网络编码

网络编码是近年来通信领域的重大突破,其基本思想是网络节点不仅参与数据转发,还参与数据处理,这样可以大幅提高网络性能。该文关注网络编码在无线网络环境中编解码过程。     

基于编码混淆的匿名通信机制

无线网络的开放性、拓扑动态变化性决定它容易受到多种攻击的威胁,现有的匿名通信模型都无法完全适应链路开放、拓扑动态变化、资源有限的无线网络。提出了一种多级编码混淆的匿名转发机制,该机制通过在各个节点进行内部数据包随机编码,使各个节点出入的数据包对应关系及信息形式发生变化,结合多路径传输方式,提高了匿名通信抗流量分析攻击的能力,同时改善了系统的匿名性。     

一种新型无线网络编码数据传输方案

无线网络自身的广播特性决定了它更易受到攻击,网络编码的提出为抵御被动窃听攻击提供了新的思路。现有研究方法中,匿名路径建立过程需要很高的复杂性且编码矩阵不完全可逆,提出的新的区域推进机制能够降低匿名路径建立的复杂度,特殊的编码矩阵构造方法能够保证编码矩阵完全可逆和数据包在目的节点的无条件可解码性。分析结果表明,该方案不仅可以达到抵御被动窃听攻击的目的,确保通信的匿名性,而且可以在一定程度上减小通信过程中数据包的大小。     

基于改进喷泉码的高可用性数据冗余方案

分析线性喷泉码、改进的LT码和Raptor码,研究预编码技术,阐述基于RS码的改进型Raptor码技术。该技术能克服LT码解码代价不固定的缺点,具有解码率高、抗删除能力强等优点,适合处理数据网络传输的安全问题和数据的高可用性问题。仿真结果表明,改进型Raptor码较LT码在相同编码冗余度下提高了可译码概率,在一定可译码概率下降低了编码冗余度要求。     

CTC与网络编码的联合设计研究

Turbo码由于具有并行级联的特点,更易于与网络编码进行联合设计,迄今为止成为信道编码与网络编码联合设计领域的一个热点。在研究无线网络中物理层网络编码技术的基础上,提出了一种新型的物理层网络编码和信道编码的联合设计方案,即CTC码（卷积Turbo码）与网络编码的联合设计方案,该方案具有较小的译码时延,更强的纠错性能,对于移动台（MS）来说,不仅提高了码率,还比MS直接使用CTC编码的算法简单。仿真结果表明CTC-网络编码系统具有较强的纠错性能,更适合于各种恶劣环境下的通信。     

网络编码的研究进展

网络编码允许网络节点在传统数据转发的基础上参与数据处理,已成为提高网络吞吐量、鲁棒性和安全性的有效方法.在介绍网络编码基本原理的基础上,比较了集中式和分布式网络编码构造方法的优缺点,并对实用网络编码设计中涉及的同步、纠错、编解码速度等问题进行了评述;进而,对网络编码在无线网络、P2P系统、分布式文件存储和网络安全等领域的最新应用进行了总结;最后对网络编码的理论和应用研究的发展趋势进行了分析与展望.设计简单高效的实现机制,并与其他领域的技术如信道编码与调制、路由算法、队列调度以及流媒体技术等的结合,将是网络编码发展的一个重要趋势.     

存储网格中数据高可靠获取的新编码方案*

为了保证存储网格中数据的高可获取性,提出了一种对数据资源进行RS编码和LT编码级联的新方法,使RS码和LT码互相促进,同时实现纠删和纠错,这是单独采用两种编码都无法达到的。仿真结果表明,RS-LT级联编码可提高LT码译码成功概率,能够以较小的系统代价大幅度提高数据的可获取性。     

无线传感器网络中不定帧长LT码系统研究

针对传统LT码编码效率不高、时延长且译码率低等问题,设计一种应用于无线传感器网络(WSN)的不定帧长LT码系统,对原始数据进行拆分编译码,从而满足WSN节点跟踪与数据传输要求的准确性、高效性以及不等差错保护。实验结果证明,该系统能提升WSN的编码率和译码率,提高数据中心的数据恢复率,增强LT码在实际系统应用中的可行性。     

基于改进网络编码的匿名通信机制研究

针对现有基于网络编码的匿名系统,由于转发节点的不稳定性以及匿名消息的多路径转发,使得数据发送的成功率较低的问题,提出了一种基于网络编码与数据冗余方法的新匿名通信机制ACSNC（anonymous communication system based on network coding）。首先采用数据冗余机制对要发送的数据进行冗余分片,并沿多条路径发送;然后中间转发节点对信息进行随机编码后转发,使信息通过节点前后的统计特性发生变化;最后,目的节点根据收到的数据片与编码系数恢复匿名信息。仿真结果表明,该机制在显著提高数据发送成功率的基础上,能够有效地保障通信的匿名性与安全性。     

基于网络编码的信息流重构匿名通信机制

现有的以PKI为基础的匿名通信机制很难应用于无信任中心的分布式环境下.基于网络编码技术提出了一种新的匿名通信机制NCBACM.NCBACM利用每个编码节点都对转发信息进行随机编码的思想,将匿名路径信息以及数据消息进行分片、编码、混淆后分散在不同的传输路径上进行传输,在无须加/解密变换的情况下进行匿名路径的建立,同样可以...     

