数字喷泉码低冗余数据传输策略研究

摘要

水声传感器网络能够在一定区域内进行信息收集、处理和传输，在海洋数据收集、灾难预警、水下军事侦察等领域有广阔的应用前景。然而水声通信具有带宽窄、延时长、能量受限和噪声复杂等特征，使得陆上较为成熟的传输策略难于直接应用于水下网络。基于数字喷泉码的数据传输对信息序列的传输顺序不敏感，能充分利用网络各节点间的互信息提高传输效率，因而受到广泛的关注。论文以国家自然科学基金项目为研究背景，针对喷泉码传输策略冗余较大、信息透明且仅对数据提供等差错保护的问题，对喷泉码的低冗余传输算法和不等差错保护算法进行深入研究，并以此为基础研究适用于水下通信的低冗余数据传输方案，主要研究内容包括：　　1）在对数字喷泉码算法原理进行分析的基础上，深入研究了现有的低冗余喷泉码算法和不等差错保护喷泉码算法，分析影响喷泉码传输性能的主要因素以及现有算法应用于水声网络环境中存在的问题。　　2）以算术编码的算法原理为基础，提出了提升数据传输有效性和安全性的低冗余LT码算法，并借助VS2010仿真平台对提出算法进行了实验仿真，结果证明改进型算法在物理层传输有效性和数据抗截获能力方面具有更好的性能。　　3）有机结合现有的不等差错保护喷泉码算法，提出了适用于水声通信的权重型扩展窗口喷泉码。采用与或树分析法对提出算法的渐近性能进行了理论仿真分析，并在此基础上对改进型算法进行实验仿真，验证了提出算法在符号丢失率、译码成功率等方面的性能优势。　　4）在引入相关链反馈进一步优化数据传输策略的基础上，综合两种改进型策略提出了基于数字喷泉码的低冗余数据传输方案。使用OPNET网络仿真软件建立水声网络模型，并在该模型下从端到端延时、网络吞吐量、平均传输冗余和重传次数等角度仿真论证了低冗余传输方案在水声环境中的适用性。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及结构安排

第2章 基于数字喷泉码的数据传输策略

2.1 LT码的编译码原理

2.2低冗余数字喷泉码算法

2.3不等差错保护喷泉码算法

2.4本章小结

第3章 低冗余喷泉码算法及其保密性优化研究

3.1喷泉码冗余问题分析

3.2算术编码与低冗余LT码设计

3.3低冗余LT码系统方案

3.4仿真实验结果及分析

3.5本章小结

第4章 水声通信中不等差错保护喷泉码算法研究

4.1权重型扩展窗口喷泉码设计

4.2 WEWF码的渐近性能分析

4.3 WEWF码的渐近性能仿真

4.4仿真实验结果及分析

4.5本章小结

第5章 水声网络中低冗余数据传输方案仿真分析

5.1基于喷泉码的低冗余数据传输方案

5.2 OPNET水声网络建模

5.3仿真实验结果及分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