为信息传输重要支撑和保障的深空通信技术也随之快速发展。现有的火星通信业务类型包含各类科学数据和高分辨图像,传统点对点的数据传输方式已经无法满足大数据量、高传输速率、高可靠性的通信需求,利用火星轨道探测器作为中继的网络化传输已成为未来火星探测任务的基本方案。一方面,通过中继分段传输,能够较好的减少远距离带来的路径损耗,提升链路可靠性;另一方面,中继通信能够部分解决行星遮挡带来的链路中断问题,增加可见通信时间。与此同时,长纠删码作为深空通信的一项新型传输技术,利用编码的纠删能力取代反馈重传机制以保证可靠传输,减少文件传输时延,提升链路传输效率。本课题建立由多个火星表面探测车、中继轨道探测器和地面站组成的火星中继网络,在延迟/中断容忍网络和异步存储转发机制下,充分利用喷泉长纠删码的前向纠删和无码率特性,设计了联合网络编码的分布式系统Raptor码传输方案,保证文件传输的高可靠性,减少系统的冗余开销,增强火星中继网络场景下的高效组网数据传输能力。论文的主要研究内容包括:首先,通过对火星探测任务和DTN网络架构的研究,确立了多个探测车通过同一中继轨道器与地面站通信的网络模型,并定义了网络中各个节点的功能。通过对3GPP广播多播业务中的系统Raptor码的分析,验证了其良好的编译码性能,适合作为信源端的编码方案;同时,利用中继的剩余处理能力,在传统的路由功能上加入了网络编码操作,验证了将系统Raptor码作为火星通信中的长纠删码的可行性,并利用系统Raptor码和网络编码特有的“无码率”特性,设计分布式的中继编码传输方案。其次,提出了一种分布式系统Raptor纠删编码方案,相比现有的DLT,SLRC等分布式喷泉码方案,能以较低的译码冗余获得高译码成功率,提高数据恢复效率,节省传输时间。进而,针对信源能量受限的情况,在预知的信道条件下计算出信源所需发送的编码符号数量,利用中继缓存的编码符号进行网络编码,来抵抗中继到目的端的链路丢包。提出了三种中继选择方式,并分别作出译码性能的对比和仿真,有效的减少了信源端的编码开销,保证了较高的译码恢复效果。最后,讨论了由于探测车硬件存储能力、传输业务类型和链路状态的不同,导致信源端采用不同的码长进行编码的组网传输情况。对不同信源的原始数据作出不同重要程度的等级区分,通过中继编码转发策略和译码算法的高效配合,提高重要信息的转发概率和网络编码覆盖率,实现对不同重要等级信息的不等差错保护。当链路丢包率较大或者信源编码符号不足的情况下,优先恢复重要信息,提高整体的数据传输性能,扩大了分布式系统Raptor码在火星中继网络下的应用范围。

关键词：火星通信中继网络分布式喷泉码系统Raptor码网络编码

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基于多种调制方式的物理层网络编码策略研究

基于多种调制方式的物理层网络编码策略研究

作者：陈璐北京理工大学

学位级别：硕士

当两个或更多用户在无线网络中同时发送信息时,产生的电磁波信号会在信道中线性叠加,仅需要接收其中一个信号的接收器将其他信号视为干扰。然而,利用近年来新提出的物理层编码的概念,根据电磁波的线性叠加特性,将网络编码理念应用于物理... 详细信息

当两个或更多用户在无线网络中同时发送信息时,产生的电磁波信号会在信道中线性叠加,仅需要接收其中一个信号的接收器将其他信号视为干扰。然而,利用近年来新提出的物理层编码的概念,根据电磁波的线性叠加特性,将网络编码理念应用于物理层,能够利用这种干扰,并大大提高无线网络的吞吐量。本文在加性高斯白噪声双向中继信道模型中,研究基于PSK、DPSK、QAM调制的物理层编码策略,并利用最大后验概率估计进行系统性能评估。针对高阶调制的情况,为了避免码字间串扰并解决大型星座图可能产生的码字匮乏问题,由于lattice编码作为一种线性结构码在信源和信道编码上的优异表现,以及其与物理层编码对码字要求的匹配性,本文研究nested lattice码字并在物理层网络编码机制中加以应用,得到了一种能够逼近高斯信道容量的线性结构码字编解码方式,并将其计算转发的中继机制与传统中继机制进行对比,证明了lattice物理层网络编码性能的优越性。

关键词：物理层编码网络编码中继网络计算转发 nested lattice

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协作中继分布的系统性能分析

西安电子科技大学学报 2011年第1期38卷 80-84页

作者：王勇李晖张卫东西安电子科技大学计算机网络与信息安全教育部重点实验室

针对两类基本的单中继模型,通过分析瑞利衰落环境下放大转发和译码转发协作单中继系统的性能,研究了在放大转发和译码转发两种模式下,中继位置对系统容量和性能的影响.仿真表明中继位置对系统性能起着关键作用.对于放大转发模式,当中继... 详细信息

针对两类基本的单中继模型,通过分析瑞利衰落环境下放大转发和译码转发协作单中继系统的性能,研究了在放大转发和译码转发两种模式下,中继位置对系统容量和性能的影响.仿真表明中继位置对系统性能起着关键作用.对于放大转发模式,当中继位于源节点和目的节点连线的中点时,系统性能最优;对于译码转发模式,根据不同参数配置,当中继位于源节点和目的节点连线的中点且靠近源节点时,性能最优.

