无线中继网络中改进的物理层网络编码方案设计与仿真

摘要

物理层网络编码技术作为中继协作通信的一种，因其在提高网络吞吐量方面的优势而受到广泛关注。在典型的物理层网络编码设置中，两个有数据交换需求的源/目的节点同时向中继节点发送数据包，利用无线信道中电磁波的叠加特性，中继接收到两个数据包的叠加结果并对其进行编码广播，目的节点再从广播数据包中解码出所需数据包，在两个时隙内完成一次数据包的交换，吞吐量提高到传统中继方式的两倍。在实际的无线中继网络中，对一个中继节点来说，经过它进行数据交换的机会往往不止一个。若能够使该中继节点同时编码多于两个数据包，那么网络传输性能可以进一步的提高。基于这一目标，本文将针对三节点的物理层网络编码方案加以改进，提出了针对多条双向中继链路的联合物理层网络编码方案。
　　本文首先论述了联合物理层网络编码方案适用的网络环境、具体流程，接着又分析了方案中存在的关键问题。针对所提出的关键问题，本文接下来一一给出解决方案。
　　为了使得参与联合物理层网络编码过程的终端节点都能够从中继编码的数据包中解码出各自所需的数据包，需要设计一定的中继联合编码方式。本文先分析了该中继联合编码过程需要满足的三个约束条件，再分别从方案误码率和传输效率两方面考虑，设计了三个不同目标的中继联合编码过程以获得不同的中继编码方案。仿真结果表明，不同的中继编码方式各有优势。
　　另外，由于参与执行某次联合物理层网络编码方案的所有终端节点除与各自的目的节点外，要求能够相互监听到，因此本文进一步设计了根据网络信道条件，对终端节点对进行分组的算法。根据不同的分组目标得到两个运行速度与侧重点均有差异的分组算法。仿真结果表明，两个算法能得到相近的分组结果但有各自的适用场景。
　　最后，本文结合不同的终端节点对分组算法和中继编码方式，得到几种侧重点不同的联合物理层网络编码方案，仿真结果表明，所有方案与针对三节点的物理层网络编码方案相比，均能够使网络吞吐量有所提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 无线中继网络中协作通信方式概述

1．2 网络编码概述

1．3 课题研究现状及意义

1．4 课题来源

1．5 论文主要工作和内容安排

1．5．1 主要工作

1．5．2 内容安排

第2章 物理层网络编码

2．1 物理层网络编码原理

2．2 机会监听

2．3 中继编码方式

2．4 本章小结

第3章 针对多条双向中继链路的联合物理层网络编码方案

3．1 网络拓扑

3．2 方案概述

3．3 方案具体流程

3．4 存在的问题

3．5 本章小结

第4章 中继联合编码过程设计

4．1 问题描述

4．1．1 编码约束

4．1．2 编码目标

4．2 分层的中继联合编码过程

4．2．1 顶层编码过程

4．2．2 底层编码过程

4．3 仿真分析

4．3．1 参数设置

4．3．2 网络中终端节点对个数不同时中继联合编码性能

4．3．3 网络中节点发射功率不同时中继联合编码性能

4．4 本章小结

第5章 终端节点对分组过程设计

5．1 问题描述

5．2 遍历分组算法

5．2．1 分组目标

5．2．2 算法流程

5．3 拆分-组合分组算法

5．3．1 分组目标

5．3．2 分组规则

5．3．3 算法流程

5．4 仿真分析

5．5 本章小结

第6章 几种联合物理层网络编码方案性能对比

6．1 理论分析

6．2 仿真分析

6．2．1 网络中终端节点对个数不同时方案性能

6．2．2 网络中节点发射功率不同时方案性能

6．3 本章小结

第7章 结束语

7．1 论文工作总结

7．2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文