计 算 机 工 程 第37卷 第7期

Computer Engineering V ol.37 No.7

文章编号：1000—3428(2011)07—0015—03·博士论文·

2011年4月

April 2011

文献标识码：A

中图分类号：TP393

网络编码在无线中继网络中的应用研究

李 伟，樊平毅

(清华大学电子工程系，北京 100084)

摘 要：介绍网络编码在无线中继网络中应用的研究进展，指出其2个典型应用场景是双向对传网络和组播重传网络。阐述研究中需要解决的关键问题：(1)设计具体的实现协议；(2)在实际网络条件下，采用网络编码后的网络容量及可达该容量的传输策略；(3)针对物理层网络编码，从混合信号中分离出需要的信号。此外，展望该应用的发展趋势。 关键词：网络编码；无线中继网络；吞吐量

Applications Research of Network Coding

in Wireless Relay Networks

LI Wei, FAN Ping-yi

(Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

【Abstract】This paper introduces an overview of the applications of network coding in wireless relaying networks. Two typical scenarios of wireless network coding are two-way relay networks and multicast retransmission networks. Some key problems of network coding in wireless relaying networks are as follows: (1)Design implementations of wireless network coding; (2)Analyze the capacity of network coding and the corresponding transmission schemes in actual network environments; (3)Investigate how to separate the required signal from the mixed signal for physical layer network coding. Future work on network coding is also summarized. 【Key words】network coding; wireless relay networks; throughput DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2011.07.006

1 概述

网络编码[1]的核心思想是突破传统网络中只允许中继节点转发数据的限制，允许中继节点对接收到的数据包进行组合、编码等智能化处理。这种处理通常以编码的方式在网络层实现，因此，被称为网络编码。网络编码的优势是能有效提高网络的吞吐量，使有线组播网络的吞吐量达到其理论上界——网络的最大流最小割容量[1]。

目前，网络编码已成为网络领域、信息论领域以及编码领域最受关注的研究课题之一，其应用范围也从有线网络向无线网络，尤其是无线中继网络扩展。无线信道具有广播特性，因此，在无线网络中的信息传输存在大量的数据冗余。使用网络编码技术能减少冗余数据并进行数据压缩，从而提高网络的总吞吐量，达到提高频率资源利用效率和提高能量利用效率的目的。此外，在无线网络中，网络编码的思想还可以应用在物理层，这种技术被称为物理层网络编码技术。利用物理层网络编码技术可以在一定条件下解决节点间相互干扰的问题，进一步提高网络吞吐量，以及无线频谱资源的利用效率。

目前国内已有大量关于网络编码的研究，如文献[2-3]等。本文以网络编码的应用为重点，综述无线网络编码技术的最新研究进展以及在研究中需要解决的关键问题。

示。其中，2条传输路径在链路(3, 4)交迭，节点3无法在单位时间内传送2 bit数据a和b，使用转发技术无法达到网络的理论容量。如果采用网络编码技术，允许中继节点对信息进行编码处理，传输过程如图1(b)所示。节点3对数据a和b进行编码处理，得到a+b，并在一个单位时间内将a+b发送出去。于是，R1接收到a和a+b后，通过解码得到b。类似的，R2可以得到比特a和b。于是，S在单位时间内向2个目的节点发送了2 bit信息，信息传输速率达到网络流量的理论上限。

图1 蝶形图

该例说明了网络编码技术能充分利用信息流的特性，有效提高有线网络的吞吐量。下文将重点介绍网络编码在无线

基金项目：东南大学移动通信国家重点实验室开放研究基金资助 项目

作者简介：李 伟(1982－)，男，博士研究生，主研方向：无线自组织网络，网络信息论；樊平毅，教授、博士生导师

收稿日期：2010-11-20 E-mail：l_w_00@mails.tsinghua.edu.cn

2 网络编码的基本概念

文献[1]以“蝶形图”为例，解释了网络编码的基本原理。如图1所示，S是源节点，R1和R2是2个目的节点。各链路的信道容量均为1。根据最大流最小割定理，S到R1或R2的最大流为2。如果采用转发技术，传输过程如图1(a)所