Convertible Codes for Data and Device Heterogeneity
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本文提出可转换码，用于解决分布式存储中数据和设备异质性问题，通过高效转换机制提升存储系统的可靠性和效率。
2026-01-15 cs.IT math.IT
Optimal Conversion Bandwidth for MDS Convertible Codes in the Split Regime with $r^F<k^F<r^I$
School of Cyber Science and Technology, Shandong University（山东大学网络空间安全学院）
针对分裂机制下MDS可转换码在r^F<k^F<r^I参数范围的带宽成本，建立新的秩不等式并推导出由三种情况组成的紧致下界，通过三种显式构造证明其最优性。
2026-10-07 cs.IT math.IT
Tight Bandwidth Lower Bounds and Optimal Constructions of Locally Repairable Convertible Codes in the Global Split Regime
Shandong University（山东大学）；State Key Laboratory of Cryptography and Digital Economy Security, Shandong University（山东大学密码与数字经济安全国家重点实验室）；Key Laboratory of Cryptologic Technology and Information Security, Ministry of Education, Shandong University（山东大学教育部密码技术与信息安全重点实验室）；School of Cyber Science and Technology, Shandong University（山东大学网络空间科学院）
针对系统最优距离局部可修复码（LRC）在全局分裂机制下的转换，推导了稳定最优距离局部可修复转换码（LRCC）的读带宽信息论下界，并基于MDS阵列码构造了达到下界的最优码，完整刻画了参数范围g^I,g^F≤r内的最优读带宽成本。
2026-08-04 cs.IT math.IT
Convertible Polynomial Evaluation Codes in the Merge Regime: A Skew-Polynomial Framework
School of Mathematics, Southwest Jiaotong University（西南交通大学数学学院）；Information Coding and Transmission Key Lab of Sichuan Province, CSNMT Int. Coop. Res. Centre (MoST), Southwest Jiaotong University（四川省信息编码与传输重点实验室，西南交通大学）
本文开发合并机制下可转换码的斜多项式代数框架，提出两种斜多项式评估码转换模板，实现线性化里德-所罗门码、加比杜林码的合并转换，达到按符号访问最优成本。
2026-08-26 cs.IT math.IT
On MDS Convertible Codes in the Merge Regime
针对大规模分布式存储中码参数调整的需求，本文研究MDS码合并转换，提出三种最优访问成本构造及一种优化带宽成本的构造，后者降低子分组化并几乎达到MDS猜想下界。
2025-08-08 cs.IT math.IT
Bandwidth Cost of Locally Repairable Convertible Codes in the Global Merge Regime
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本文研究了在全局合并模式下局部可修复可转换码的带宽成本限制，推导了非平凡的下界，并证明了Maturana和Rashmi的构造在广泛参数范围内是带宽最优的。
2026-04-16 cs.IT math.IT
Convertible Codes: Efficient Conversion of Coded Data in Distributed Storage
大规模分布式存储系统通常使用擦除码来提供数据在面对故障时的耐久性。使用$[n, k]$代码对要存储的一组$k$块进行编码，以生成随后存储在不同存储节点上的$n$块。冗余配置是基于存储设备的故障率来选择的，并且通常保持恒定。然而，Kadekodi等人最近的工作表明，存储设备的故障率随时间显著变化，并且响应于这种变化而调整冗余配置提供了显著的益处。通过重新编码来转换已编码数据的冗余配置需要在资源上产生大量开销，例如访问、设备IO、网络带宽和计算周期。在这项工作中，我们首先提出了一个框架，以正式的概念代码转换：转换数据编码的过程中与$[n^I, k^I]$代码编码成数据与$[n^F, k^F]$代码，同时保持所需的可解码性属性，如最大距离可分离（MDS）的属性。然后，我们介绍可转换代码，一类新的代码，允许代码转换的资源效率的方式。对于一个重要的参数制度（我们称之为合并制度），随着线性和MDS可解码性约束，我们证明紧边界代码转换过程中访问的节点数。特别是，我们的可转换性的结果是一个明确的建设MDS可转换代码，是最佳的所有参数值的合并制度，虽然具有高字段大小。然后，我们提出了明确的低字段大小的最佳MDS可转换代码的结构，在合并制度的参数范围很广。因此，我们的研究结果表明，与重新编码相比，确实可以用更少的资源实现代码转换。
2019-07-30 cs.DC cs.IT cs.NI
Bandwidth Cost of Code Conversions in Distributed Storage: Fundamental Limits and Optimal Constructions
