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网络编码:未来无线通信领域的重要力量

  【IT168专稿】8月29日上午,在中国计算机学会主办的“网络编码与下一代网络”专题报告会上,来自清华大学的樊平毅教授做了主题为《无线通信中基于网络编码的中继组播技术》的精彩演讲。

  作为清华大学博士生导师的樊教授,于1994年获得清华大学博士学位。先后在香港科技大学和美国特拉华大学进行学术研究。目前担任多份国际学术杂志的主编、编委或评论员。出版著作四部,在国际期刊和学术会议上发表论文150余篇,获国际和国家发明专利17项,荣获IEEE 无线通信与网络国际会议WCNC2008非常好的论文奖。目前主要从事无线网络编码、网络信息论以及量子信息论方面的研究。

  目前无线通信技术发展非常迅速。考虑到无线网络环境的复杂性和多变性,对网络中数据的安全、高效的传输成为了重要需求。而无线网络编码(网络编码技术在无线通信领域的应用)作为一项新兴技术,在未来的通信系统中,可能占据重要的位置。

  一、“蝴蝶”效应,无线网络编码实现了最大流传输的理论极限。

  如图所示,在蝴蝶网络中, S1和S2分别传输1比特到目的节点R1和R2(R1和R2都要获得x1和x2)。传统的路由方式下,节点C一次只传送1比特到D,D也只能发送1比特到E和F。因此,C和D之间不得不传送两次,而E、F节点共收到3比特的数据,平均速率是1.5比特/单位时间。

  而在新的网络编码模型中,同样的传送要求,在C节点,先进行编码处理,将x1和x2的异或值传送到D,然后在分别传给E和F。而E、F端通过解码(根据以获得的x1或x2,结合x1+x2,来解码出x2或x1)。这样,C、D间只需要传递一次数据,因而平均速率为2比特/单位时间。

  二、节省时隙,提高频谱效率模式。

  如图所示,在传统模式中,A和B间的数据传输,为了保障相互间没有干扰,我们需要划分成4个步骤进行传输处理。而通过网络编码技术,也就是我们上面提到的蝴蝶网络的例子,在收到A和B的信号后,基站不需要分批传递给对方,而只需要对信息内容x和y进行编码,将x+y发送到A和B,A和B根据以后的信息,解码出对方的内容。众所周知,目前无线的频谱资源非常稀缺,如果这一技术能投入实用,将会对未来通信系统带来巨大的好处。

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