LT码的性能分析与研究

LT码（Luby Transform Codes）属于数字喷泉码,是一类新型前向纠错编码算法,适用于基于包通信的删除信道环境。本文概述了LT码的编译码原理及实现方法,对LT码的理想孤子度分布算法和鲁棒孤子度分布算法进行了仿真验证,分析了LT码在包删除信道下的性能,讨论了实际应用中的参数优化规则,研究结果对提高实时纠删应用的性能具有重要的实用价值。     

基于极限条件的VFLLT码系统设计与性能研究

针对LT(Luby Transform)码的编码效率不高、时延长且译码概率低等弊端,将数学极限分析方法引入到LT码的度数分布中,提出了一种不定帧长LT码VFLLT(variable frame length LT)编译码系统方案,其核心思想是将原始数据进行适当的帧长设计,通过不定帧长的方法对原始数据进行拆分编译码。在理论推导过程中,详细分析了该不定帧长LT码设计方法的编译码复杂度和平均度数。理论分析和仿真结果表明:与传统LT码相比,不定帧长LT码能够有效地提高编码效率和译码概率,降低其编译码运算量和度数分布值,增强了LT码在实际系统应用时的可行性。     

基于NSD度分布函数的LT码构造

提出一种新的度分布函数NSD,其与鲁棒孤立子度(RSD)分布函数在数学表达式及LT码构造方面所起作用截然不同。利用该度分布函数能够以较大的成功概率恢复原始数据,且解码开销很小。理论分析和仿真结果证明,利用该函数构造的LT码的编解码复杂度与采取RSD分布函数构造的LT码具有相同的数量级。     

系统LT码在删除信道下的渐进性能分析及度分布设计

首先基于与或树分析法,对系统LT码在删除信道下的渐进性能公式进行推导,并给出其下限。仿真结果表明当开销足够大时,实际误码率,渐进性能与下限三者 完美匹配。然后根据渐进性能,提出改进的优化模型（Improved systematic linear programming,ISLP）对度分布进行优化设计。优化所得的度分布明显优于鲁棒孤波分布(Robust soliton distribution,RSD)分布与截断度分布(Truncated degree distribution,TDD)分布。另外,优化后的度分布其渐进性能可由设定的开销与误码率进行控制,即在所设置的开销之内达到理想的误码率,这一特性可进一步影响完全译码时所需开销。仿真结果表明,数据恢复时所需的开销与所设置的开销相近。对比系统LT码和LT码的误码率与恢复原始数据时所需的开销和编译码时间,表明系统LT码能比LT码更快地恢复原始数据,具有更优的性能。     

一种基于短LT码的级联编译码算法

针对实时无线通信对短纠删码的需求,提出一种短码长LT码与传统纠错码的级联方案。在综合考虑算法复杂度与纠错性能的情况下,选取RS码和卷积码的级联(RS-CC码)以构造等效删除信道,并采用实时性高的短LT码实现纠删功能。文中设计了一种适合短LT码的译码算法,同时给出了编码度分布的选取方法。仿真结果表明,与已有短喷泉码相比,文中短LT码成功译码时所需编码冗余更少,应用到级联方案后的数据传输可靠性明显提高。     

基于数字喷泉码的视频监控系统研究

传统的视频监控系统在纠错性能方面存在着诸多不足,当信道丢包率较大时进行可靠的视频传输显得较为困难。为此,结合RTP传输的优势,设计了一种使用数字喷泉码进行丢包恢复的视频监控系统。首先研究实用的数字喷泉码——LT码,比较了不同度分布算法下LT码的译码性能。根据视频传输系统的应用需求,选择鲁棒孤子度分布算法,研究短码长条件下影响LT码译码性能的主要因素。     

空间耦合LT码的性能研究

空间耦合LT码是将空间耦合概念用于LT码的一种新型信道编码技术,因其良好的性能被广泛研究。介绍了空间耦合LT码的编码过程,利用密度演进算法研究了其在信息位无限长时的渐进性能,并且比较了空间耦合LT码在规则度分布与不规则度分布下的译码错误率和译码复杂度。同时在有限信息位长度下针对两种度分布进行大量仿真,分析并比较了两者的性能。结果表明:信息位越多,空间耦合LT码越能在低开销时获得低译码错误率,以更快的速度接近渐近性能,在译码错误率相差无几的情况下,使用不规则度分布的空间耦合LT码比使用规则度分布有更快的译码速度,而且在有限信息位长度时译码错误率性能更好,能以更快的速度接近渐近性能。     

BIAWGN信道中改进的LT码优化方法

在二进制输入加性高斯白噪声信道中传输LT码时,采用高斯近似方法预测置信传播译码算法的误比特率性能不够准确。为此,提出一种改进的高斯近似方法,其中,输入节点度分布采用泊松分布,相应的软信息为高斯混合物,在此基础上给出一种LT码度分布优化方法。仿真结果证明,该方法相比同类方法性能更优越。     

传感器网络中基于LT码的提高数据持续性方案

在环境恶劣且无固定Sink的无线传感器网络,节点为了避免意外死亡而丢失数据,需要能量有效地将数据分发到其他一部分节点上存储,以等待移动Sink进行采集.提出了一种新的基于Luby变换码(Luby transform codes)、简称LT码的数据持续性提高方案(LT-codes based scheme for improving data persistence,LTSIDP),其中LT码是一类纠删码.LTSIDP将数据的存储过程分为2个步骤:第1步,节点根据一段时间内接收数据包的情况估计网络中数据包的数量和节点的总数,进而计算出基于LT码存储数据所需要的参数;第2步,节点再根据获得的参数对接收到的数据进行存储.每一轮LTSIDP执行结束后,移动Sink可以在一定时间段内的任意时刻和任意地点进入网络,访问少量仍然存活的节点就能获得所有源数据.理论分析和实验表明,LTSIDP不仅能获得比已有算法更高的数据持续性,而且能量更有效.     

