浅谈无线通信中的网络编码技术

司明涛



浅谈无线通信中的网络编码技术

司明涛

河南省通信工程局有限责任公司，河南 郑州 450003

无线通信网络在使用过程中容易受到干扰，且资源利用率较低。这些缺点的存在大大制约了无线通信网络的发展。如何能够提高数据信息的传输量和安全性一直以来都是一个备受关注的话题。网络编码技术的应用恰好能够弥补无线通信网络的缺陷，确保新时期用户的通信需求始终得到满足。对网络编码技术的内涵和特征加以探讨和分析，并着重论述其在无线通信网络中的具体应用策略，以期充分发挥网络编码技术的优势，推动无线通信网络的快速发展。

无线通信；网络编码技术；功能；应用

引言

网络编码技术自研发以来就被广泛应用于无线通信网络中，使得无线通信网络的稳定性和安全性有了显著提升，网络资源也得到了最大化的合理利用，这给无线通信网络的发展注入了勃勃生机。为了进一步展现网络编码技术的独特优势，需要对该项技术进行深入研究，发掘技术潜力，改良技术性能，确保网络编码技术在无线通信网络中能够真正发挥实效，从而为我国通信事业的长远健康发展奠定坚实的基础。

1 网络编码技术概述

网络编码技术指在网络的某一节点上对接收到的信息进行重新编码，然后发送给接收方，接收方通过利用特定的译码算法对信息加以解析，进而得到信息的详细内容。以往信息传递的过程中普遍没有进行编码处理，发送的信息量比较有限，占用的网络资源较大，而网络编码技术的应用打破了传统无线通信网络中信息传输的局限性，可以大幅降低对网络资源的占用，增加信息的吞吐量，具有较高的研究和应用价值。网络编码技术主要作用于无线通信网络的中继节点上，大致可以分为模拟和数字两种类型的网络编码。模拟型网络编码对中继节点进行扩展转发，源节点信息在两个时隙过程中相交，两个源节点对扰乱行为进行清除之后，再经过译码实行调整，最终取得需要的数据；数字型网络编码与模拟型网络编码的原理大致相同，唯一的不同之处就是在三个时隙过程中相交，这点需要格外注意。

要想保证网络编码技术在无线通信网络中能够充分展现其有效性，就要正确认识网络编码技术的优点和缺陷，才能有的放矢，不断改进和优化技术。

1.1 网络编码技术的优点

网络编码技术的应用使得信息能够高效、稳定的传输，大大提高了网络的吞吐量，而且不需要考虑信源和信宿的距离，即使节点或信道失效，数据信息也能持续传输，在传输中产生的错误信息还能够通过解码将其纠正过来，避免了信息失真的现象[1]。此外，运用随机编码技术能够起到保护数据安全的目的，信息传输因而更加安全、可靠。

1.2 网络编码技术的缺点

在无线通信网络的中继节点上进行编码和解码极大地增大了CPU的计算负担，缓存消耗也有所升高。由于解码需要一定的时间，因此信息的传输就无法实现实时性。若采用线性网络编码，还会增加网络的安全风险，导致信源信息能够被多节点、多速率的接收，对网络编码技术提出了更高的要求。

2 网络编码技术的功能

2.1 实现异或运算

异或运算是网络编码技术在无线通信网络中最常见的一种应用形式，能够压缩与合并中继节点上接收到的信息，每个节点上存储的信息数量将会大幅增加，网络资源也能够得到更合理、更有效的使用。

2.2 复数域网络编辑

在规模较大的无线通信网络中，复数域网络编码不仅能够获得1/2符号/信源/时隙（Sym/S/TS）的吞吐量，获取完全分集增益，而且在不同的信源之间都能够灵活的传输信息，使得信息在无线通信网络中得到共享。这与无线通信网络的运行需求更加契合。

