Application Layer Coding for IoT: Benefits, Limitations, and Implementation Aspects
未来IoT/M2M系统的关键技术之一是低功率广域网，其被设计为使用随机接入协议来支持通常在未授权共享频谱中的大量低端设备。然而，这些通常在没有集中控制的情况下操作，并且由于自动重传请求和确认机制由于严格的占空比限制和共享频带中的高干扰而不是非常有效，因此许多分组因冲突而丢失。在本文中，我们分析了最近提出的应用层编码方案，其目的是恢复丢失的数据包通过引入冗余的形式的喷泉码。我们展示了延迟和解码复杂度如何受到丢包率的影响，但也证明了通过引入更多冗余可以实现的效果是有限的。仿真结果验证了分析的正确性。
2017-06-05 cs.NI
Dynamic Radio Resource Management for Random Network Coding: Power Control and CSMA Backoff Control
无线网络中的资源分配通常发生在PHY/MAC层，而随机网络编码（RNC）是网络层策略。一个有趣的问题是如何调整资源分配机制以提高RNC性能。通过一个微分方程的框架模型RNC吞吐量的低层参数，我们提出了一种基于梯度的方法，可以动态分配MAC和PHY层资源的目标是最大限度地提高最小网络编码吞吐量之间的所有目的地节点在RNC组播。我们将这种一般方法与两个资源分配问题：（i）功率控制，以提高网络编码吞吐量，和（ii）CSMA平均退避延迟控制，以提高网络编码吞吐量。针对功率控制和CSMA退避控制，设计了集中式算法和在线算法。我们的评估，包括数值求解微分方程的集中式算法和事件驱动的模拟的在线算法，表明这种基于梯度的动态资源分配产生显着的吞吐量改善RNC中的目的节点。此外，我们的数值结果表明，网络编码感知功率控制可以重新获得无线传输的广播优势，以提高吞吐量。
2013-03-26 cs.NI
Network Coding as a WiMAX Link Reliability Mechanism
我们设计并实现了一个网络编码使能的可靠性架构的下一代无线网络。我们的网络编码（NC）架构采用了灵活的基于线程的设计，每个编码器-解码器的实例应用系统会话内随机线性网络编码作为IP层的数据包擦除码，以确保无线节点之间的快速和可靠的信息传输。利用全球网络创新环境（GENI）WiMAX平台，通过一系列点对点传输实验，比较了NC架构与自动重传请求（ARQ）和混合ARQ（HARQ）机制的性能。在应用层，使用Iperf和基于UDP的文件传输协议（UFTP）来测量吞吐量、数据包丢失和文件传输延迟。在我们选择的场景中，所提出的架构能够将丢包率从11-32%左右降低到接近0%;与HARQ和联合HARQ/ARQ机制相比，NC架构提供了高达5.9倍的吞吐量增益和5.5倍的端到端文件传输延迟降低。我们的实验表明，网络编码作为一个数据包擦除码在上层的协议栈有可能减少联合HARQ/ARQ方案的PHY/MAC层的需要，从而提供深入了解跨层设计的高效的下一代无线网络。
2013-08-01 cs.NI
Physical-Layer Network Coding: Tutorial, Survey, and Beyond
物理层网络编码（PNC）的概念于2006年提出，用于无线网络。从那时起，它已经发展成为网络编码的一个子领域，拥有广泛的追随者。PNC的基本思想是利用电磁波相互叠加时自然发生的网络编码操作。这个简单的想法有着深刻而根本的影响。各种研究人员的后续工作在1）无线通信; 2）无线信息论;和3）无线联网领域中产生了许多新的结果。本文件的目的有四个方面。首先，我们简要介绍PNC的基本概念。其次，我们调查和讨论最近在上述三个领域的主要成果。第三，我们研究PNC中的一个关键问题：同步。人们普遍认为PNC需要紧同步。然而，我们最近的结果表明，PNC实际上可能受益于异步。第四，我们建议PNC不仅适用于无线网络，它也可以用于光网络。我们提供了一个例子表明，无源光网络（PON）的吞吐量可能会提高100%与PNC。
2011-05-21 cs.NI