擦除码已经成为分布式存储系统中不可或缺的一部分，作为在设备故障的持续威胁下提供数据可靠性和持久性的工具。在这样的系统中，有限域$\mathbb{F}_q$上的$[n, k]$码将$k$消息符号编码为来自$\mathbb{F}_q$的$n$码字符号，然后将其存储在系统中的$n$不同节点上。最近的工作表明，通过调整$n$和$k$以适应设备故障率的变化，可以显着节省存储空间。这种调整需要代码转换：将初始$[n^I, k^I]$代码下的已编码数据转换为最终$[n^F, k^F]$代码下的等效数据的过程。默认的转换方法是重新编码数据，这会给系统资源带来很大的负担。可转换码是最近提出的用于实现资源高效转换的一类码。关于可转换代码的现有工作集中在最小化访问成本，即，在转换过程中访问的代码符号数。带宽对应于读取和传输的数据量，是另一个需要优化的重要资源。在本文中，我们开始研究的基本限制，在代码转换过程中使用的带宽和目前的建设，带宽最佳的可转换码。首先，我们使用具有可变容量边的网络信息流图来建模代码转换问题。其次，专注于MDS码和一个重要的参数制度称为合并制度，我们得到严格的带宽转换成本的下限。推导出的界限表明，带宽成本可以显着降低，即使在政权的接入成本不能降低相比，默认的方法。第三，我们提出了一个新的MDS可转换码的建设，它符合建议的下限，因此是带宽最佳的转换过程中。
2020-08-28 cs.DC cs.IT cs.NI
Spectral efficiency and optimal medium access control of random access systems over large random spreading CDMA
本文分析了采用线性接收机的大型随机扩频CDMA随机接入系统的频谱效率与媒体接入控制（MAC）的关系。结果表明，位于高于物理层，MAC随着扩展和功率分配可以有效地执行频谱效率最大化和远近缓解。
2008-01-25 cs.IT math.IT
Small-d MSR Codes with Optimal Access, Optimal Sub-Packetization and Linear Field Size
本文给出了一类最优存取、最小存储再生（MSR）码的显式构造方法，该码的辅助节点数$d$较小。该构造对于具有$d \in \{k+1, k+2, k+3\}$的任何参数集$(n,k,d)$都是有效的，并且采用大小为$q=O(n)$的有限域$\mathbb{F}_q$。我们将所构造的码称为Small-d MSR码。子分组化级别$α$由$α= s^{{\lceil\frac{n}{s}\rceil}}$给出，其中$s=d-k+1$。根据最优接入MSR码的子分组化级别的早期结果，这是可能的最小值。
2021-09-22 cs.IT math.IT
Enabling optimal access and error correction for the repair of Reed-Solomon codes
最近，里德所罗门（RS）码被证明具有一个修复方案，支持修复失败的节点与最佳的修复带宽。在本文中，我们在两个方向上推广了这个结果。首先，我们提出了一种新的修复方案，用于在[Tamo-Ye-Barg，{ \em IEEE Transactions on信息论}，第65卷，2019年5月]中构建的RS码，并表明我们的新方案对帮助节点提供的错误信息具有鲁棒性，同时保持最佳修复带宽。其次，我们构造了一个新的家庭的RS码的最佳访问的任何单个故障节点的修复。我们还表明，构造的代码可以容纳这两个功能，支持最佳的纠错能力的最佳访问修复。超越RS码，我们还证明了任何标量MDS码的最佳修复带宽允许修复方案的最佳访问属性。
2020-01-20 cs.IT math.IT
An Alternate Construction of an Access-Optimal Regenerating Code with Optimal Sub-Packetization Level
考虑到当今分布式存储系统的规模，单个节点的故障是常见的现象。已经提出了各种度量来测量故障节点的修复的功效，例如修复所需的数据下载量（也称为修复带宽）、在助手节点处访问的数据量以及联系的助手节点的数量。显然，访问的数据量永远不会小于修复带宽。在传输帮助代码的情况下，访问的数据量等于修复带宽。因此，具有最佳修复带宽的传输帮助码是访问最优的。本论文的重点是帮助转移码，采用尽可能小的带宽来修复系统节点，从而访问最佳的修复系统节点。Tamo等人提出的系统节点和奇偶校验节点都被修复的Z字形结构是访问最优的。但是所需的子分组化级别是$r^k$，其中$r$是奇偶校验的数目，而$k$是系统节点的数目。到目前为止，用于接入最优码的最佳已知可实现的子分组化级别是Cadambe等人的基于MISER码的构造中的$r^{k/r}$，其中仅修复系统节点，并且其中由帮助节点发送的符号的位置仅取决于故障节点，并且对于所有帮助节点都是相同的。在这种设置下，事实证明，这种子分组化水平不能被改进。在本文中，我们提出了一种替代的建设在相同的设置下，一个访问最佳的代码修复系统节点，这是由曲折码建设的启发，也实现了子分组化水平的$r^{k/r}$。
2015-01-20 cs.IT math.IT
Explicit constructions of optimal-access MDS codes with nearly optimal sub-packetization