基于部分信息的SLT-LT联合码防窃听方案设计

近年来, 信息的安全传输备受人们关注, 现有的物理层安全技术从信息论的角度出发, 将物理层安全编码与传输信道的动态物理特性进行结合, 实现信息的保密传输。作为一种纠删码, LT(Luby transform)码由于其编码随机性、码率不固定等特性,使得窃听者不能直接从泄露的编码符号中得到有用信息, 只要合法用户在窃听者之前接收到足够数量的编码符号, 便可实现信息的安全传输。而作为一种转移 LT(Shifted LT, SLT)码, SLT 码能高效恢复信息的同时具有更小的译码开销。因此, 我们将 SLT码应用于 Wyner 降阶窃听信道模型进行研究, 提出一种基于部分信息转移的 SLT-LT 联合码防窃听方案, 信源利用接收者已知的部分信息对度分布进行调整, 并对信源符号进行 SLT-LT 码级联编码。由于窃听信道是合法信道的降阶信道, 因此外在的窃听者截获到的消息符号是合法接收者的降阶版本, 在相同时间内, 合法接收者能够收到更多消息符号, 随着编解码过程的不断进行, 合法接收者的优势不断累积, 能够优先完成解码, 而度分布的调整以及级联编码方案使得编码符号的平均度进一步增大,窃听者难以完成解码, 进一步降低了窃听者译出率; 之后, 对所提方案的编解码性能以及安全性进行理论分析, 并通过实验仿真进行验证, 仿真结果表明, 与其他防窃听 LT 方案相比, 本文所提方案仅增加少量的译码开销但具有更好的安全性能。     

一种多重信道感知的主动机制网络编码算法

针对网络编码算法的能量开销大、解码出错率高等问题,提出一种多重信道感知的主动机制网络编码算法,该算法建立了系统模型来分析网络编码的工作方式,以最小化样本作为代价,采用多重信道感知的方法来检验中继节点的编码效果,使网络从中继节点的编码效果中进行学习,从而将源信息发送给编码效果较好的中继节点。为了减少解码出错率,算法采用了一种主动机制,该机制依据源节点的发射功率和源信息的大小来控制终端的解码出错率,提高网络解码能力。实验仿真对比结果表明,提出的网络编码算法能够有效控制网络编码的出错率,并能有效减少网络开销。     

Decoding of random network codes

We consider the decoding for Silva-Kschischang-Kötter random network codes based on Gabidulin’s rank-metric codes. The model of a random network coding channel can be reduced to transmitting matrices of a rank code through a channel introducing three types of additive errors. The first type is called random rank errors. To describe other types, the notions of generalized row erasures and generalized column erasures are introduced. An algorithm for simultaneous correction of rank errors and generalized erasures is presented. An example is given.     

面向数据可靠传输的高译码率带反馈的LT码

基于有码率和无码率的纠删码技术常用于解决网络丢包问题,但是存在译码率不高等缺点.面向数据可靠传输的高译码带反馈的LT码通过利用多个编码之间相互异或操作制造新的译码条件,可以大大提高译码率.相应的反馈机制能够以较小的传输反馈代价,实现可靠传输.实验结果表明,与现有译码方案相比,该方案的译码率可以提高35％.     

面向HPC互连网络的低延迟前向纠错编码研究与实现

当前主流高性能互连网络的端口速率已达到100~400 Gbps,其单通道速率已达到25~50 Gbps。在这种高速率的网络上传输数据,前向纠错编码是提高其可靠性的必要技术。以太网国际规范IEEE 802.3采用的前向纠错编码为RS(528,514)和RS(544,514),但是这2种码型难以满足高性能互连网络在低延迟方面的性能需求。首先,分析了RS的编码和译码结构,并定量研究了RS码型参数与编解码延迟之间的关系。接着,提出了一种面向当前高性能互连网络的新型低延迟编码—RS(271,257),并比较了该码型在占用带宽和纠错能力等方面的优缺点。最后,实现了基于RS(271,257)的低延迟网络编码子层,并对其进行了资源消耗评估和延迟性能模拟。综合考虑资源消耗、纠错能力和延迟性能3方面因素,RS(271,257)是一种理想的低延迟前向纠错码型,可满足当前面向HPC的低延迟高性能互连网络的编码子层的设计需求。     

线性优先级不等差保护LT码的设计

LT码作为一种无码率的编码,能显著地提高网络数据吞吐量。在不同优先级的网络数据传输中,不等差保护（ UEP）是一种必要的方法。所以,设计一个性能良好的具有不等差错保护功能的LT码有很大的应用价值。文中设计了一类具有线性优先级不等差保护特性的LT码（ UEP-LT）。也就是说,对数据层的保护水平是线性分布的。提出的UEP-LT码能以极低的译码开销恢复大多数高优先级的数据。同时,这种UEP-LT码在合理的译码开销下具有比等差保护（ EEP）低的误码率,更好地满足了多媒体传输中对不等差错保护的要求。     

基于感兴趣区域的小波变换可分级视频编码研究

随着Internet和无线通信的飞速发展,人们在网络上实时获取视频数据已经成为可能。由于传输网络和接收终端的多样性,所以需要视频流能适应多种不同传输、解码和显示的要求,由此产生了可分级视频编码。文中在可分级视频编码的基础上对其进行改进,把感兴趣区域的检测和小波变换应用到可分级编码中,该方法中对视频流进行感兴趣区域检测,利用小波变换对增强层中的感兴趣区域进行编码,由于小波变换具有良好的空间方向选择性,与人眼的视觉特性十分吻合,从而得到很好的效果。