Cross-layer Design and SDR Implementation of DSA, Backpressure Routing and Network Coding
设计了一种跨层的认知无线电系统，该系统集成了动态频谱接入（DSA）、反压算法和多跳网络编码，支持单播和多播业务。与分布式协调和本地信息交换一起运行的完整协议栈通过软件定义无线电（SDR）实现，并在基于网络仿真测试平台的现实测试和评估（T\&E）系统中进行评估。在没有公共控制信道的情况下，每个SDR执行邻域发现、频谱感测和信道估计，并且执行背压算法的分布式扩展，该背压算法利用联合DSA和路由来优化频谱效用（其表示链路速率和业务拥塞）。背压算法扩展到支持多播流量与网络编码部署在虚拟队列（多播目的地）。除了在目的地处的满秩解码之外，还考虑秩亏解码以减少延迟。认知网络功能是用GNU Radio编程的，Python模块是为不同的层开发的。USRP无线电用作RF前端。提出了一种无线网络测试与评估系统来执行仿真测试，其中无线电通过无线网络仿真器来彼此通信，该无线网络仿真器根据路径损耗、衰落和拓扑效应来控制物理信道。针对不同的拓扑结构进行了仿真测试，以评估吞吐量、积压和能耗。结果验证了SDR的实现和DSA的联合效果，背压路由和网络编码在现实的信道和无线电硬件的影响。
2019-12-11 cs.NI
Physical layer network coding with multiple antennas
两阶段MIMO NC（网络编码）方案可以用来提高吞吐量的双向中继信道中，节点配备有多个天线。显而易见的策略是中继节点从两个端节点提取各个分组，并将两个分组混合以形成网络编码分组。在本文中，我们提出了一种新的方案，称为MIMO PNC（物理网络编码），其中中继提取的总和和差异的两端包，然后将它们转换为网络编码的形式。MIMO PNC是单天线PNC方案和线性MIMO检测方案的自然组合。MIMO PNC的优点很多。首先，它消除了单天线PNC中严格的载波相位要求。第二，它是线性复杂度相对于星座的大小和在MIMO中的同时数据流的数量。仿真结果表明，在随机瑞利衰落信道下，MIMO PNC的性能明显优于直接MIMO NC。基于我们的分析，我们进一步推测，MIMO PNC优于MIMO NC下的所有可能实现的信道。
2010-01-18 cs.NI
Building Blocks of Physical-layer Network Coding
本文研究了物理层网络编码（PNC）的基本构建模块。PNC的大多数先前的工作集中在它的应用程序中的一个简单的双向中继信道（TWRC）组成的三个节点。PNC在一般网络中的应用研究相对较少。本文试图填补这一空白。我们提出两个想法：1）一般网络可以被分解成PNC的小构建块，称为PNC原子，用于PNC传输的调度。2)我们确定了9个PNC原子，TWRC是其中之一。三个主要结果如下。首先，使用的分解框架，PNC的吞吐量性能显着优于传统的多跳方案和传统的网络编码方案。例如，在大流量下，PNC相对于传统的多跳方案可以实现100%的吞吐量增益。其次，基于各种不同PNC原子的PNC分解可以产生比仅基于TWRC原子的PNC分解好得多的性能。第三，九个原子中有三个对良好的性能最重要。具体来说，基于这三个原子的分解在大多数情况下已经足够好了，没有必要使用其他六个原子。
2014-05-22 cs.NI
Network Coding-based Routing and Spectrum Allocation in Elastic Optical Networks for Enhanced Physical Layer Security
在这项工作中，窃听感知路由和频谱分配方法提出了利用网络编码（NC）在弹性光网络（EONs）。为了在EON中提供物理层安全性并保护机密连接免受使用NC的窃听攻击，机密连接的信号在其路径中的不同节点处与其他信号组合（XOR），同时通过网络传输。通过NC的信号的组合显著地增加了机密连接的安全性，因为窃听者必须访问穿过不同链路的所有单独信号，以便解密组合信号。提出了一种新的启发式方法，解决了组合网络编码和路由和频谱分配（NC-RSA）的问题，也考虑到额外的NC约束，需要考虑一个机密的连接作为安全。提出了不同的路由和频谱分配策略，旨在最大限度地提高提供的机密需求的安全水平，其次是广泛的性能评估的每种方法提供的安全水平，以及频谱利用率和阻塞概率，在不同的网络参数。性能结果表明，所提出的方法可以提供有效的解决方案，在网络性能方面，同时提供所需的安全级别为每个需求。