具有长度$n,$维度$k=n-r$和子分组化$l$的$(n,k,l)$ MDS阵列码由有限域$F,$上的$l\times n$矩阵形成，其中矩阵的每一列存储在分布式存储系统中的单独节点上并被视为码字的坐标。故障节点的修复可以通过访问一组$d\le n-1$助手节点来执行。如果在每个助手节点上访问的数据量满足此数量的下限，则该代码被称为具有最佳访问属性。在我们以前的工作中，对于任何$n$和$r,$，我们提出了一个显式的结构的最优接入MDS码与子分组$l=r^{n-1}.$的最优接入MDS码的子分组$l$满足界$l\ge r^{(k-1)/r}.$在本文中，我们采取的问题，减少子分组值$l$，使其接近下界。本文构造了一类具有$l=r^{\lceil n/r\rceil},$的显式最优存取码，它与最优值相差至多1倍$r^2.$。这些码可以在任意长为$|F|\ge r\lceil n/r\rceil,$的有限域$F$上构造，并提供低复杂度的编译码过程。我们还定义了一个版本的修复问题，桥梁的上下文再生代码和代码的局部约束（LRC代码），称之为最佳访问组修复。在该变型中，我们假设$n=sm$节点的集合被划分为大小为$s,$的$m$修复组，并且只要$d$助手节点包括来自与故障节点相同的组的所有其他$s-1$节点，就要求用于修复的访问数据量尽可能最小。对于这个问题，我们构造了一族具有群最优存取性质…
2017-07-28 cs.IT math.IT
Power Optimal Scheduling for Guaranteed Throughput in Multi-access Fading Channels
针对衰落多址多频带系统，提出了一种能保证用户期望吞吐量和有限时延的功率最优调度算法。优化是在所有码率分配和编码策略的联合空间上进行的。所提出的调度分配速率的基础上，每个频带上的当前系统状态，并随后使用最佳的多用户信令来实现这些速率。调度在计算上是简单的，因此是可扩展的。由于上行链路-下行链路的二元性，所有的结果都以直接的方式扩展到广播信道。
2007-02-01 cs.IT math.IT
Multi-Layer Transformed MDS Codes with Optimal Repair Access and Low Sub-Packetization
$(n,k)$最大距离可分离（MDS）码具有最优修复访问，如果实现从$d$存活节点访问的符号的最小数目，其中$k+1\le d\le n-1$。现有的结果表明，$(n,k,d)$高码率的子分组化$α$（即，$k/n>0.5$）具有最佳修复访问的MDS代码至少是$(d-k+1)^{\lceil\frac{n}{d-k+1}\rceil}$。在本文中，我们提出了一类多层变换MDS码，使得子分组是$(d-k+1)^{\lceil\frac{n}{(d-k+1)η}\rceil}$，其中$η=\lfloor\frac{n-k-1}{d-k}\rfloor$，和修复访问是最佳的任何单个节点。我们表明，所提出的多层变换MDS码的子分组严格小于现有的已知下限时，$η=\lfloor\frac{n-k-1}{d-k}\rfloor>1$，实现通过限制选择的$d$特定的助手节点在修复故障节点。我们进一步提出了多层变换的EVENODD码，具有最佳的修复访问的任何单个节点和较低的子分组比现有的二进制MDS阵列码具有最佳的修复访问的任何单个节点。与我们的多层变换，我们可以设计新的MDS码，具有低计算复杂度的属性，最佳的修复访问任何单个节点，和相对较小的子分组，所有这些都是至关重要的分布式存储系统的可靠性。
2019-07-23 cs.IT math.IT
Rack-aware minimum-storage regenerating codes with optimal access
本文推导了机架感知存储模型中修复单机架内失效节点的访问信息量下界，并构造了达到该下界的机架感知最优访问 MSR 码及低访问复杂度的 RS 码。
2023-04-18 cs.IT math.IT
Lower Bounds on the Sub-Packetization of Optimal-Access MSR Codes for Multiple-Node Repair
针对多节点故障，建立了最优访问MSR码子分组化的下界，推广了单节点故障的紧下界，并利用生成函数强化了结果。
2025-01-22 cs.IT math.IT
A Framework of Constructions of Minimal Storage Regenerating Codes with the Optimal Access/Update Property
本文提出了一种基于不变子空间技术构造具有两个奇偶节点的系统最小存储再生码的通用框架。在我们的框架中构造的代码不仅包含一些最著名的代码作为特殊情况，但也包括一些新的代码的关键属性，如最佳访问属性和最佳更新属性。特别地，对于单个节点的给定存储容量，新代码中的一个具有最大数量的系统节点，并且新代码中的两个具有最大数量的具有最优更新属性的系统节点。
2015-03-06 cs.IT math.IT
Lower Bound on the Optimal Access Bandwidth of ($K+2,K,2$)-MDS Array Code with Degraded Read Friendly
以低延迟恢复故障磁盘中的数据（降级读取）对于擦除编码存储系统至关重要。本文讨论了具有降级读友好（DRF）特性的最大距离可分（MDS）阵列码。对于具有2个冗余节点和子分组级别为2的DRF MDS阵列码，推导了其接入带宽的下界。
2021-02-04 cs.IT math.IT
On Lower Bounds on Sub-Packetization Level of MSR codes and On The Structure of Optimal-Access MSR Codes Achieving The Bound
我们给出了MSR代码的子分组化级别$α$的两个下界，参数为$(n, k, d=n-1, α)$，其中$n$是块长度，$k$维度，$d$是单节点修复期间联系的帮助节点数量，而$α$是子分组化级别。我们提出的第一个界限是针对任何MSR码，由$α\ge e^{\frac{(k-1)(r-1)}{2r^2}}$给出。我们提出的第二个界限是最佳访问MSR码的情况下，并给出了由$α\ge \min \{ r^{\frac{n-1}{r}}, r^{k-1} \}$的界限。存在最优接入MSR构造，其实现具有等式的第二子分组化级别界限，使得该界限紧密。我们还证明了在辅助符号的索引仅依赖于失效节点的约束下，要使最优接入MSR码具有最优的子分组级，需要奇偶检验矩阵的支撑结构与文献中其他几种最优构造的支撑结构相同.
