淺談無線通信中的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)

司明濤

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淺談無線通信中的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)

司明濤

河南省通信工程局有限責任公司，河南 鄭州 450003

無線通信網(wǎng)絡(luò)在使用過程中容易受到干擾，且資源利用率較低。這些缺點的存在大大制約了無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。如何能夠提高數(shù)據(jù)信息的傳輸量和安全性一直以來都是一個備受關(guān)注的話題。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應用恰好能夠彌補無線通信網(wǎng)絡(luò)的缺陷，確保新時期用戶的通信需求始終得到滿足。對網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的內(nèi)涵和特征加以探討和分析，并著重論述其在無線通信網(wǎng)絡(luò)中的具體應用策略，以期充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的優(yōu)勢，推動無線通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。

無線通信；網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)；功能；應用

引言

網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)自研發(fā)以來就被廣泛應用于無線通信網(wǎng)絡(luò)中，使得無線通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性有了顯著提升，網(wǎng)絡(luò)資源也得到了最大化的合理利用，這給無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展注入了勃勃生機。為了進一步展現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的獨特優(yōu)勢，需要對該項技術(shù)進行深入研究，發(fā)掘技術(shù)潛力，改良技術(shù)性能，確保網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無線通信網(wǎng)絡(luò)中能夠真正發(fā)揮實效，從而為我國通信事業(yè)的長遠健康發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

1 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)概述

網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)指在網(wǎng)絡(luò)的某一節(jié)點上對接收到的信息進行重新編碼，然后發(fā)送給接收方，接收方通過利用特定的譯碼算法對信息加以解析，進而得到信息的詳細內(nèi)容。以往信息傳遞的過程中普遍沒有進行編碼處理，發(fā)送的信息量比較有限，占用的網(wǎng)絡(luò)資源較大，而網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應用打破了傳統(tǒng)無線通信網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)木窒扌?，可以大幅降低對網(wǎng)絡(luò)資源的占用，增加信息的吞吐量，具有較高的研究和應用價值。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)主要作用于無線通信網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點上，大致可以分為模擬和數(shù)字兩種類型的網(wǎng)絡(luò)編碼。模擬型網(wǎng)絡(luò)編碼對中繼節(jié)點進行擴展轉(zhuǎn)發(fā)，源節(jié)點信息在兩個時隙過程中相交，兩個源節(jié)點對擾亂行為進行清除之后，再經(jīng)過譯碼實行調(diào)整，最終取得需要的數(shù)據(jù)；數(shù)字型網(wǎng)絡(luò)編碼與模擬型網(wǎng)絡(luò)編碼的原理大致相同，唯一的不同之處就是在三個時隙過程中相交，這點需要格外注意。

要想保證網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無線通信網(wǎng)絡(luò)中能夠充分展現(xiàn)其有效性，就要正確認識網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的優(yōu)點和缺陷，才能有的放矢，不斷改進和優(yōu)化技術(shù)。

1.1 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的優(yōu)點

網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應用使得信息能夠高效、穩(wěn)定的傳輸，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，而且不需要考慮信源和信宿的距離，即使節(jié)點或信道失效，數(shù)據(jù)信息也能持續(xù)傳輸，在傳輸中產(chǎn)生的錯誤信息還能夠通過解碼將其糾正過來，避免了信息失真的現(xiàn)象[1]。此外，運用隨機編碼技術(shù)能夠起到保護數(shù)據(jù)安全的目的，信息傳輸因而更加安全、可靠。

1.2 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的缺點

在無線通信網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點上進行編碼和解碼極大地增大了CPU的計算負擔，緩存消耗也有所升高。由于解碼需要一定的時間，因此信息的傳輸就無法實現(xiàn)實時性。若采用線性網(wǎng)絡(luò)編碼，還會增加網(wǎng)絡(luò)的安全風險，導致信源信息能夠被多節(jié)點、多速率的接收，對網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)提出了更高的要求。

2 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的功能

2.1 實現(xiàn)異或運算

異或運算是網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無線通信網(wǎng)絡(luò)中最常見的一種應用形式，能夠壓縮與合并中繼節(jié)點上接收到的信息，每個節(jié)點上存儲的信息數(shù)量將會大幅增加，網(wǎng)絡(luò)資源也能夠得到更合理、更有效的使用。

2.2 復數(shù)域網(wǎng)絡(luò)編輯

在規(guī)模較大的無線通信網(wǎng)絡(luò)中，復數(shù)域網(wǎng)絡(luò)編碼不僅能夠獲得1/2符號/信源/時隙（Sym/S/TS）的吞吐量，獲取完全分集增益，而且在不同的信源之間都能夠靈活的傳輸信息，使得信息在無線通信網(wǎng)絡(luò)中得到共享。這與無線通信網(wǎng)絡(luò)的運行需求更加契合。

2.3 與信道編碼結(jié)合

將網(wǎng)絡(luò)編碼與信道編碼結(jié)合起來運用于無線通信網(wǎng)絡(luò)中，也能夠給信息傳輸帶來巨大助益，可采取嵌套編碼方案和混合編碼方案。這兩種方案的本質(zhì)是相同的，不過在具體應用方法上有所差異：嵌套編碼方案可以將無線通信網(wǎng)絡(luò)中相對獨立的子碼合并起來，通過在中繼節(jié)點對信息進行異或運算，信息先被壓縮再發(fā)送出去，無線通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上儲存的信息量顯著增大?；旌暇幋a對無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的信源節(jié)點、中繼節(jié)點和信宿節(jié)點的數(shù)量都有著明確的要求，編碼位置仍然是在中繼節(jié)點上，促使網(wǎng)絡(luò)編碼和信道編碼有機聯(lián)系到一起。這種混合編碼技術(shù)的應用之于無線通信網(wǎng)絡(luò)信道容量的拓展以及編碼正確率的提升均大有助益。

