DNA存储场景下的大小喷泉码模型设计

在DNA存储等应用场景中,传统喷泉码算法需要占用额外信道资源将源文件分组数目K传递给解码端。在实际应用中,虽然可以将K嵌入在每一个编码数据分组中进行传递,但这种做法会严重浪费信道的带宽。针对上述问题,提出了一种大小喷泉码模型,通过增加小喷泉码这一带外信道来优化关键参数的传递。小喷泉码将每个编码分组中有关参数K所占用空间的粒度降至1 bit,有效减少了带宽资源的消耗。此外,小喷泉码还能适应由于DNA存储介质不均匀所导致的编码序列不定长的限制条件,一定条件下甚至可以完全不占用额外信道带宽。

喷泉码中LT码的次优度分布

度分布是影响LT码译码效率的关键因素。通过对译码过程中预处理集的分析,提出LT码的最优度分布,指出其在实际应用中存在的问题,并在此基础上提出实用的次优度分布。测试结果表明,采用次优度分布的LT码在平均译码效率、最优译码效率、译码效率方差三方面性能都优于稳健孤立子度分布,研究结果对提高数据分发应用的分发效率具有实用价值。

喷泉码中不定帧长LT码及其生成矩阵的优化

针对喷泉码中LT(Luby transform)码编码效率不高、需传送的数据量大、时延长且译码概率低等弊端,将数学极限分析方法引入LT码的度数分布中,提出了一种不定帧长LT码方案,并且在不定帧长LT码的生成矩阵中引入改进的熵编码压缩算法,得到了以熵编码为基础的不定帧长LT码系统模型.其核心思想是先将原始数据进行适当的帧长设计,通过不定帧长的方法对原始数据进行拆分编译码,以满足不同的性能要求,然后对生成矩阵按列进行熵编码优化,使得在不破坏喷泉码特性的前提下大大减少所需传送的数据量.理论分析和仿真结果表明:与已提出的LT码相比,该系统能够有效地提高其编码效率和译码概率,降低LT码的编译码数据量和运算量.

基于LT喷泉码的WSNs抗WLAN干扰的实验研究

针对无线传感器网络(WSNs)通信能力有限,易受到与其共享信道的无线局域网(WiFi)干扰的问题,提出一种采用纠删码——LT喷泉码编码来保证可靠传输的方法。该方法可以充分利用喷泉码的无码率特性,即发送端源源不断地发送经过LT码编码的编码包,接收端只要接收到足够数量的编码包,就能够成功恢复原始数据包。在CC2430为核心的平台上设计并实现了基于LT喷泉码的可靠传输协议,并在WLAN干扰情况下对其进行了性能测试。实验结果表明:基于LT喷泉码的可靠传输协议对WLAN的抗干扰效果显著。

喷泉码中LT码的二次译码算法

：LT码是喷泉码的一种，采用LI码的BP译码算法时，当处理完度数为1的数据后，译码将无法继续，造成停止集为空集，影响译码效率。为此，提出一种新的二次译码算法，在译码停止后，针对剩下的编码分组仍然具有可译性的特点，进行进一步译码。仿真结果表明，该算法在译码开销为0．2-0．5的情况下，译码效率普遍提高20％左右。

数字喷泉码及其应用的研究进展与展望

基于TCP协议的大部分网络通信都将接收到的数据包当作一个有序序列进行处理.TCP协议的这种有序序列模式限制了其在大量数据传输或将数据分布到大量用户的应用.基于数字喷泉码的数据传输模式不需要有序的数据序列,从而简化了网络中数据的传输方式,使得数字喷泉码成为一类适用于可靠通信的有效编码技术,而具有广阔的应用前景.本文综述了几类典型数字喷泉码的原理及其优缺点;探讨了这几类数字喷泉码的具体应用;指出了数字喷泉码研究中需要解决的一些关键问题.最后,对数字喷泉码的发展前景及研究方向进行展望.

一种改进的基于部分信息喷泉码度分布设计

与传统的喷泉码相比,基于反馈信息的喷泉码可以有效降低译码开销,其编码所采用度分布则是喷泉码设计的关键,本文提出一种适用于反馈喷泉码的基于部分信息度分布构造方法.该方法首先提出具有较小译码开销的最佳单项式度分布函数,并将其与传统的SRSD度分布相结合,然后通过参数调整可以获得修正后的ISRSD度分布函数.仿真结果表明在已知部分信息的喷泉码中,与传统的SRSD度分布函数相比,采用ISRSD度分布函数进行编码使其性能得到明显的提高.