2020-04-19 cs.NI
Semantic Communication-Empowered Physical-layer Network Coding
在双向中继信道（TWRC）中，物理层网络编码（PNC）通过将由不同端节点同时发送的叠加信号转化为有用的网络编码信息（称为PNC解码）来使系统吞吐量加倍。先前的工作表明，PNC解码性能受到来自不同节点的接收信号之间的相对相位偏移的影响。特别是，一些“坏”的相对相位偏移可能导致巨大的性能下降。以前的解决方案，以减轻相对相位偏移的影响是有限的，以传统的面向比特的通信模式，旨在提供一个给定的信息流尽可能快和可靠。相比之下，本文提出了第一个语义通信授权的PNC使能的TWRC，以解决相对相位偏移问题，称为SC-PNC。尽管相对相位偏移很差，但SC-PNC直接提取传输消息的语义含义，而不是确保准确的比特流传输。我们共同设计了基于深度神经网络（DNN）的收发器在终端节点，并提出了一个语义PNC解码器在中继。以图像传输为例，实验结果表明，与传统的基于比特的TWRC相比，SC-PNC TWRC在不同的信道条件和相对相位偏移下都能获得较高且稳定的图像重建质量。
2022-09-02 cs.NI
Polar Coding for Efficient Transport Layer Multicast
在本文中，我们阐明了如何在传输层的自适应，高效的错误编码有助于确保应用程序的要求。我们回顾了MDS码的使用，并表明，二进制编码可以显着降低复杂性，从而增加嵌入式设备的适用性。我们利用极化码中生成矩阵的全对称结构，建立了信道（极化效应）和分组（多播传输所需的一般性）上的分散的对偶性，从而构建了用于增量冗余的系统极化码，其性能尽管复杂度低得多，但接近于用于中程剩余丢失率的MDS码。
2022-02-21 cs.IT cs.NI math.IT
Seek and Decode: Random Access with Physical-Layer Network Coding and Multiuser Detection
我们提出了一种新的跨层的方法来随机接入（RA），结合物理层网络编码（PLNC）与多用户检测（MUD）。PLNC和MUD在物理层联合应用，以便提取经历冲突的消息的任何线性组合。从整个帧中提取的组合集合然后由接收器处理以恢复原始分组。在发送终端处的简单预编码阶段允许接收器进一步增加系统分集。我们推导出系统吞吐量的分析界限，并提出了在物理层解码的仿真结果，以及在帧级的块衰落信道，即吞吐量，丢包率和能源效率的性能指标。我们提出的结果是有希望的，并建议跨层的方法利用PLNC和MUD的联合使用可以显着提高RA系统的性能。
2014-06-18 cs.IT cs.NI math.IT
A Novel Spectrally-Efficient Scheme for Physical Layer Network Coding
在本文中，我们提出了一种新的三时隙传输方案结合了一个有效的嵌入式线性信道均衡（ELCE）技术的物理层网络编码（PNC）。我们的传输方案，我们实现了约33%的频谱效率比传统的两个时隙的方案，而保持相同的端到端的BER性能。我们推导了一个精确的表达式，建议的三时隙传输方案结合所提出的ELCE技术的BPSK传输的端到端的BER。数值结果表明，端到端误码率的精确表达式与误码率仿真结果是一致的。
2014-07-03 cs.IT cs.NI math.IT
Network Coding for Multi-Resolution Multicast
多分辨率编码使不同的接收器能够以不同的速率进行多播，这种设置通常适用于图形或视频流。我们提出了一个简单的，分布式的，两阶段的消息传递算法来生成网络代码的多分辨率代码的单源组播。这种“后推算法”的目标是最大化所有接收器实现的总速率，同时保证每个接收器处的基本层的可解码性。通过进行回推和代码生成阶段，该算法利用层间以及层内编码。数值模拟表明，在实现的总速率方面，推回算法优于路由和层内编码方案，即使码字大小小至10位。此外，性能差距扩大的接收器的数量和网络中的节点的数量增加。我们还观察到，在某些网络条件下，简单的层间编码方案可能比层内方案执行得更差。