2.4 與協(xié)作分集技術(shù)的結(jié)合

協(xié)作分集技術(shù)專門應用于用戶數(shù)量較多的無線通信網(wǎng)絡(luò)中，以抵抗無線信道衰落的不利效應。每個天線用戶在系統(tǒng)中既是一個獨立的個體，需要將自身信息發(fā)送出去，又是天線系統(tǒng)的一個重要組成部分，應協(xié)助其他用戶發(fā)送信息。在此情況下數(shù)據(jù)在無線通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸效率必然會大幅提升，無線通信網(wǎng)絡(luò)的抗衰落能力也會得到一定的增強。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與協(xié)作分集技術(shù)的結(jié)合運用從本質(zhì)上改變了無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在信源節(jié)點和信宿節(jié)點之間放置了中繼節(jié)點，促使無線通信網(wǎng)絡(luò)的容量和分集增益迅速擴大，編碼的錯誤率卻隨之降低[2]。

3 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無線通信網(wǎng)絡(luò)中的應用

3.1 在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的應用

在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)有著比較突出的缺陷，使得網(wǎng)絡(luò)變得越來越復雜，運行成本大幅提升，這對無線自組織網(wǎng)絡(luò)的運行和發(fā)展是非常不利的。為了保持網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性和安全性，除了要平衡不同層次網(wǎng)絡(luò)的需求之外，還要優(yōu)化路由算法，確保無線自組織網(wǎng)絡(luò)的吞吐量能夠進一步增加，那么網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的弊端就會得以彌補。這也將成為網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在該網(wǎng)絡(luò)中應用的一個重要趨勢。與此同時，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡化也勢在必行，需要調(diào)整信宿節(jié)點的位置，使之處于無線自組織網(wǎng)絡(luò)的尾端，再輔以改良后的路由方法，那么無線自組織網(wǎng)絡(luò)的信息吞吐量就會急劇上升，還能夠有效節(jié)約網(wǎng)絡(luò)運行成本。

3.2 在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的應用

網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的應用主要是將通信節(jié)點資源高效整合起來然后分配使用，目的在于保障網(wǎng)絡(luò)的運行安全。我們知道線性網(wǎng)絡(luò)編碼的安全風險較高，對于這類情況，由于通信節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)信息多種多樣，因此通過應用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在中繼節(jié)點挑選單獨的編碼系數(shù)，進而對接收信息加以計算和轉(zhuǎn)發(fā)，接收方就能夠順利地收到準確的數(shù)據(jù)了[3]。信宿節(jié)點則是直接提取線性編碼過程中的編碼系數(shù)，將信息解譯出來，以便獲得數(shù)據(jù)信息。

3.3 在認知性無線網(wǎng)絡(luò)中的應用

認知性無線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應用主要是解決主要用戶和次要用戶的資源共享問題。無論在任何情況下都不能影響主要用戶的通信質(zhì)量。確定主要用戶的通信性能達到要求以后，再適當?shù)馗倪M次要用戶的通信性能。這就需要加強認知性無線網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的配合，對全部信息進行有效整合，以此提升通信的功能和使用效率?？梢哉f，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)提高了認知性無線網(wǎng)絡(luò)信息的傳遞速率，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的占用情況，而且也能夠防止用戶的通信質(zhì)量受到外界干擾，極大地推動了認知性無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進程。

4 結(jié)語

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應用是新時期無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然選擇，需要正確認識網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的特點和功能，將該技術(shù)應用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和認知性無線網(wǎng)絡(luò)之中，確保其功能和優(yōu)勢都能最大限度展現(xiàn)出來，促使無線通信網(wǎng)絡(luò)的運行更加安全、穩(wěn)定，以便給用戶提供良好的通信服務，竭力滿足用戶多樣化、個性化的通信需要。

[1]李合菊，胡尊廣. 基于網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中的研究與應用[J]. 軟件，2012（7）：96-97.

[2]朱聯(lián)祥，李祥，行彥輝，等. 重復累積碼在協(xié)作分集系統(tǒng)中的應用研究[J]. 重慶郵電大學學報（自然科學版），2011（1）：16-20.

[3]劉珊珊，曹型兵，鄧小科，等. 無線通信網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)[J]. 數(shù)字技術(shù)與應用，2011（12）：46-47.

Talking about Network Coding Technology in Wireless Communication

Si Mingtao

Henan Communication Engineering Bureau Co., Ltd., Henan Zhengzhou 450003

Wireless communication networks are susceptible to interference during use and have low resource utilization. The existence of these shortcomings greatly restricts the development of wireless communication networks. How to improve the transmission volume and security of data information has always been a topic of great concern. The application of network coding technology can just make up for the shortcomings of wireless communication networks and ensure that the communication needs of users in the new era are always met. The connotation and characteristics of network coding technology are discussed and analyzed, and its specific application strategies in wireless communication networks are emphasized, in order to give full play to the advantages of network coding technology and promote the rapid development of wireless communication networks.

wireless communication; network coding technology; function; application

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