2021-09-18 cs.IT math.IT
A Generic Transformation to Generate MDS Storage Codes with $δ$-Optimal Access Property
对于高速率的最大距离可分离（MDS）码，它们中的大多数被设计为通过连接所有幸存的节点来最优地修复单个故障节点。然而，在实际系统中，有时并非所有幸存的节点都可用。为了便于实际的存储系统，已经提出了几种$(n,k)$ MDS码的构造，其具有通过访问任何$d$存活节点来最优地修复任何单个失效节点的性质，其中$d\in [k+1:n-1)$。然而，所有这些都具有较大的子分组化级别，或者对于所有参数都不是明确的。为了解决这些问题，我们提出了一个通用的转换，可以将任何$(n',k')$ MDS代码转换为另一个$(n,k)$ MDS代码的最佳修复属性和最佳访问属性的任意两个节点，而其余的$n-2$节点的修复效率可以保持。通过递归地将通用变换应用于标量MDS码多次，我们得到了一个MDS码的最佳修复属性和最佳访问属性的所有节点，这优于以前已知的MDS码的子分组化水平或参数的灵活性。
2021-07-21 cs.IT math.IT
The Optimal DoF Region for the Two-User Non-Coherent SIMO Multiple-Access Channel
非相干多址信道的最佳自由度（DoF）区域通常仍然是未知的。在本文中，我们取得了一些进展，通过推导出整个最佳的自由度区域的情况下，两个用户单输入多输出（SIMO）一般块衰落信道。可扩展性基于一个简单的基于训练的方案。我们的结果的新颖之处在于逆使用一个天才辅助界和对偶上界。作为一个副产品，我们的结果推广了以前的单用户瑞利块衰落信道的证明。
2018-06-11 cs.IT math.IT
Optimal Power Allocation Scheme for Non-Orthogonal Multiple Access with $α$-Fairness
研究了基于$α$ -公平性的非正交多址接入（NOMA）系统总吞吐量最大化的最优功率分配方案。与现有的公平性NOMA模型相比，$α$ -公平性模型只能利用单个标量来实现不同的用户公平性水平。两种不同的信道状态信息在发射机（CSIT）的假设被认为是，即，统计和完美的CSIT。对于统计CSIT，预定义固定的目标数据率，并且通过表征最优功率分配解决方案的几个属性来解决具有$α$公平性的总吞吐量最大化的功率分配问题。对于理想的CSIT，最优功率分配被确定为最大化具有$α$公平性的瞬时和速率，其中用户速率根据瞬时信道状态信息（CSI）被适配。特别是，提出了一种简单的交替优化（AO）算法，这是证明产生的最优解。数值结果表明，在相同的公平性水平，NOMA显着优于传统的正交多址接入（MA）的情况下，统计和完美的CSIT。
2017-08-03 cs.IT math.IT
Reducing The Sub-packetization Level of Optimal-Access Cooperative MSR Codes
Ministry of Education Key Laboratory of Mathematics and Information Networks, School of Mathematical Sciences, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学数学与信息技术教育部重点实验室）；School of Information Science and Engineering, Shandong Agricultural University（山东农业大学信息科学与工程学院）
本文提出了一种降低最优访问协作MSR码子分包级别的方法，通过设计两种关键MDS数组码并多次堆叠，实现了在两个擦除情况下更高效的存储方案。
2026-01-14 cs.IT math.IT
Optimal Joint Power and Subcarrier Allocation for Full-Duplex Multicarrier Non-Orthogonal Multiple Access Systems
在本文中，我们研究的资源分配算法设计的多载波非正交多址接入（MC-NOMA）系统采用全双工（FD）基站（BS）服务多个半双工（HD）下行链路（DL）和上行链路（UL）用户同时。该算法是从一个非凸优化问题的加权和系统吞吐量最大化的解决方案。我们应用单调优化开发一个最佳的联合功率和子载波分配策略。由于其高计算复杂性，最优资源分配策略充当系统性能基准。在此基础上，提出了一种基于逐次凸逼近的次优迭代格式，以平衡计算复杂性和最优性。我们的仿真结果表明，所提出的次优算法实现了接近最优的性能。此外，采用所提出的资源分配算法的FDMC-NOMA系统与传统的HD多载波正交多址（MC-OMA）系统和其他基线方案相比，提供了显著的系统吞吐量改进。此外，我们的研究结果揭示，提出的FDMC-NOMA系统实现了更公平的资源分配相比，传统的高清MC-OMA系统。
2016-07-09 cs.IT math.IT
Indexability of Restless Bandit Problems and Optimality of Whittle's Index for Dynamic Multichannel Access
我们考虑一类不安分的多臂强盗问题（RMBP），出现在动态多通道访问，用户/服务器调度，并在多智能体系统的最佳激活。对于这一类的RMBP，我们建立了indexability，并获得惠特尔指数的封闭形式的折扣和平均奖励标准。这些结果导致直接实施惠特尔的索引政策，具有显着低的复杂性。当这些马尔可夫链是随机一致的，我们证明了惠特尔的指数政策是在一定条件下的最优。此外，它有一个半通用的结构，避免了需要知道马尔可夫转移概率。最优性和半普适结构是由Whittle的指数策略和本文建立的近视策略之间的等价性得到的。对于不相同的通道，我们开发了有效的算法计算性能上界给出的拉格朗日松弛。通过仿真实例说明了上界的严密性和Whittle指数策略的近优性能。
2008-11-13 cs.IT math.IT
A Class of Minimum Storage Cooperative Regenerating Codes with Low Access Property
本文研究了一种改进的MDS码的修复方案。在协作修复模型下，所得到的修复方案对多个失效节点具有最优带宽。此外，修复方案具有相对较低的访问性能，其中访问的数据的数量小于最佳值的两倍。
2022-01-17 cs.IT math.IT