2009-08-04 cs.IT cs.NI math.IT
Making the Most of Sporadic Feedback: Low-Complexity Application-Layer Coding for Data Recovery in the Internet of Things
我们提出了应用层编码方案，以恢复在延迟敏感的上行链路（传感器到网关）的物联网通信中丢失的数据。建立在一种方法，结合重传和前向擦除校正，所提出的方案的显着特点包括低计算复杂性和利用零星的接收机反馈的有效数据恢复的能力。通过保持编码传输的数量尽可能低，并通过设计一种机制来计算O（1）中编码分组的最佳度，从而降低了复杂度。我们的主要贡献是：（a）对称为窗口编码的现有方案的增强，其复杂性大大降低，并且通过我们提出的方法提高了数据恢复性能。(b)一种将窗口编码的元素与新的反馈结构相结合的技术，以进一步降低编码复杂性并改善数据恢复。(c)一种编码转发方案，其中中继节点通过偷听源到目的地通信并基于偷听到的信息做出转发决策来提供针对分组丢失的进一步弹性。
2022-07-23 cs.IT cs.NI math.IT
In-Order Delivery Delay of Transport Layer Coding
大量的流应用使用可靠的传输协议（如TCP）通过Internet传递内容。然而，由于数据包丢失恢复而导致的线头阻塞通常会导致不必要的行为和较差的应用层性能。传输层编码可以帮助从丢失的数据包中恢复，而无需等待重传，从而有助于缓解此问题。我们考虑使用一个在线的网络代码，插入编码的数据包内的基本数据包流的战略位置。如果需要重传，则发送附加的编码分组以确保接收器的解码能力。该方案的分析提供，有助于确定预期的按顺序的数据包传输延迟及其方差。数值结果，然后用来确定何时以及有多少编码的数据包应该插入到数据包流，除了确定减少的顺序延迟和可实现的速率之间的权衡。最后，分析结果与实验结果进行比较，以提供洞察如何最大限度地减少现有的传输层协议的延迟。
2014-08-06 cs.IT cs.NI math.IT
Channel Coding and Decoding in a Relay System Operated with Physical layer Network Coding
物理层网络编码（PNC）允许两个端节点同时向中继发送消息，可以显著提高无线双向中继信道（TWRC）的吞吐量。为了实现可靠的通信，信道编码可以应用于PNC之上。本文研究了逐链路信道编码PNC，其中在中继的关键过程是将从两个端节点接收的叠加的信道编码分组加上噪声Y3=X1+X2+W3变换为源分组的网络编码组合S1 XOR S2。这与传统的多址接入问题不同，传统的多址接入问题的目标是分别获得S1和S2。从Y3到（S1 XOR S2）的变换被称为数字解码网络编码过程（CNC），因为它涉及信道解码和网络编码操作。本文的贡献在于，在设计CNC时，我们应该首先（i）将Y3信道解码为叠加的源符号S1+S2，然后（ii）将S1+S2变换为网络编码分组（S1 XOR S2）。与先前提出的CNC策略相比，该策略减少了信道编码网络编码失配。然而，不明显的是，存在用于步骤（i）的有效解码器。本文的第二个贡献是提供一个明确的结构，这样的解码器的基础上使用的重复累积（RA）码。具体地说，我们重新设计了传统点对点信道中RA码的置信传播算法，以适应PNC多址信道的需要。仿真结果表明，我们的新方案优于以前提出的方案显着的BER没有增加复杂度。
2010-01-18 cs.IT cs.NI math.IT
NCSA: A New Protocol for Random Multiple Access Based on Physical Layer Network Coding