基于度分布合并和可译集优化的LT码度分布设计方案

喷泉码的度分布对喷泉码的编译码性能有着十分重要的影响.目前常用的度分布在源数据码长较长时具有较好的性能,但在码长较短时,性能有明显下降.本文给出一种LT码度分布的构造方法.该方法先对二进制度分布进行调整,然后将其与鲁棒孤子度分布进行有机结合,再通过优化可译集合值来进一步优化度分布函数,得到一种当源数据为短码长时也有较好性能的度分布,即修正二进制-鲁棒孤子度分布.仿真结果证明,采用这种度分布对源数据进行LT编码时,相比较二进制度分布和鲁棒孤子度分布,其译码性能得到了明显提高,并且码长越短,性能提高越明显.

一种规则变量节点度LT Codes编码方案

LT Codes差错平台(Erasure Floor)由变量节点的最小度决定,规则变量节点度LT Codes能够最大化变量节点的最小度,从而降低LT Codes的差错平台.该文提出一种新的规则变量节点度LT Codes编码方法,该编码方法省去了现有方法中对变量节点度值查找表的排序操作,降低了现有方案的编码复杂度;通过对度分布的修正增加低度校验节点,使得规则变量节点度LT Codes解码瀑布区域(雪崩区域)提前.仿真结果表明该文方法与现有方法相比有效减少了编码时间,降低了成功解码所需的平均传输开销,加快了误符号率收敛速度.

基于改进喷泉码的高可用性数据冗余方案

分析线性喷泉码、改进的LT码和Raptor码,研究预编码技术,阐述基于RS码的改进型Raptor码技术。该技术能克服LT码解码代价不固定的缺点,具有解码率高、抗删除能力强等优点,适合处理数据网络传输的安全问题和数据的高可用性问题。仿真结果表明,改进型Raptor码较LT码在相同编码冗余度下提高了可译码概率,在一定可译码概率下降低了编码冗余度要求。

LT码的BPML译码算法

采用置信度传播算法(BP)对LT码进行译码时,停止集是影响译码效率的重要因素。对LT码停止集的大小进行了理论分析和仿真,提出了置信度传播-最大似然联合译码算法(BPML)。该算法首先采用BP算法译码,当遇到停止集时再采用最大似然译码算法(ML)对停止集进行处理,能够有效消除停止集的影响,提高LT码的译码效率。仿真结果表明,BPML算法结合了BP算法复杂度低和ML算法译码效率高的优点。研究结果对提高计算机网络中数据分发应用的分发效率具有重要的实用价值。

一种分布式喷泉码在协作通信中的应用

为了减少基于数字喷泉码的协作传输系统中的计算复杂度和传输延迟,提出了一种基于分布式喷泉码的协作通信传输方案,给出了两层数字喷泉编码的度分布函数的设计过程;以各链路的丢包率为参量分析了系统传输时延,并与其他数字喷泉码传输方案进行了比较.理论分析和仿真结果表明,在各链路丢包率较大时采用这种分布式喷泉码的协作传输机制能在传输时延上显著改善系统性能,而且各链路删除概率越大时优势越明显.

空间信息网络中基于LT码的分布式存储策略

针对空间信息网络(Space Information Network,SIN)节点存储资源严重受限及存储可靠性问题,该文提出一种基于LT(Luby Transform)码的分布式存储策略(Distributed Storage Strategy based on LT codes,DSSLT)。采用定向随机漫步机制,使得源数据包能够更快地遍历整个网络。在信息估计阶段利用基于ID的估计方法进行网络全局信息估计,使所有节点快速获得网络全局信息。合理的数据包选择机制使得最终编码度分布趋于期望的度分布。分析和仿真结果表明,与具有代表性的分布式存储策略相比,该方法大幅度减少了数据包传输时的随机漫步步长,同时提高了译码性能,简单易行。

卫星数据广播分发系统中LT码的研究

提出了喷泉码中LT码的最优度分布算法,指出了其在实际应用中存在的问题,在此基础上提出了实用的次优度分布算法。仿真表明,在卫星数据广播分发系统中,采用基于次优度分布算法的改进型LT码,其信道利用率要优于基于健壮孤立子度分布算法的传统LT码,且远远好于采用RSE码和不采用分组级FEC技术时的信道利用率,研究结果对提高卫星数据广播分发系统的信道利用率具有重要的实用价值。