Optimal Fraction Repetition Codes for Access-Balancing in Distributed Storage
为了解决分布式存储系统中的访问平衡问题，我们引入了一种新的组合模型，称为分数重复（FR）码的MinVar模型。由于FR码是基于图或集合系统，我们的MinVar模型的特点是事件到一个固定的顶点的块标签的总和之间的方差最小化的属性。这个特征不同于Dau和Milenkovic的MaxMinSum模型，而标签的最小和被最大化。我们表明，我们的MinVar模型是有意义的区分不同的方差，但具有相同的MaxMin值的一些FR代码的标签。通过将MinVar模型转化为一个等价的图的顶点标号问题，我们找到了几类具有平衡访问频率的最优FR码，并为这两个问题提供了基本结果.有趣的是，MinVar模型与图论中的魔标概念密切相关。
2020-11-24 cs.IT math.IT
On the Diversity-Multiplexing Tradeoff of Unconstrained Multiple-Access Channels
本文研究了无功率约束（无限星座）的多输入多输出衰落多址信道的最优分集复用折衷（DMT）问题。对于K个用户（K>1），每个用户M个发射天线，以及N个接收天线，示出了一般的无限星座和具体的格，以在N等于或大于（K+1）M-1的情况下获得有限星座的最佳DMT，即，用户有限的制度。另一方面，当N<（K+1）M-1时，证明了无限星座不能达到最优DMT。这与点对点情况相反，在点对点情况下，无限星座对于任何M和N都是DMT最优的。一般来说，这项工作表明，当网络负载很重时，即K>max（1，（N-M+1）/M），在解码过程中考虑成形区域在追求最佳DMT中起着至关重要的作用。通过研究无限星座是最优和次优的情况，本文还给出了多址信道中无限星座DMT的几何解释。
2015-05-20 cs.IT math.IT
Optimal Energy Allocation For Delay-Constrained Traffic Over Fading Multiple Access Channels
在本文中，我们考虑多址衰落信道中，$N$用户发送到一个单一的基站（BS）在有限数量的时隙。我们假设每个用户具有固定量的可用于在传输窗口上消耗的能量。在两种不同的信道状态信息假设下，我们推导出了最大化系统总吞吐量的最优能量分配策略。首先，我们考虑离线分配问题的信道状态是已知的先验传输之前。我们解决了一个凸优化问题，以最大限度地提高总吞吐量下的能量和延迟的约束。接下来，我们考虑在线分配问题，其中的信道是因果已知的BS和获得最优的能量分配通过动态规划时，用户数是小的。我们还开发了一个次优的资源分配算法，其性能接近最优的。数值结果表明，在各种情况下，所提出的算法优于基线算法。
2016-09-13 cs.IT math.IT
Binary MDS Array Codes with Optimal Repair
考虑由具有$k$信息列和$r$奇偶校验列的位的$m\times (k+r)$阵列组成的二进制最大距离可分离（MDS）阵列码，使得$k+r$列中的任何$k$足以重构$k$信息列。我们的目标是为二进制MDS阵列代码提供{ \em最佳修复访问}，这意味着修复任何单个故障信息或奇偶校验列所触发的带宽最小化。在本文中，我们提出了一个通用的二进制MDS阵列代码的转换框架，使用EVENODD代码作为一个激励的例子，以支持最佳的修复访问$k+1\le d \le k+r-1$，其中$d$表示的非故障列连接修复的数量;请注意，当$d<k+r-1$，一些选定的$d$列在修复一个失败的列是特定的。此外，我们展示了我们的转换框架如何适用于一个例子的二进制MDS阵列码的渐近最佳修复访问的任何单一的信息列，并使渐近或完全最佳的修复访问的任何列。此外，我们提出了一个新的变换的EVENODD码与两个奇偶校验列，使现有的有效修复性能的任何信息列保持和奇偶校验列的修复访问是最佳的。
2019-08-28 cs.IT math.IT
To Prolong the Lifetime of Wireless Sensor Networks: The Min-max Fair Scheduling in a Multi-access Contra-Polymatroid
从信息论的角度，我们研究了多址传输中的最小-最大功率调度问题。证明了反多拟阵的最小-最大最优向量是到相等分配向量距离最小的基。由于反多拟阵的任意基都可以通过顶点间的分时实现，因此将寻找极小极大最优向量的问题转化为求解分时系数的凸优化问题.与传统的利用瓶颈链路或注水的算法不同，该方法简化了最小-最大最优向量的计算，直接输出系统参数，实现最小-最大公平调度。通过采用该方法，并将获得的最小-最大最优调度应用于多址传输，延长了无线传感器网络的网络生命周期。
2016-08-12 cs.IT math.IT
Weighted Sum-Throughput Maximization for Energy Harvesting Powered MIMO Multi-Access Channels
本文提出了一种新的方法来获得最佳的调度策略在多输入多输出（MIMO）多接入信道（MAC），其中每个发射机是由一个单独的能量收集过程。该方法利用最先进的凸优化工具，通过低复杂度的块坐标上升算法，获得了最大化MIMO MAC加权吞吐量和的最优传输策略。所提出的方法可以提供最佳的基准，所有的实际计划，在能量收集供电MIMO MAC传输。基于所揭示的最优策略的结构，我们还提出了一个有效的在线方案，它只需要能量到达实现的因果知识。数值结果证明了所提出的新方案的优点。
2017-09-27 cs.IT math.IT
Throughput-Optimal Random Access with Order-Optimal Delay
在本文中，我们认为CSMA策略调度的多跳无线网络与一跳流量。本文的主要贡献是提出解锁CSMA（U-CSMA）的政策，使获得高吞吐量与低（平均）数据包延迟的大型无线网络。特别地，在U-CSMA策略下的延迟成为阶最优的。对于单跳业务，如果延迟是O（1），则延迟被定义为是阶最优的，即，它保持有界，因为网络大小增加到无穷大。使用平均场理论技术，我们分析表明，环面（网格状）干扰拓扑与一跳流量，以实现网络负载的$ρ$，U-CSMA策略下的延迟成为$O(1/(1-ρ)^{3})$作为网络规模的增加，因此，延迟成为顺序最优。我们进行模拟一般的随机几何干扰的拓扑结构下的U-CSMA策略结合拥塞控制，以最大限度地提高整个网络的效用。这些模拟证实了顺序最优性，并且我们可以使用U-CSMA策略与拥塞控制一起在任意大的随机几何拓扑中以低分组延迟接近最优效用。据我们所知，这是第一次提出一个简单的分布式调度策略，除了吞吐量/效用最优性表现出延迟顺序最优性。