本文介绍了一种用于卫星通信的随机多址接入方法，即基于网络编码的时隙Aloha（NCSA）。目标是通过纠错码和物理层网络编码（PNC）来提高时隙ALOHA类信道上的数据突发的多样性。该方案可以被认为是竞争解决分集时隙Aloha（CRDSA）的推广，其中该系统的不同副本被纠错码的单个字的不同部分替换。该方案的性能首先通过密度演化的方法进行了研究。然后，仿真证实了CRDSA的结果表明，对于$400$时隙的时间帧，可实现的总吞吐量大于$0.7\times C$，其中$C$是由集中式方案实现的最大吞吐量。本文是对所提出的方案的第一次分析，它打开了几个视角。最有前途的方法是将碰撞突发集成到解码过程中，以提高所获得的性能。
2010-09-24 cs.IT cs.NI math.IT
Wireless Broadcast with Physical-Layer Network Coding
研究了半双工节点约束下多跳无线网络的最大广播吞吐量及其可扩展性。我们允许使用物理层网络编码（PNC）。虽然PNC用于单播已经被广泛研究，但PNC用于广播的先前工作很少。我们的具体结果如下：1）对于单源广播，理论吞吐量上界为n/（n+1），其中n为网络的“最小割点”大小。2)通常，吞吐量上限并不总是可实现的。3)对于网格和许多其他网络，吞吐量上限n/（n+1）是可实现的。我们的工作可以被认为是试图了解最大流和最小割之间的关系，在半双工广播网络的周期（有以前的工作，网络的周期，但不是半双工广播网络）。
2013-08-04 cs.IT cs.NI math.IT
Cross-Layer Optimization for Statistical QoS Provision in C-RAN with Finite-Length Coding
针对C-RAN中有限长编码系统，提出跨层优化框架，联合优化调制编码、重传、带宽和AP选择，分解为二分搜索和拍卖算法求解，实现高达27.87%的带宽效率增益。
2023-11-16 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Decoding Algorithm for Asynchronous Physical-Layer Network Coding
物理层网络编码（PNC）的一个关键问题是如何处理多个发射机发送的信号之间的串扰。也就是说，由不同发射器发射的符号可能在符号未对准以及相对载波相位偏移的情况下到达接收器。本文提出并研究了一种基于置信传播（BP）的通用框架，该框架可以有效地处理符号和相位噪声：2）对于BPSK和QPSK调制，与现有方法相比，我们的BP方法可以显著降低由于噪声引起的信噪比损失;（3）发现符号不对准使得系统性能对载波相位偏移的敏感性降低，并且对载波相位偏移具有更强的鲁棒性。第三，具有以下实际意义。控制符号定时比控制载波相位偏移相对容易。我们的结果表明，如果我们可以控制PNC中的符号偏移，则故意引入符号不对准以使系统对相位偏移不敏感实际上是有利的。
2011-05-30 cs.IT cs.NI math.IT
Securing the IEEE 802.16 OFDM WiMAX PHYSICAL AND MAC Layer Using STBC Coding and Encryption
本文提出了一种基于正交频分复用（OFDM）和空时分组码（STBC）模型的IEEE 802.16 WiMAX物理层和MAC层安全模型设计。通常，它使用空时分组编码（STBC）、链路加密和消息认证码（MAC）技术来解决物理和MAC层安全问题。该模型符合多输入单输出（MISO）衰落信道，它模拟了多用户环境中的两个或多个发射机和一个接收机。假设两个衰落链路参数相同。与接收信号组合的每个链路的信道估计基于里德所罗门卷积编码（RS-CC）算法，其作为空时分集组合器块的结果而发生。此外，该模型还探索了在前向纠错（FEC）模式下采用加密算法和消息认证码（MAC）后，利用通信块来测量和显示比特出错率。信道SNR和速率ID估计被应用。最终结果显示身份验证以及对接收到的最终信息或数据的里德-所罗门解码。
2013-09-19 cs.CR cs.IT cs.NI
Random Linear Network Coding for Wireless Layered Video Broadcast: General Design Methods for Adaptive Feedback-free Transmission