采用喷泉码的无线传感器网络数据编解码算法

针对传统的无线传感器网络可靠性机制效率不高的缺陷,提出了一种新的"喷泉码"编解码算法。通过理论分析喷泉码在无线传感器网络中数据传输的可行性,给出了具体的系统方案和模型,设计了基于喷泉码的无线传感器网络编解码算法。对典型的喷泉码——Raptor码在不同参数下的译码性能进行仿真分析。结果表明:通过合理设置参数,该算法能有效提高译码成功率,保证无线传感器网络的数据传输可靠性。

3GPP MBMS中Raptor编解码研究

Raptor码已被纳入第三代蜂窝网络多媒体广播多播业务的传输标准。本文详细论述了第三代合作伙伴(3rd generation partnership project,3GPP)多媒体广播多播业务(Multimedia broadcast/multicast service,MBMS)中Raptor码的编解码流程及其中的关键技术,并对Raptor码的性能进行了仿真分析。实验表明,Raptor性能优秀,有利于降低带宽减少数据率,特别适合单向删除信道的通信应用。

基于Raptor码的级联型不等错误保护方法

针对在各种恶劣的信道中对码流中相对重要数据提供更强保护的问题,提出了基于Raptor码的级联型不等错误保护(unequal error protection,UEP)方法。通过在预编码阶段和无率码阶段都采用UEP设计的级联方法来提高UEP性能,增加了设计的灵活性;分析了其在二进制删除信道(binary erasure channel,BEC)中采用最大似然概率(maximum likelihood,ML)译码时UEP性能的理论上下界;最后分别对其在BEC和加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise,AWGN)信道中的UEP性能进行了仿真实验。理论分析和仿真实验结果显示,与在预编码阶段或无率码阶段单独采用UEP设计的方法相比,该级联型方法在基本不损失普通数据性能的情况下能为重要数据提供更强的保护,具有较好的UEP性能。

改进的块复制不等差错保护喷泉码

在多媒体传输、深空通信等应用中,由于数据的重要性程度不同,需要喷泉码具有不等差错保护的特性,根据数据重要性给予不同程度的保护。对基于块复制的不等差错保护喷泉码的机制进行了理论分析,提出了改进的信息符号选取策略,让度1编码符号全部在重要信息比特中选取,一定数量的度2编码符号分别在重要信息比特和次要信息比特中选取,从局部上提升对重要信息比特的保护。仿真结果表明,相比于现有的基于块复制的不等差错保护喷泉码,改进方法在进一步提高重要信息比特保护的同时没有降低对次要信息比特的保护,且有更好的不等恢复时间性能。

传感器网络中基于LT码的提高数据持续性方案

在环境恶劣且无固定Sink的无线传感器网络,节点为了避免意外死亡而丢失数据,需要能量有效地将数据分发到其他一部分节点上存储,以等待移动Sink进行采集.提出了一种新的基于Luby变换码(Luby transform codes)、简称LT码的数据持续性提高方案(LT-codes based scheme for improvingdata persistence,LTSIDP),其中LT码是一类纠删码.LTSIDP将数据的存储过程分为2个步骤:第1步,节点根据一段时间内接收数据包的情况估计网络中数据包的数量和节点的总数,进而计算出基于LT码存储数据所需要的参数;第2步,节点再根据获得的参数对接收到的数据进行存储.每一轮LTSIDP执行结束后,移动Sink可以在一定时间段内的任意时刻和任意地点进入网络,访问少量仍然存活的节点就能获得所有源数据.理论分析和实验表明,LTSIDP不仅能获得比已有算法更高的数据持续性,而且能量更有效.

基于跳频通信的短码长Raptor码改进方案

针对跳频通信短码长的特性,提出了一种短码长Raptor码的改进方案,其度平均重量比原方案要小29%,并通过Matlab仿真实验对其在跳频通信中的性能进行了研究.研究结果表明,改进方案构造的短码长Raptor码与原方案相比,在无干扰环境下误比特率要低62.01dB,在信噪比为4dB的宽带干扰环境下误比特率要低30.65dB.此改进方案为跳频抗干扰通信提供了一种新的前向纠错编码方案,同时为喷泉码的应用开拓了一个新的领域.