LT碼編譯碼算法優(yōu)化及應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)字噴泉碼(Digital Fountaincode,DFC)是一種與信道相關(guān)性較小的網(wǎng)絡(luò)編碼,在深空通信、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域中都具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。數(shù)字噴泉碼可以改善現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制,提高信息傳輸效率,并且在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí),可以改善不同服務(wù)介質(zhì)之間的差異性,滿足用戶對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中較高的要求。但編碼數(shù)據(jù)包冗余度的大小、譯碼時(shí)延、節(jié)點(diǎn)發(fā)送停止標(biāo)識(shí)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算量估計(jì)與度數(shù)分布函數(shù)等都是使得其不易在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題。數(shù)字噴泉碼在提出的時(shí)

2、候是一種思想,并沒(méi)有實(shí)際的編碼算法,直到后來(lái)提出了一種主要的數(shù)字噴泉碼算法——LT(Luby Transform,LT)碼,其具有數(shù)字噴泉碼固有的基本特征,因此,對(duì)LT碼算法研究可以有針對(duì)性的理解數(shù)字噴泉碼的構(gòu)成、性質(zhì)等,對(duì)改進(jìn)算法以及提高數(shù)字噴泉碼的實(shí)用性奠定基礎(chǔ)。為了改善LT碼的編譯碼算法,提供編碼的仿真分析平臺(tái),論文基于實(shí)際項(xiàng)目背景對(duì)LT碼進(jìn)行研究,主要內(nèi)容如下:
　　1.對(duì)數(shù)字噴泉碼原理進(jìn)行分析,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼(Networ

3、k coding,NC)算法,探討網(wǎng)絡(luò)編碼和數(shù)字噴泉碼的特征,為在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中應(yīng)用具體的數(shù)字噴泉碼算法提供基礎(chǔ);深入研究其度數(shù)分布函數(shù)和譯碼固有的失敗概率等關(guān)鍵參數(shù),在充分理解生成矩陣產(chǎn)生以及檢測(cè)過(guò)程的基礎(chǔ)上,給出參數(shù)在不同條件下的仿真結(jié)果;分析數(shù)字噴泉碼的應(yīng)用環(huán)境,研究其環(huán)境變化的適應(yīng)性,并且討論數(shù)字噴泉碼研究中的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　2.論文針對(duì)度數(shù)分布函數(shù)不理想,沒(méi)有易實(shí)現(xiàn)的合適度數(shù)分布函數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù),應(yīng)用數(shù)學(xué)的極限分析算法,在LT碼

4、的度分布中進(jìn)行研究,最終降低了LT碼的編碼平均度數(shù)和復(fù)雜度,其核心的思想主要是對(duì)LT碼的編碼過(guò)程在極限條件下進(jìn)行推導(dǎo),并且依據(jù)推導(dǎo)過(guò)程,分析得出了在極限條件下對(duì)LT碼進(jìn)行研究的結(jié)論。論文得出在不同的參數(shù)條件下,LT碼性能差異較大,通過(guò)合理的設(shè)計(jì)LT碼方案,最大化LT碼優(yōu)勢(shì),優(yōu)化了LT碼的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。
　　3.在前述研究的基礎(chǔ)上,論文之后對(duì)于LT碼中原始數(shù)據(jù)的選擇問(wèn)題,提出了一種不定幀長(zhǎng)LT碼方案,對(duì)不同的數(shù)據(jù)部分分別進(jìn)行編碼,通過(guò)不

5、同的設(shè)計(jì)來(lái)提高性能。同時(shí),將論文研究過(guò)程中提出的改進(jìn)算法進(jìn)行綜合,提供一套仿真測(cè)試軟件平臺(tái)。論文在MicrosoftVisualC++環(huán)境中,完成編譯碼流程圖設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì),達(dá)到實(shí)現(xiàn)LT碼編譯碼仿真的功能。
　　4.論文針對(duì)LT碼共有的存儲(chǔ)空間大、譯碼概率低等弊端,研究并提出一種減少LT碼生成矩陣存儲(chǔ)空間的方法,降低傳輸過(guò)程中的時(shí)延。因?yàn)樯删仃嚨牧邢喈?dāng)于編碼傳送的數(shù)據(jù)包,將熵編碼算法引入LT碼的編碼方案中,對(duì)生成矩陣按列進(jìn)行熵編

6、碼優(yōu)化,該方法能夠較大幅度的減少LT碼的數(shù)據(jù)量,并且保持LT碼的特征和結(jié)構(gòu),使其譯碼準(zhǔn)確度也有較大提高。通過(guò)理論研究和仿真分析得出,將生成矩陣進(jìn)行優(yōu)化后,較大地降低了其存儲(chǔ)空間。
　　5.因?yàn)樵贚T碼的編譯碼算法中,會(huì)存在時(shí)延,主要有編碼過(guò)程的時(shí)延、傳輸過(guò)程的時(shí)延以及譯碼過(guò)程的時(shí)延三類(lèi),而時(shí)延過(guò)大會(huì)使接收機(jī)不能及時(shí)獲取編碼數(shù)據(jù)包,從而影響對(duì)信道情況的判斷,較大地影響整個(gè)LT碼的性能。論文重點(diǎn)分析了網(wǎng)絡(luò)中編碼傳輸某一編碼數(shù)據(jù)包的時(shí)延

7、情況,并且基于前述提出的不定幀長(zhǎng)LT碼結(jié)構(gòu),形成了以LT碼為基礎(chǔ)的改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信流程,給出了公式推導(dǎo)結(jié)果。論文在特定的環(huán)境中,研究分析了快速LT編碼的算法性能以及通信的基本模式。之后針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境中的不同傳輸策略,對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼和LT碼的時(shí)延性能進(jìn)行分析和改進(jìn)。
　　6.由于在很多通信系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,都存在帶寬受限、對(duì)環(huán)境沒(méi)有自適應(yīng)能力、需要發(fā)送端預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及大量的反饋重傳以保證接收機(jī)正確接收原始數(shù)據(jù)等不利因素,使得通信的可靠