研究了基于无反馈随机线性网络编码（RLNC）的异构单跳无线网络分层视频流广播问题。我们将RLNC与不等错误保护（UEP）相结合，我们的主要目的是双重的。首先，系统地研究UEP+RLNC分层方法在为具有不同接收能力的用户提供服务方面的好处。第二，通过比较无反馈方案和理想的完全反馈方案，研究不使用反馈的效果。为此，我们研究了“预期的解码帧的百分比”作为一个关键的内容无关的性能指标，并提出了一个通用的框架来计算这个指标，它可以突出关键的系统，视频和信道参数的影响。我们研究的层数的影响，并提出了一个方案，选择最佳的层数自适应，以达到最高的性能。264测试流的评估所提出的计划，用户的性能之间的权衡进行了讨论，并显示了自适应选择的层数，以改善权衡的增益。此外，据观察，所提出的无反馈方案和理想化的方案之间的性能差距是非常小的，视频层的数量的自适应选择进一步关闭的差距。
2015-05-19 cs.IT cs.NI math.IT
Cross-Layer Designs in Coded Wireless Fading Networks with Multicast
一个跨层的设计，以及最佳的资源分配框架制定的无线衰落网络，其中的节点被允许执行网络编码。目的是联合优化端到端传输层速率、网络编码设计变量、广播链路流、链路容量、平均功耗和短期功率分配策略。在路由范例中，节点只是转发数据包，跨层优化问题与网络编码是非凸的一般。然而，它被证明，与网络编码，对偶分解组播是最佳的，只要在每个无线链路的衰落是一个连续的随机变量。这有助于证明收敛的次梯度算法，它不仅承认分层架构的解释，但也最佳地集成网络编码的协议栈。对偶算法还与产生接近最优的网络设计变量的方案配对，即多播端到端速率、网络代码设计量、广播链路上的流量、链路容量和平均功耗。最后，异步次梯度方法，从而在物理层的双重更新，可以affordable执行一定的延迟相对于资源分配任务在上层。这个有吸引力的功能是由物理层子问题的复杂性，是一个适应的次梯度方法适合于网络控制。
2010-08-20 cs.NI math.OC
Physical-layer Network Coding in Two-Way Heterogeneous Cellular Networks with Power Imbalance
对高速数据、服务质量（QoS）保证和能源效率的需求不断增长，引发了4G LTE-A网络向5G及更高版本的演进。干扰仍然是一个主要的性能瓶颈。研究了物理层网络编码（PNC）技术在异构蜂窝网络中的应用。特别是，我们提出了一个速率最大化的中继选择算法的基础上的解码和转发策略的单细胞与多个中继。当节点以不同的功率发送时，该算法根据不同的链路速率来调整资源分配，并从理论上证明了优化问题是对数凹的。所提出的技术表现出显着优于广泛研究的选择合作技术。然后，我们进行了实验研究的PNC解码性能的软件无线电平台与不平衡的信噪比在多址传输。这个问题是固有的蜂窝网络，它表明，与信道编码和解码器的基础上多用户检测和连续干扰消除，性能更好的功率不平衡。本文为进一步研究多小区PNC、资源分配以及采用高阶调制和先进编码技术实现PNC奠定了基础。
2014-12-15 cs.IT cs.NI math.IT
Interfacing network coding with TCP: an implementation
在以前的工作中（“网络编码满足TCP”），我们提出了一个新的协议，网络编码与TCP接口的编码层之间的TCP和IP。与通常的基于批处理的编码方案不同，该协议使用TCP兼容的滑动窗口代码，并结合新的规则，用于向TCP确认字节，该规则考虑了下层的网络编码操作。该协议是在理论框架中提出的，仅与TCP Vegas结合考虑。在本文中，我们提出了一个现实世界的实现这个协议，解决了几个重要的实际方面，将网络编码和解码与TCP的窗口管理机制。此外，我们还使用更广泛和实用的TCP Reno。我们的实现大大推进了设计一个可部署的，通用的，TCP兼容的协议，提供网络编码的好处的目标。
2009-08-11 cs.IT cs.NI math.IT
Wireless Network Coding via Modified 802.11 MAC/PHY: Design and Implementation on SDR
