淺談無線通信中的網絡編碼技術

司明濤

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淺談無線通信中的網絡編碼技術

司明濤

河南省通信工程局有限責任公司，河南 鄭州 450003

無線通信網絡在使用過程中容易受到干擾，且資源利用率較低。這些缺點的存在大大制約了無線通信網絡的發展。如何能夠提高數據信息的傳輸量和安全性一直以來都是一個備受關注的話題。網絡編碼技術的應用恰好能夠彌補無線通信網絡的缺陷，確保新時期用戶的通信需求始終得到滿足。對網絡編碼技術的內涵和特征加以探討和分析，并著重論述其在無線通信網絡中的具體應用策略，以期充分發揮網絡編碼技術的優勢，推動無線通信網絡的快速發展。

無線通信；網絡編碼技術；功能；應用

引言

網絡編碼技術自研發以來就被廣泛應用于無線通信網絡中，使得無線通信網絡的穩定性和安全性有了顯著提升，網絡資源也得到了最大化的合理利用，這給無線通信網絡的發展注入了勃勃生機。為了進一步展現網絡編碼技術的獨特優勢，需要對該項技術進行深入研究，發掘技術潛力，改良技術性能，確保網絡編碼技術在無線通信網絡中能夠真正發揮實效，從而為我國通信事業的長遠健康發展奠定堅實的基礎。

1 網絡編碼技術概述

網絡編碼技術指在網絡的某一節點上對接收到的信息進行重新編碼，然后發送給接收方，接收方通過利用特定的譯碼算法對信息加以解析，進而得到信息的詳細內容。以往信息傳遞的過程中普遍沒有進行編碼處理，發送的信息量比較有限，占用的網絡資源較大，而網絡編碼技術的應用打破了傳統無線通信網絡中信息傳輸的局限性，可以大幅降低對網絡資源的占用，增加信息的吞吐量，具有較高的研究和應用價值。網絡編碼技術主要作用于無線通信網絡的中繼節點上，大致可以分為模擬和數字兩種類型的網絡編碼。模擬型網絡編碼對中繼節點進行擴展轉發，源節點信息在兩個時隙過程中相交，兩個源節點對擾亂行為進行清除之后，再經過譯碼實行調整，最終取得需要的數據；數字型網絡編碼與模擬型網絡編碼的原理大致相同，唯一的不同之處就是在三個時隙過程中相交，這點需要格外注意。

要想保證網絡編碼技術在無線通信網絡中能夠充分展現其有效性，就要正確認識網絡編碼技術的優點和缺陷，才能有的放矢，不斷改進和優化技術。

1.1 網絡編碼技術的優點

網絡編碼技術的應用使得信息能夠高效、穩定的傳輸，大大提高了網絡的吞吐量，而且不需要考慮信源和信宿的距離，即使節點或信道失效，數據信息也能持續傳輸，在傳輸中產生的錯誤信息還能夠通過解碼將其糾正過來，避免了信息失真的現象[1]。此外，運用隨機編碼技術能夠起到保護數據安全的目的，信息傳輸因而更加安全、可靠。

1.2 網絡編碼技術的缺點

在無線通信網絡的中繼節點上進行編碼和解碼極大地增大了CPU的計算負擔，緩存消耗也有所升高。由于解碼需要一定的時間，因此信息的傳輸就無法實現實時性。若采用線性網絡編碼，還會增加網絡的安全風險，導致信源信息能夠被多節點、多速率的接收，對網絡編碼技術提出了更高的要求。

2 網絡編碼技術的功能

2.1 實現異或運算

異或運算是網絡編碼技術在無線通信網絡中最常見的一種應用形式，能夠壓縮與合并中繼節點上接收到的信息，每個節點上存儲的信息數量將會大幅增加，網絡資源也能夠得到更合理、更有效的使用。

2.2 復數域網絡編輯

在規模較大的無線通信網絡中，復數域網絡編碼不僅能夠獲得1/2符號/信源/時隙（Sym/S/TS）的吞吐量，獲取完全分集增益，而且在不同的信源之間都能夠靈活的傳輸信息，使得信息在無線通信網絡中得到共享。這與無線通信網絡的運行需求更加契合。

2.3 與信道編碼結合

將網絡編碼與信道編碼結合起來運用于無線通信網絡中，也能夠給信息傳輸帶來巨大助益，可采取嵌套編碼方案和混合編碼方案。這兩種方案的本質是相同的，不過在具體應用方法上有所差異：嵌套編碼方案可以將無線通信網絡中相對獨立的子碼合并起來，通過在中繼節點對信息進行異或運算，信息先被壓縮再發送出去，無線通信網絡節點上儲存的信息量顯著增大。混合編碼對無線通信網絡結構的信源節點、中繼節點和信宿節點的數量都有著明確的要求，編碼位置仍然是在中繼節點上，促使網絡編碼和信道編碼有機聯系到一起。這種混合編碼技術的應用之于無線通信網絡信道容量的拓展以及編碼正確率的提升均大有助益。