2010-09-29 cs.IT math.IT
Optimal-Access Cooperative MSR Codes: Parity-Check Matrix Construction And a Unified Transformation
Ministry of Education Key Laboratory of Mathematics and Information Networks, School of Mathematical Sciences, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学数学与信息技术教育部重点实验室）；School of Information Science and Engineering, Shandong Agricultural University（山东农业大学信息科学与工程学院）
本文提出两种构造最优访问协作MSR码的方法，通过奇偶校验矩阵设计和统一变换框架，显著降低子包化水平，并涵盖现有结构作为特例。
2026-09-09 cs.IT math.IT
A Generic Transformation to Enable Optimal Repair in MDS Codes for Distributed Storage Systems
我们提出了一种通用转换，可以将任何非二进制$(n=k+r,k)$最大距离可分离（MDS）代码转换为同一字段上的另一个$(n,k)$ MDS代码，使得1）一些任意选择的$r$节点具有最佳修复带宽和最佳重建访问，2）对于剩余的$k$节点，归一化修复带宽和归一化重建访问（在文件大小上）被保留，3）子分组化级别仅增加因子$r$。两个直接的应用程序，这种通用的转换。第一个应用是我们可以把任何一个非二进制MDS码的最佳修复带宽或最佳重建访问的系统节点，到一个新的MDS码具有相应的修复最优的所有节点。第二个应用是，通过多次应用变换，任何非二进制$(n,k)$标量MDS码可以被转换成具有最优修复带宽和用于所有节点或仅节点子集的最优重建访问的$(n,k)$ MDS码，其子分组化级别也是最优的。
2018-08-23 cs.IT math.IT
Near-Optimal Coding for Many-user Multiple Access Channels
本文考虑高斯多址信道（MAC）中的渐近制度的用户数与码长线性增长。我们提出了有效的编码方案的基础上随机线性模型与近似消息传递（AMP）解码，并推导出渐进的出错率达到一个给定的用户密度，用户的有效载荷（位），和用户的能量。能量每比特和可实现的用户密度（对于一个固定的用户有效载荷和目标出错率）之间的权衡进行了研究，它表明，在大的系统限制，空间耦合编码方案与AMP解码实现了近最佳的权衡范围广泛的用户密度。此外，在政权的用户有效载荷是大的，我们还研究了每比特的能量和频谱效率之间的权衡，并讨论了方法，以降低解码复杂度。
2022-03-09 cs.IT math.IT
Access vs. Bandwidth in Codes for Storage
最大距离可分离码（MDS）广泛应用于存储系统中，以防止磁盘（节点）故障。如果节点能够存储某个字段的符号量，则该节点被称为在该字段$\mathbb{F}$上具有容量$l$。$(n,k,l)$ MDS码使用容量为$l$的$n$节点来存储$k$信息节点。MDS属性保证对任何$n-k$节点故障的恢复能力。\emph{optimal bandwidth}（分别\emph{optimal access}）MDS代码通信（分别访问）在单个故障节点的修复过程期间的最小数据量。结果表明，该数量等于存储在每个节点中的数据的$1/(n-k)$的一部分。在以前的最佳带宽构造中，$l$在具有渐近速率$<1$的码中与$k$多项式缩放。此外，在具有恒定数目的奇偶校验的构造中，即速率接近1，$l$相对于r.t. $k$。在本文中，我们集中在后一种情况下的恒定数目的奇偶校验$n-k=r$，并提出以下问题：给定一个节点的容量$l$是什么最大数量的信息盘$k$在一个最佳的带宽（分别）。访问）$(k+r,k,l)$ MDS代码。我们给出了一般情况下的上界，并在特殊情况下的两个重要的家庭的代码的两个紧界。此外，界限表明，在某些情况下，最佳带宽代码有更大的$k$比最佳访问代码，因此这两个措施是不等价的。
2013-03-15 cs.IT math.IT
Distributed Opportunistic Channel Access in Wireless Relay Networks
研究了无线中继中的分布式机会信道接入问题。考虑了具有多个源-目的节点对和多个中继的中继网络。所有源节点通过随机接入过程竞争。如果获胜源节点的链路质量差，则获胜源节点可能放弃其传输机会。在本研究中，我们应用最佳停止理论来分析获胜节点何时应该放弃其传输机会。通过假设获胜节点具有从自身到中继以及从中继到目的节点的信道增益信息，严格证明了最优停止规则的存在性和唯一性.最优停止规则是纯阈值策略。当获胜节点不具有从中继到其目的地的链路的信道增益的信息的情况下，也进行了研究。存在两个停止问题，一个在主层（用于源节点的信道接入），另一个在子层（用于中继节点的信道接入）。一个直观的停止规则，其中子层和主层分别最大化其吞吐量，被证明是一个半纯阈值策略。直观的停止规则被证明是非最优的。然后从理论上推导出一个最优的停止规则。研究结果表明，所提出的策略可以充分利用中继网络中的多用户（包括多源和多中继）分集和时间分集。
2011-02-26 cs.IT math.IT
A Generic Transformation for Optimal Node Repair in MDS Array Codes over $\mathbf{F}_2$
对于高速率线性系统最大距离可分离（MDS）码，大多数早期的构造最初可以最优地修复所有的系统节点，但不是所有的奇偶校验节点。幸运的是，这个问题首先由Li等人在（IEEE Trans.Inform. Theory，64（9），6257 - 6267，2018），其中提出了一种可以将任何非二进制MDS阵列代码转换为具有所需属性的另一种代码的变换。但是，转换不适用于二进制MDS阵列代码。在本文中，我们解决这个问题，提出了另一个通用的转换，可以转换任何$[n, k]$二进制MDS阵列码到一个新的，这赋予任何$r=n-k\ge2$选择的节点具有最佳的修复带宽和最佳的重建访问属性，并在同一时间，在一定条件下，保留了归一化的修复带宽/重建访问剩余的$k$节点。作为两个直接的应用，我们证明了：1）通过多次应用该变换，任何二进制MDS阵列码都可以转换为对所有节点具有最优重建访问的二进制MDS阵列码; 2）任何对系统节点具有最优修复带宽或最优重建访问的二进制MDS阵列码都可以转换为对所有节点具有相应最优性质的二进制MDS阵列码。
