LT碼編譯碼算法優(yōu)化及應用研究.pdf

1、數字噴泉碼(Digital Fountaincode,DFC)是一種與信道相關性較小的網絡編碼,在深空通信、網絡通信等領域中都具有潛在的應用價值。數字噴泉碼可以改善現行網絡傳輸機制,提高信息傳輸效率,并且在實際網絡應用時,可以改善不同服務介質之間的差異性,滿足用戶對于數據存儲中較高的要求。但編碼數據包冗余度的大小、譯碼時延、節(jié)點發(fā)送停止標識、網絡節(jié)點運算量估計與度數分布函數等都是使得其不易在實際網絡中實現的關鍵問題。數字噴泉碼在提出的時

2、候是一種思想,并沒有實際的編碼算法,直到后來提出了一種主要的數字噴泉碼算法——LT(Luby Transform,LT)碼,其具有數字噴泉碼固有的基本特征,因此,對LT碼算法研究可以有針對性的理解數字噴泉碼的構成、性質等,對改進算法以及提高數字噴泉碼的實用性奠定基礎。為了改善LT碼的編譯碼算法,提供編碼的仿真分析平臺,論文基于實際項目背景對LT碼進行研究,主要內容如下:
　　1.對數字噴泉碼原理進行分析,結合網絡編碼(Networ

3、k coding,NC)算法,探討網絡編碼和數字噴泉碼的特征,為在網絡環(huán)境中應用具體的數字噴泉碼算法提供基礎;深入研究其度數分布函數和譯碼固有的失敗概率等關鍵參數,在充分理解生成矩陣產生以及檢測過程的基礎上,給出參數在不同條件下的仿真結果;分析數字噴泉碼的應用環(huán)境,研究其環(huán)境變化的適應性,并且討論數字噴泉碼研究中的關鍵問題。
　　2.論文針對度數分布函數不理想,沒有易實現的合適度數分布函數設計依據,應用數學的極限分析算法,在LT碼

4、的度分布中進行研究,最終降低了LT碼的編碼平均度數和復雜度,其核心的思想主要是對LT碼的編碼過程在極限條件下進行推導,并且依據推導過程,分析得出了在極限條件下對LT碼進行研究的結論。論文得出在不同的參數條件下,LT碼性能差異較大,通過合理的設計LT碼方案,最大化LT碼優(yōu)勢,優(yōu)化了LT碼的存儲結構。
　　3.在前述研究的基礎上,論文之后對于LT碼中原始數據的選擇問題,提出了一種不定幀長LT碼方案,對不同的數據部分分別進行編碼,通過不

5、同的設計來提高性能。同時,將論文研究過程中提出的改進算法進行綜合,提供一套仿真測試軟件平臺。論文在MicrosoftVisualC++環(huán)境中,完成編譯碼流程圖設計和程序設計,達到實現LT碼編譯碼仿真的功能。
　　4.論文針對LT碼共有的存儲空間大、譯碼概率低等弊端,研究并提出一種減少LT碼生成矩陣存儲空間的方法,降低傳輸過程中的時延。因為生成矩陣的列相當于編碼傳送的數據包,將熵編碼算法引入LT碼的編碼方案中,對生成矩陣按列進行熵編

6、碼優(yōu)化,該方法能夠較大幅度的減少LT碼的數據量,并且保持LT碼的特征和結構,使其譯碼準確度也有較大提高。通過理論研究和仿真分析得出,將生成矩陣進行優(yōu)化后,較大地降低了其存儲空間。
　　5.因為在LT碼的編譯碼算法中,會存在時延,主要有編碼過程的時延、傳輸過程的時延以及譯碼過程的時延三類,而時延過大會使接收機不能及時獲取編碼數據包,從而影響對信道情況的判斷,較大地影響整個LT碼的性能。論文重點分析了網絡中編碼傳輸某一編碼數據包的時延

7、情況,并且基于前述提出的不定幀長LT碼結構,形成了以LT碼為基礎的改進的網絡通信流程,給出了公式推導結果。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。之后針對網絡通信環(huán)境中的不同傳輸策略,對網絡編碼和LT碼的時延性能進行分析和改進。
　　6.由于在很多通信系統(tǒng)或網絡環(huán)境中,都存在帶寬受限、對環(huán)境沒有自適應能力、需要發(fā)送端預測網絡環(huán)境以及大量的反饋重傳以保證接收機正確接收原始數據等不利因素,使得通信的可靠