2.4 與協作分集技術的結合

協作分集技術專門應用于用戶數量較多的無線通信網絡中，以抵抗無線信道衰落的不利效應。每個天線用戶在系統中既是一個獨立的個體，需要將自身信息發送出去，又是天線系統的一個重要組成部分，應協助其他用戶發送信息。在此情況下數據在無線通信網絡中的傳輸效率必然會大幅提升，無線通信網絡的抗衰落能力也會得到一定的增強。網絡編碼技術與協作分集技術的結合運用從本質上改變了無線通信網絡結構，在信源節點和信宿節點之間放置了中繼節點，促使無線通信網絡的容量和分集增益迅速擴大，編碼的錯誤率卻隨之降低[2]。

3 網絡編碼技術在無線通信網絡中的應用

3.1 在無線自組織網絡中的應用

在無線自組織網絡中，網絡編碼技術有著比較突出的缺陷，使得網絡變得越來越復雜，運行成本大幅提升，這對無線自組織網絡的運行和發展是非常不利的。為了保持網絡運行的穩定性和安全性，除了要平衡不同層次網絡的需求之外，還要優化路由算法，確保無線自組織網絡的吞吐量能夠進一步增加，那么網絡編碼技術的弊端就會得以彌補。這也將成為網絡編碼技術在該網絡中應用的一個重要趨勢。與此同時，網絡結構的簡化也勢在必行，需要調整信宿節點的位置，使之處于無線自組織網絡的尾端，再輔以改良后的路由方法，那么無線自組織網絡的信息吞吐量就會急劇上升，還能夠有效節約網絡運行成本。

3.2 在無線傳感網絡中的應用

網絡編碼技術在無線傳感網絡中的應用主要是將通信節點資源高效整合起來然后分配使用，目的在于保障網絡的運行安全。我們知道線性網絡編碼的安全風險較高，對于這類情況，由于通信節點接收到的數據信息多種多樣，因此通過應用網絡編碼技術在中繼節點挑選單獨的編碼系數，進而對接收信息加以計算和轉發，接收方就能夠順利地收到準確的數據了[3]。信宿節點則是直接提取線性編碼過程中的編碼系數，將信息解譯出來，以便獲得數據信息。

3.3 在認知性無線網絡中的應用

認知性無線網絡中網絡編碼技術的應用主要是解決主要用戶和次要用戶的資源共享問題。無論在任何情況下都不能影響主要用戶的通信質量。確定主要用戶的通信性能達到要求以后，再適當地改進次要用戶的通信性能。這就需要加強認知性無線網絡中各個節點的配合，對全部信息進行有效整合，以此提升通信的功能和使用效率。可以說，網絡編碼技術提高了認知性無線網絡信息的傳遞速率，減少了網絡資源的占用情況，而且也能夠防止用戶的通信質量受到外界干擾，極大地推動了認知性無線網絡的發展進程。

4 結語

綜上所述，網絡編碼技術的應用是新時期無線通信網絡發展的必然選擇，需要正確認識網絡編碼技術的特點和功能，將該技術應用于無線自組織網絡、無線傳感網絡和認知性無線網絡之中，確保其功能和優勢都能最大限度展現出來，促使無線通信網絡的運行更加安全、穩定，以便給用戶提供良好的通信服務，竭力滿足用戶多樣化、個性化的通信需要。

[1]李合菊，胡尊廣. 基于網絡編碼在無線網絡通信技術中的研究與應用[J]. 軟件，2012（7）：96-97.

[2]朱聯祥，李祥，行彥輝，等. 重復累積碼在協作分集系統中的應用研究[J]. 重慶郵電大學學報（自然科學版），2011（1）：16-20.

[3]劉珊珊，曹型兵，鄧小科，等. 無線通信網絡中的聯合網絡編碼技術[J]. 數字技術與應用，2011（12）：46-47.

Talking about Network Coding Technology in Wireless Communication

Si Mingtao

Henan Communication Engineering Bureau Co., Ltd., Henan Zhengzhou 450003

Wireless communication networks are susceptible to interference during use and have low resource utilization. The existence of these shortcomings greatly restricts the development of wireless communication networks. How to improve the transmission volume and security of data information has always been a topic of great concern. The application of network coding technology can just make up for the shortcomings of wireless communication networks and ensure that the communication needs of users in the new era are always met. The connotation and characteristics of network coding technology are discussed and analyzed, and its specific application strategies in wireless communication networks are emphasized, in order to give full play to the advantages of network coding technology and promote the rapid development of wireless communication networks.

wireless communication; network coding technology; function; application

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