原则上，网络编码（NC）是第3层创新，其提高有线网络中用于多播/广播场景的网络吞吐量。由于有线和无线网络之间的根本差异，将NC扩展到无线网络产生了几个新的和重大的实际挑战。双向信息交换（对称和不对称）。原则上，网络编码（NC）是第3层创新，其提高有线网络中用于多播/广播场景的网络吞吐量。由于有线和无线网络之间的根本差异，将NC扩展到无线网络产生了几个新的和重大的实际挑战。使用中间中继节点在一对802.11源/宿之间的双向信息交换（对称和非对称）是用于评估无线网络编码（WNC）在实际设置中的有效性的典型场景。我们在这项工作中的主要目标是建议务实和新颖的修改在MAC和PHY层的802.11协议栈上的软件无线电（Sora）平台，以支持WNC和获得可实现的吞吐量估计通过实验室规模的实验。我们的研究结果表明，网络编码（在MAC或PHY层）增加系统的吞吐量，通常为20- 30%。
2012-10-04 cs.IT cs.NI cs.PF
Implementation of Physical-layer Network Coding
提出了一种基于物理层网络编码原理的双向中继网络的实现方案。到目前为止，只有一个简化版本的物理层网络编码（PNC）方法，称为模拟网络编码（ANC），已成功实现。ANC的优点是易于实现;另一方面，缺点是中继器在转发信号之前将噪声与信号一起放大。其中中继器执行接收信号的XOR或其他去噪PNC映射的PNC系统具有显著更好的性能的潜力。然而，这种PNC系统的实施带来了许多挑战。例如，中继站必须能够处理从两个端节点接收的同时信号的符号和载波相位偏移，并且中继站必须在检测信号之前执行信道估计。我们调查的PNC实现在频域中，被称为FPNC，以应对这些挑战。FPNC基于OFDM。在FPNC中，对每个子载波中的OFDM样本而不是时域中的样本执行XOR映射。我们在通用软无线电外设（USRP）平台上实现了FPNC。我们的实现只需要适度修改的802.11a/g OFDM PHY的分组前导码设计。在OFDM中，借助于循环前缀（CP），可以以类似的方式处理符号冗余和多径衰落效应。我们的实验结果表明，符号同步和符号异步FPNC具有基本相同的BER性能，无论是信道编码和非信道编码的FPNC。
2011-05-17 cs.IT cs.NI math.IT
Asynchronous Physical-layer Network Coding
物理层网络编码（PNC）的一个关键问题是如何处理多个发射机发送的信号之间的串扰。也就是说，由不同发射器发射的符号可能在符号未对准以及相对载波相位偏移的情况下到达接收器。第二个重要的问题是如何将信道编码与PNC相结合以实现可靠的通信。本文研究了这两个问题，并作出了以下贡献：1）我们提出并研究了一个一般的框架解码在接收端的基础上的信念传播（BP）。该框架在结合信道编码的同时，可以有效地处理符号和相位失真。2)对于非信道编码的PNC，我们表明，对于BPSK和QPSK调制，我们的BP方法可以显着减少的pseudo惩罚与以前的方法相比。3)对于未信道编码的PNC，发射机之间有半个符号偏移，我们的BP方法可以大大减少由于相位失真的性能损失，从超过6 dB到不超过1 dB。4)对于信道编码的PNC，与完全同步的情况相比，我们的BP方法，符号和相位同步实际上提高了系统性能。此外，在信道编码PNC中，由于发射机之间的符号和相位偏移的不同组合而导致的性能扩展仅在1dB左右。3）的含义是，如果我们可以控制接收机处的符号到达时间，则在未信道编码的PNC中故意引入半个符号偏移将是有利的。4）的含义是，当使用信道编码时，符号和相位误差不是PNC中的主要性能问题。
2011-06-05 cs.IT cs.NI math.IT
End-to-End Algebraic Network Coding for Wireless TCP/IP Networks
传输控制协议（TCP）被设计用于在有线网络中提供可靠的传输服务。在这样的网络中，分组丢失主要是由于拥塞而发生的。因此，TCP被设计成应用拥塞避免技术来处理分组丢失。如今，TCP也被用于无线网络中，其中除了拥塞之外，还存在许多其他导致分组丢失的原因。当无线信道的状态差时，这导致吞吐量降低和传输往返时间增加。我们提出了一个新的网络层，透明地坐在下面的传输层，并隐藏从TCP的非强制性的数据包丢失。这个新层中的网络编码基于众所周知的最大距离可分离（MDS）码类。
