Applying physical layer network coding in wireless networks
与有线网络相比，无线网络的主要区别特征是其广播性质，其中由节点发送的信号可以到达若干其他节点，并且节点可以同时从若干其他节点接收信号。在当今的大多数无线网络中，该特征更多地被视为引起干扰的滋扰（例如，IEEE 802.11）。本文表明，网络编码的概念可以应用在物理层，把无线自组织网络的广播属性到一个容量提升的优势。具体来说，我们提出了一个物理层网络编码（PNC）计划，以协调节点之间的传输。与在数字比特流被接收之后对数字比特流执行编码算法的“直接”网络编码相比，PNC利用同时到达的电磁（EM）波的加性来进行等效编码操作。在这样做的过程中，PNC可以实现100%和50%的吞吐量增加相比，传统的传输和直接的网络编码，分别在1-D规则的线性网络与多个随机流。在2-D规则网络中，吞吐量的提高甚至更大：分别为200%和100%。
2009-10-14 cs.NI
Application-Layer Coding with Intermittent Feedback under Delay and Duty-Cycle Constraints
我们提出了两个应用层编码方案的延迟约束的点对点数据包通信的限制发射机的最大占空比。该方案在GF（2）上操作，并利用间歇可用的接收机反馈进行擦除校正。将受益于所提出的方案的应用包括无线传感器网络，其中能量受限的传感器必须在最后期限内将读数传递到网关。独立的伯努利擦除信道，吉尔伯特-埃利奥特信道和长距离（LoRa）通信的仿真结果表明，与反馈辅助重复冗余和不利用反馈的盲编码方案相比，交付失败率降低了几个数量级。
2020-04-12 cs.NI
Novel Network Coding-based Techniques for Multi-layer Video Delivery over Multi-hop Wireless testbed
无线网络视频传输的实际性能最好通过真实测试平台上的实验研究来捕获，这对于揭示实现所提出的视频传输技术的技术问题和实际挑战至关重要。网络编码（NC）提供了一种范式转变，以优化网络资源，提高视频质量的结果，通过多跳无线网络的交付。在本文中，我们提出了一种新的框架，用于评估基于NC的视频传输在多跳无线网络的性能。基于层间视频编码和传输的实验平台实现，我们提出了一种新的通用技术，用于多跳层间NC提高视频传输质量。我们评估多跳NC的复杂性和视频质量增益之间的权衡。我们提供了明确的建议，最佳的设计选择NC为基础的层间视频编码和交付多跳无线网状网络考虑链路条件和数据包交付率（PDR）。实验结果表明，在单跳和多跳网络中，使用NC提高了分层视频的性能。在单跳中使用NC时的解码层的平均数目优于在多跳中使用NC时的解码层的平均数目。
2013-04-29 cs.NI
Optimal Algorithms for Near-Hitless Network Restoration via Diversity Coding
分集编码是一种网络恢复技术，它提供了近乎无命中的恢复，而其他最先进的技术则明显较慢。此外，分集编码的额外空闲容量需求与其他编码相比具有竞争力。在此之前，我们开发了启发式算法，采用多样性编码结构的网络具有任意的拓扑结构。本文提出了两种算法，以解决网络设计问题，采用分集编码的最佳方式。第一种技术预先提供静态流量，而第二种技术按需执行流量的动态提供。在这两种情况下，分集编码的结果在更小的恢复时间，更简单的同步，并大大降低了信令的复杂性比现有的技术在文献中。分别针对预配置和动态配置提出了一种混合规划（MIP）公式和一种基于线性规划（ILP）的算法。仿真结果表明，分集编码具有显着更高的恢复速度比共享路径保护（SPP）和p-循环技术。它比p循环技术和SPP需要更多的额外容量。然而，与恢复速度的提高相比，总容量的增加可以忽略不计。
2012-05-07 cs.NI
Physical Layer Network Coding Over Finite And Infinite Fields
在物理层直接应用网络编码-物理层网络编码（PNC）-是双向中继无线网络的一种有前途的技术。在双向中继网络中，中继节点用于中继端节点对之间的双向信息流。本文提出了一个精确的定义PNC。具体地，在PNC中，中继节点不单独解码来自两端的源信息，而是直接将同时接收的组合信号映射到要中继的信号。在此基础上，根据所采用的网络码域（或群、环）是有限的还是无限的，PNC可以进一步分为PNCF（PNC over finite field）和PNCI（PNC over infinite field）两类。对于每个PNCF和PNCI，我们考虑两个具体的估计技术，用于处理映射过程中的噪声。四个方案的性能进行了研究，通过分析和仿真，假设符号级同步。
2008-04-13 cs.NI
Network Coding with Link Layer Cooperation in Wireless Mesh Networks
近年来，网络编码作为一种创新的方法出现，通过将多个单播合并在一个广播中，帮助无线网络接近其最大容量。然而，在这一领域进行的大多数研究尚未充分利用无线网络的广播性质，并且仍然假设每个数据包应该通过的源和目的地之间的固定路由。这种假设不仅限制了编码机会，而且还可能在某些特定的中间结点中导致缓冲区溢出。虽然一些研究考虑了网络中流的动态散射，但仍然面临着一些局限性。本文介绍了网络编码中一些突出研究的优点和缺点，并提出了FlexONC（灵活和抽象的网络编码）作为这些问题的解决方案。性能结果表明，FlexONC优于以前的方法，特别是在质量较差的网络，通过更好地利用冗余数据包在网络中传播。
2018-01-07 cs.NI
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
Implementation of Symbol Timing Recovery for Estimation of Clock Skew
任何分布式网络中的时间同步都可以通过使用应用层协议进行时间校正来实现。本文提出的时间同步方法在物理层利用符号定时恢复来校正应用层时钟。这种跨层方法减少了应用层时间同步所需的消息交换量，从而节省了能量。通过使用多个消息交换可以提高偏斜估计的精度。通过对跨层策略的仿真、实验和数学分析，证明了物理层的时钟偏差与应用层的时钟偏差是一致的，即节点内部的硬件时钟偏差。
2020-06-25 cs.NI eess.SP
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
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