高斯消元译码下LT码性能分析

针对LT码在采用高斯消元算法时性能分析方法计算复杂且性能较差这一问题，提出了基于概率转移函数的性能分析方法。首先，对两种均匀度分布下的LT码进行了分析并给出了性能的定量表达式；其次，研究了一般性度分布下LT码，给出了一种简单有效的性能衡量的指标参数，并给出了参数的计算表达式；最后，对提出的性能分析方法进行了仿真验证分析。仿真结果表明，与基于生成矩阵满秩上下界计算方法相比较，基于概率转移函数方法对于均匀度分布码字的性能衡量最大误差降低到0.0124，一般码字计算复杂度降低到O（k²）。理论分析表明，基于概率转移方法能够更有效地指导通信领域LT码的优化设计。     

LT码编译的改进方法

LT码的无速率特性使其可在删除率未知的删除信道下高效传输信息,但译码代价会因R集合为空集概率的增加而增加。针对该问题,提出一种LT码编译的改进方法,使信息单元的度数近似服从均匀分布,并去除生成矩阵中出现长度为4的短环,从而降低R集合为空集的概率。仿真结果验证,采用该方法能降低LT码的译码代价。     

基于蚁群优化算法的纠删码存储系统数据更新方案

由于纠删码具备高可用性和高存储空间有效性的特点,采用纠删码为大规模分布式存储系统提供数据持久性已成为事实标准.然而,纠删码的密集型更新操作将导致大量的数据传输和I/O开销.如何减少数据传输量,优化现有网络资源的利用率,以提高纠删码的更新效率,成为纠删码存储系统面临的重要挑战.然而,在多重服务质量(quality of service,QoS)指标下,目前对纠删码更新效率的优化研究很少.针对此问题,提出一种基于蚁群优化算法的多数据节点更新方案(ant colony optimization algorithm based multiple data nodes update scheme,ACOUS),采用2阶段数据更新方式以优化多数据节点更新过程.具体而言,基于多目标蚁群优化更新路由算法(multi-objective ant colony optimization update routing algorithm,MACOU)所构建的多目标更新树,2阶段数据更新方式能有效地进行数据增量收集和校验增量分发.大量的实验结果表明,在典型的数据中心网络拓扑结构下,与TA-Update方案相比,所提方案能够在保证算法收敛的前提下,以可忽略的计算开销为代价,将更新时延降低26%~37%.     

右边正则纠删码中二部图的构造算法

通过深入研究右边正则度序列的分析性质,设计了右边正则纠删码度序列的参数优化算法.基于此算法,提出了右边正则纠删码设计中随机二部图的连边构造算法.数值结果证明了所给的度序列参数优化算法的有效性.仿真结果表明基于右边正则度序列的级联型纠删码的性能优于Tornado码.随机二部图的连边构造算法和度序列的参数优化算法有助于右边正则纠删码的设计及其工程应用.     

基于LT喷泉码的WSNs抗WLAN干扰的实验研究

针对无线传感器网络(WSNs)通信能力有限,易受到与其共享信道的无线局域网(WiFi)干扰的问题,提出一种采用纠删码——LT喷泉码编码来保证可靠传输的方法。该方法可以充分利用喷泉码的无码率特性,即发送端源源不断地发送经过LT码编码的编码包,接收端只要接收到足够数量的编码包,就能够成功恢复原始数据包。在CC2430为核心的平台上设计并实现了基于LT喷泉码的可靠传输协议,并在WLAN干扰情况下对其进行了性能测试。实验结果表明:基于LT喷泉码的可靠传输协议对WLAN的抗干扰效果显著。     

一种改进的LT码置信传播译码

在删除信道上,短信息字长度的LT码采用置信传播译码算法性能较差。提出了一种改进的置信传播译码算法,此算法在置信传播译码失败时只需运用高斯消元法确定少数猜测比特就可实现成功译码。仿真结果显示,相比于置信传播译码,改进的置信传播译码算法在增加少量译码运行时间的代价下获得较大的译码性能改善。     

低密度纠删码度分布序列的若干分析性质

研究了删除信道中逼近容量的度分布序列。证明了低密度纠删码的度分布序列为逼近容量序列的充分必要条件，给出并证明了左边正刚度分布序列的若干分析性质，指出删除信道中逼近容量的度分布序列也应具有某些类似的分析性质。这些分析性质对低密度纠删码度分布序列的设计有着重要的理论指导意义。