2021-11-08 cs.IT math.IT
Optimal Beamforming Structure for Rate Splitting Multiple Access
本文提出一种无工具箱的算法，通过FP和对偶性确定RSMA中WSR最大化的最优波束成形结构，在保持性能的同时显著降低计算时间。
2023-12-26 cs.IT math.IT
Asymptotically Optimal Multiple-access Communication via Distributed Rate Splitting
我们考虑了在分布式环境中的多址通信问题，同时考虑了加性高斯白噪声信道和离散无记忆信道。我们提出了一个计划，称为分布式速率分裂，以实现最佳的速率允许的信息论在分布式方式。在该方案中，每个真实用户在M用户高斯信道中通过功率/速率分裂机制或在M用户离散无记忆信道中通过随机切换机制产生多个虚拟用户。在接收机处，所有虚拟用户被相继解码。与其他多址接入技术相比，分布式速率分裂可以以较低的复杂度和较少的协调来实现。此外，在一个对称的设置，我们表明，该计划实现的速率元组收敛到信息理论界所允许的最大等速率点，每个真实用户的虚拟用户的数量趋于无穷大。当容量区域是不对称的，我们证明了一个点上的优势面可以渐近实现。最后，当每个真实用户的虚拟用户数不相等时，我们表明可以以分布式方式容纳不同的用户速率要求。
2006-10-03 cs.IT math.IT
Optimal Repair/Access MDS Array Codes with Multiple Repair Degrees
在文献中，大多数已知的具有最优修复特性的高速率$(n,k)$ MDS阵列码仅支持单个修复度（即，在修复过程期间接触的帮助节点的数量）$d$，其中$k\le d\le n-1$。然而，在实际的存储系统中，可用节点的数量经常变化。因此，优选构造具有多个修复度和所有节点的最佳修复特性的$(n,k)$ MDS阵列码。据我们所知，文献中只有两个MDS阵列码具有这样的性质，它们是由Ye和Barg（IEEE Trans. Inform. Theory，63（10），2001-2014，2017）.然而，它们的子分组化水平相对较大。本文提出了一种通用的MDS阵列码构造方法，该方法可以将具有单一修复度的MDS阵列码转化为具有多个修复度的MDS阵列码，并且在保持剩余节点的修复效率和修复度的前提下，使阵列码具有最优的修复性能。作为一般构造方法的一个应用，在有限域上得到了具有多个修复度和所有节点最优访问特性的高速率MDS阵列码的显式构造.特别地，子分组化级别远小于由Ye和Barg提出的关于相同参数$n$和$k$的两个码的子分组化级别。
2022-05-26 cs.IT math.IT
Power Control for Multi-Cell Networks with Non-Orthogonal Multiple Access
本文研究了非正交多址多小区网络的和功率最小化和和速率最大化问题。在考虑总功率最小化的情况下，得到了最优功率分配策略的封闭解，并成功地将原问题转化为一个规模小得多的线性问题，利用标准干扰函数可以得到最优解.为了解决非凸和速率最大化问题，我们首先证明了单个小区的功率分配问题是凸问题。通过分析Karush-Kuhn-Tucker条件，推导出了单小区内用户最优功率分配的封闭形式。基于每个单元中的最优解，相应地提出了一个分布式算法来获得有效的解决方案。数值结果验证了我们的理论研究结果显示我们的解决方案相比，正交频分多址和广播信道的优越性。
2017-11-02 cs.IT math.IT
Multiple-access Fading Channel with Wireless Power Transfer and Energy Harvesting
我们认为，可实现的平均速率的多址系统，其中包括N个能量收集用户（EHU），通过块衰落多址信道（MAC）和一个基站（BS），广播无线电频率（RF）能量的EHU的无线功率传输信息。信息（在上行链路上）和功率（在下行链路上）可以以时分双工或频分双工发送。当EHU的电池容量和传输时隙的数量都是无限的情况下，我们确定最佳的功率分配的BS和最佳的速率和功率分配的EHU，最大化可实现的速率区域的MAC。所得到的在线解决方案是渐近最优的，也适用于有限数量的传输时隙和有限的电池容量。
2014-09-19 cs.IT math.IT
On Optimal Power Allocation for Downlink Non-Orthogonal Multiple Access Systems
非正交多址接入（NOMA）通过连续干扰消除（SIC）实现功率域复用，并且已被视为用于5G通信的有前途的技术。NOMA的全部益处取决于所有用户的资源分配，包括功率分配和信道分配，然而，这导致混合整数规划。在文献中，最优功率分配仅在某些特殊情况下才能找到，而功率分配和信道分配的联合优化通常需要穷举搜索。在本文中，我们研究了下行NOMA系统中的资源分配。作为主要贡献，我们分析了在不同的性能标准下，给定的信道分配在多个信道上的最优功率分配。具体地，我们考虑了NOMA系统中的最大最小公平性、加权和速率最大化、带服务质量（QoS）约束的和速率最大化、带权值或QoS约束的能量效率最大化。我们还明确考虑到顺序约束的权力，用户在每个通道上，这是经常被忽视的现有作品，并表明他们有一个显着的影响SIC在NOMA系统。然后，我们提供了封闭或半封闭形式的考虑标准的最优功率分配。我们还提出了一个低复杂度的有效方法，联合优化的信道分配和功率分配NOMA系统中的匹配算法与最优功率分配。仿真结果表明，联合资源优化使用我们的最优功率分配产生更好的性能比现有的计划。
2017-07-20 cs.IT math.IT
Optimum Fairness for Non-Orthogonal Multiple Access
本文针对非正交多址接入（NOMA）中的公平性问题，研究了最大化最差用户可达速率的优化问题。与以往的研究不同，我们推导出一个封闭形式的表达式的最优值和解决方案，这是相关的Perron-Frobenius特征值和特征向量的一个定义的正矩阵。在此基础上，我们提出了一个迭代算法来计算最优解，该算法具有线性收敛性，只需经典二分法的一半迭代次数。
2018-01-25 cs.IT math.IT