2.3 与信道编码结合

将网络编码与信道编码结合起来运用于无线通信网络中，也能够给信息传输带来巨大助益，可采取嵌套编码方案和混合编码方案。这两种方案的本质是相同的，不过在具体应用方法上有所差异：嵌套编码方案可以将无线通信网络中相对独立的子码合并起来，通过在中继节点对信息进行异或运算，信息先被压缩再发送出去，无线通信网络节点上储存的信息量显著增大。混合编码对无线通信网络结构的信源节点、中继节点和信宿节点的数量都有着明确的要求，编码位置仍然是在中继节点上，促使网络编码和信道编码有机联系到一起。这种混合编码技术的应用之于无线通信网络信道容量的拓展以及编码正确率的提升均大有助益。

2.4 与协作分集技术的结合

协作分集技术专门应用于用户数量较多的无线通信网络中，以抵抗无线信道衰落的不利效应。每个天线用户在系统中既是一个独立的个体，需要将自身信息发送出去，又是天线系统的一个重要组成部分，应协助其他用户发送信息。在此情况下数据在无线通信网络中的传输效率必然会大幅提升，无线通信网络的抗衰落能力也会得到一定的增强。网络编码技术与协作分集技术的结合运用从本质上改变了无线通信网络结构，在信源节点和信宿节点之间放置了中继节点，促使无线通信网络的容量和分集增益迅速扩大，编码的错误率却随之降低[2]。

3 网络编码技术在无线通信网络中的应用

3.1 在无线自组织网络中的应用

在无线自组织网络中，网络编码技术有着比较突出的缺陷，使得网络变得越来越复杂，运行成本大幅提升，这对无线自组织网络的运行和发展是非常不利的。为了保持网络运行的稳定性和安全性，除了要平衡不同层次网络的需求之外，还要优化路由算法，确保无线自组织网络的吞吐量能够进一步增加，那么网络编码技术的弊端就会得以弥补。这也将成为网络编码技术在该网络中应用的一个重要趋势。与此同时，网络结构的简化也势在必行，需要调整信宿节点的位置，使之处于无线自组织网络的尾端，再辅以改良后的路由方法，那么无线自组织网络的信息吞吐量就会急剧上升，还能够有效节约网络运行成本。

3.2 在无线传感网络中的应用

网络编码技术在无线传感网络中的应用主要是将通信节点资源高效整合起来然后分配使用，目的在于保障网络的运行安全。我们知道线性网络编码的安全风险较高，对于这类情况，由于通信节点接收到的数据信息多种多样，因此通过应用网络编码技术在中继节点挑选单独的编码系数，进而对接收信息加以计算和转发，接收方就能够顺利地收到准确的数据了[3]。信宿节点则是直接提取线性编码过程中的编码系数，将信息解译出来，以便获得数据信息。

3.3 在认知性无线网络中的应用

认知性无线网络中网络编码技术的应用主要是解决主要用户和次要用户的资源共享问题。无论在任何情况下都不能影响主要用户的通信质量。确定主要用户的通信性能达到要求以后，再适当地改进次要用户的通信性能。这就需要加强认知性无线网络中各个节点的配合，对全部信息进行有效整合，以此提升通信的功能和使用效率。可以说，网络编码技术提高了认知性无线网络信息的传递速率，减少了网络资源的占用情况，而且也能够防止用户的通信质量受到外界干扰，极大地推动了认知性无线网络的发展进程。

4 结语

综上所述，网络编码技术的应用是新时期无线通信网络发展的必然选择，需要正确认识网络编码技术的特点和功能，将该技术应用于无线自组织网络、无线传感网络和认知性无线网络之中，确保其功能和优势都能最大限度展现出来，促使无线通信网络的运行更加安全、稳定，以便给用户提供良好的通信服务，竭力满足用户多样化、个性化的通信需要。

[1]李合菊，胡尊广. 基于网络编码在无线网络通信技术中的研究与应用[J]. 软件，2012（7）：96-97.

[2]朱联祥，李祥，行彦辉，等. 重复累积码在协作分集系统中的应用研究[J]. 重庆邮电大学学报（自然科学版），2011（1）：16-20.

[3]刘珊珊，曹型兵，邓小科，等. 无线通信网络中的联合网络编码技术[J]. 数字技术与应用，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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