关键词：协作通信中继网络放大转发译码转发

基于缓存的分布式LT码的分析及其在云存储网络中的应用

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基于缓存的分布式LT码的分析及其在云存储网络中的应用

作者：王小龙云南大学

学位级别：硕士

传统的通信网络中,中继只负责信息的存储与转发,当中继接收到信息后不对信息做任何处理直接将信息传送到信宿。网络编码可以在中继节点对数据进行处理,从而提高了网络吞吐量和信息的传输效率,这对于如何在有限带宽资源上实现大数据量信... 详细信息

传统的通信网络中,中继只负责信息的存储与转发,当中继接收到信息后不对信息做任何处理直接将信息传送到信宿。网络编码可以在中继节点对数据进行处理,从而提高了网络吞吐量和信息的传输效率,这对于如何在有限带宽资源上实现大数据量信息的有效传递具有重要意义。喷泉码具有非固定码率、无反馈、编译码复杂度低的优点,将其用到中继编码可以保证信息传输的可靠性和有效性。LT码(Luby Transform,卢比变换码)是喷泉码中可以实际应用的一种,但它仅支持端到端(信源--信宿)的网络,不适用多信源多中继通信网络。与LT码相比,DLT码(Distributed LT Codes,分布式LT码)不但适用于多信源多中继通信网络中而且允许在中继处对数据进行处理,所以本论文对DLT码的关键技术和应用进行了研究,主要从以下几个方面展开:第一,本文首先介绍了一种具有实际意义的喷泉码--LT码,并对其编译码算法和度分布函数设计进行详细分析,之后在LT码的基础上,介绍了 SDLT码(Selective Distributed LT Codes,选择性分布式LT码)的模型和编译码算法,并采用与或树分析方法对其进行分析,得出LT码和SDLT码的译码成功时的概率迭代公式;第二,针对SDLT码存在的问题,本文讨论了一种BBDLT码(Buffer-Based Distributed LT Codes,基于缓存的分布式 LT码),并将 UEP(Unequal Error Protection,不等差错保护)方案与其结合,仿真结果显示此算法可以将译码失败率降低到10-3数量级且重要信息可以得到更好的保护,系统性能更加优越;第三,本文设计了一个应用于云存储网络中的实际网络模型,包含8个用户3个中继1个信宿,编解码方案采用UEP与BBDLT码相结合的方式,最后通过仿真得出文件信息受到最强保护的用户译码失败率几乎为0,比EEP(Equal Error Protection,等差错保护)方案下的其它用户译码失败率都要低,验证了该方案的有效性。

关键词： LT码与或树分析分布式LT码不等差错保护中继网络

一种复杂环境下的无线应急通信中继节点快速布点方法

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宇航计测技术 2022年第1期42卷 45-50页

作者：任静姚远程秦明伟朱悦西南科技大学信息工程学院绵阳621010

无线应急通信作为综合应急保障体系的重要组成部分,在应对洪水、地震、海啸等自然灾害时有着传统网络无可比拟的便捷性和经济型。中继节点作为无线中继网络的关键环节,其选址将直接影响整个应急通信网络的性能。复杂环境无线应急通信中... 详细信息

无线应急通信作为综合应急保障体系的重要组成部分,在应对洪水、地震、海啸等自然灾害时有着传统网络无可比拟的便捷性和经济型。中继节点作为无线中继网络的关键环节,其选址将直接影响整个应急通信网络的性能。复杂环境无线应急通信中继节点选址依靠现场实地调查和测量,但会存在选址速度慢、中继节点冗余和通信链路质量差等问题。针对以往这些问题,使用站点间传播路径损耗作为评价站点品质的依据,在使用射线跟踪方法建模及仿真的基础上进行算法研究,实现了复杂环境下无线应急中继节点的快速、精确选址,并在与传统选址方法的对比实验中验证了本文所提方法的有效性。

关键词：应急通信射线跟踪路径损耗中继网络 Dijkstra算法

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一种实用的DF协作无线传感器网络跨层设计

电子设计工程 2011年第11期19卷 8-11,15页

作者：闫秋娜岳殿武郭丽丽大连海事大学信息科学技术学院辽宁大连116026 深圳信息职业技术学院电子通信技术系广东深圳518029

针对前向译码(DF)协作无线传感器网络的特点和要求,探讨基于分集合并和差错控制两种技术的实用跨层设计方案。首先,研究支持DF中继协议的协作传感器网络在目的节点采用等增益合并(EGC)的检测方案。通过和传统的最大比合并(MRC)方案以及... 详细信息

针对前向译码(DF)协作无线传感器网络的特点和要求,探讨基于分集合并和差错控制两种技术的实用跨层设计方案。首先,研究支持DF中继协议的协作传感器网络在目的节点采用等增益合并(EGC)的检测方案。通过和传统的最大比合并(MRC)方案以及最近提出的协作MRC方案综合比较,说明等增益合并是一个具有良好性能的实用方案。然后,把物理层的EGC和数据链路层的自动请求重传(ARQ)结合起来,再进行系统分析。最后,基于EGC和截断ARQ提出一种实用跨层设计方案。

关键词：无线通信中继网络协作分集等增益合并前向译码自动请求重传