An Optimal Decentralized Multi-access Coded Caching System
本文研究分布式预取的多接入编码缓存系统，提出两种线性传输方案并证明其在对应场景下的最优性，推广了现有缓存方案结果，提升了系统适配任意用户数量的灵活性。
2024-06-22 cs.IT math.IT
Technical Report on Optimal Link Scheduling in Millimeter Wave Multi-hop Networks with Space Division Multiple Access and Multiplexing
在本文中，我们研究的最大吞吐量可实现的最佳调度在多跳网络中具有高度定向天线阵列能够空分复用（SDM）在发射机和空分多址（SDMA）在接收机。该网络模型与未来的毫米波（mmWave）系统相关，该系统被期望实现具有非常高的数据率的自回程蜂窝网络，依赖于10-300 GHz之间的载波频率、具有非常大带宽的信道以及大量的天线元件，甚至在移动设备中。我们适应毫米波信道传播，天线阵列和链路速率模型的经典吞吐量最优和网络效用最大化（NUM）调度框架的多跳网络。定向天线增益、同时向多个目的地传输以及同时接收来自多个源的信号都是现有NUM文献中没有的新特性。我们验证了经典的NUM收敛引理在这组新的约束条件下仍然有效，并讨论了一系列算法来实现或近似最优最大背压（MBP）解决方案的性能。最后，我们的分析作为一个潜在的改善蜂窝网络吞吐量容量的估计，由于SDM/SDMA技术和多跳的集成。
2019-01-25 cs.IT math.IT
Rate Maximization for Half-Duplex Multiple Access with Cooperating Transmitters
我们推导出一个实用的半双工方案的最佳资源分配的高斯多址信道与发射机合作（MAC-TC）。基于速率分裂和叠加编码，两个用户在3个阶段上向目的地发送信息，使得用户在前2个阶段部分地交换他们的信息，并且在最后一个阶段协作地向目的地发送信息。当用户间链路强于每个用户-目的地链路时，该方案接近容量实现;作为特殊情况，它还包括部分解码转发中继。我们提出了有效的算法来找到最佳的资源分配最大化的个人或总和速率，并确定相应的最佳方案，为每个信道配置。对于固定的相位持续时间，功率分配问题是凸的，并且可以基于KKT条件解析地求解。最佳的相位持续时间，然后可以得到数字使用简单的搜索方法。结果表明，随着用户间链路质量的提高，最优方案从不合作到部分合作再到完全合作，即用户间充分交换信息并合作发送到目的地。因此，在具有强用户间链路的实际系统中，在两个用户处的简单解码转发中继是速率最优的。
2013-07-02 cs.IT math.IT
Optimal ALOHA-like Random Access with Heterogeneous QoS Guarantees for Multi-Packet Reception Aided Visible Light Communications
在可见光通信（VLC）系统中，由于光的方向性，难以实现载波感测，因此缺乏设计用于减轻冲突的随机接入协议。为了解决冲突的问题，我们采用连续干扰消除（SIC）算法，使协调器同时与多个设备，这是被称为多包接收（MPR）能力进行通信。然而，MPR能力可以充分利用，只有当随机接入算法被适当地设计。针对SIC辅助随机接入VLC系统的特点，提出了一种新的基于有效容量的ALOHA分布式随机接入算法。首先，我们将VLC网络建模为冲突图，并推导出每个设备的EC。然后，我们制定了VLC QoS保证的随机接入问题作为一个饱和吞吐量最大化的问题受到多个统计QoS约束。最后，由此产生的非凹优化问题（OP）的求解依赖于入侵杂草优化和差分进化（IWO-DE）的模因搜索算法。我们证明，我们推导的EC表达式匹配的Monte Carlo模拟结果准确，我们提出的算法的性能是有竞争力的。
2016-09-08 cs.IT math.IT
Optimal multiple assignments based on integer programming in secret sharing schemes with general access structures
已知对于任何一般接入结构，秘密共享方案（SSS）可以通过使用所谓的累积映射从（m，m）阈值方案构造，或者通过修改的累积映射从（t，m）阈值SSS构造。然而，这样构造的SSS通常不是有效的。在本文中，我们提出了一种新的方法来构建一个SSS从$(t,m)$阈值计划的任何给定的一般访问结构。在所提出的方法中，整数规划被用来优化分配的份额（t，m）-门限方案的一般访问结构的每个参与者。从最优性来看，它总是可以获得比累积映射更低的编码速率，除非它们给出最优分布。同样的方法也适用于为不完整的访问结构和/或坡道访问结构构建SSS。
2005-06-15 cs.CR cs.IT math.IT
Source and Channel Coding for Correlated Sources Over Multiuser Channels
考虑了多用户信道上的信源和信道编码，其中接收机可以访问相关的信源侧信息。对于几种多用户信道模型，得到了信源和信道码最佳分离的充分必要条件。特别是，多址接入信道，复合多址接入信道，干扰信道和相关的源和相关的接收机侧信息的双向信道被认为是，和分离的最优性被证明为某些源和侧信息结构。有趣的是，为这些模型识别的最佳分离信源和信道码不一定是用于基本信源编码或信道编码问题的最佳码。换句话说，虽然信源和信道码的分离是最优的，但是这些最优码的性质受到联合设计准则的影响。
2009-07-09 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Resource Allocation for SWIPT in Multiple Access Channels
在本文中，我们研究了最优的资源分配策略，同时信息和电力传输（SWIPT）的重点是系统的能量效率。我们考虑两个用户的多址接入信道中，能量收集（EH）和信息解码（ID）节点在空间上分离。我们制定的优化问题，最大限度地提高系统的能源效率，同时考虑收获的能源约束。这是凹线性分式问题，因此Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件是获得全局最优解的必要和充分条件。通过求解这些优化问题，给出了源节点间最优发射功率分配的解析表达式，并确定了相应的能量效率。我们通过数值结果证实了理论分析。此外，我们还描述了电路功耗对系统效率的影响，因为收获的能量需求的变化。
2016-09-16 cs.IT math.IT