2010-04-20 cs.IT cs.NI math.IT
Distributed MAC Protocol Supporting Physical-Layer Network Coding
物理层网络编码（PNC）是一种很有前途的无线网络编码方法。它允许节点同时传输。由于调度同时传输的困难，现有的PNC工作是基于简化的介质访问控制（MAC）协议，这是不适用于一般的多跳无线网络，据我们所知。在本文中，我们提出了一个分布式MAC协议，支持PNC在多跳无线网络。提出的MAC协议是基于载波侦听多址接入（CSMA）的策略，可以被视为IEEE 802.11 MAC协议的扩展。在所提出的协议中，每个节点收集其相邻节点的队列状态信息。当一个节点发现它的一些邻居有机会执行PNC时，它通知它的相应的邻居节点，并使用PNC发起分组交换的过程，节点本身作为中继。在数据包交换过程中，中继器还充当协调器，协调源节点的传输。同时，该协议与传统的网络编码和传统的传输方案是兼容的。仿真结果表明，该协议在各种无线应用场景中具有优势。
2013-05-11 cs.DC cs.IT cs.NI
Cross-layer scheme for low latency multiple description video streaming over Vehicular Ad-hoc NETworks (VANETs)
Univ. Polytechnique Hauts-de-France（上法兰西理工大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Univ. Lille（里尔大学）；YNCREA（法国北部高等电子、自动化与机械学院联盟）；Centrale Lille（里尔中央理工学院）；Badji Mokhtar University Annaba（巴吉·莫赫塔尔-安纳巴大学）
针对VANETs低延迟视频流传输中AI编码结构导致高码率的问题，提出一种基于多描述编码和IEEE 802.11p MAC层自适应映射机制的低复杂度跨层系统，显著提升了接收端的视频质量。
2023-11-05 cs.CV cs.MM cs.NI
Efficient Wireless Security Through Jamming, Coding and Routing
最近有大量的文献介绍了如何通过协作干扰等技术在无线网络的物理层帮助单个发射机和接收机之间进行安全通信。在本文中，我们考虑如何将这些单跳物理层安全技术可以扩展到多跳无线网络，并展示如何增强物理层安全技术与更高层的网络机制，如编码和路由。具体而言，我们考虑的安全最小能量路由问题，其中的目标是计算两个网络节点之间的最小能量路径的约束下的端到端的通信保密性和有效吞吐量的路径，这个问题被表述为一个有约束的优化的传输功率和链路选择，这是被证明是NP-难的。然而，我们表明，有效的算法存在计算精确和近似的解决方案的问题。特别是，我们开发了一个精确的解决方案的伪多项式的复杂性，以及多项式复杂性的ε-最佳近似。仿真结果还提供了我们的算法的效用，并量化其节能相比，（标准）安全无关的最小能量路由和物理层安全的组合。在模拟场景中，我们观察到，通过联合优化链路选择在网络层和合作干扰在物理层，我们的算法减少了一半的网络能耗。
2013-04-09 cs.CR cs.IT cs.NI
Constellation Mapping for Physical-Layer Network Coding with M-QAM Modulation
Northeastern University（东北大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；University of Sydney（悉尼大学）
针对M-QAM调制的物理层网络编码，提出一种将叠加M-QAM信号映射为编码符号的映射方案，并评估其误码性能，进而提出速率自适应方案。
2013-05-11 cs.IT cs.NI cs.SY
