基于无线网络编码的多源动态协作传输技术研究

Next generation wireless network will be developed as an ubiquitous and pervasive system. In such a process, cooperative communications become key techniques. The cooperation not only lies on technique aspects, but also includes communication individuals, groups, even different networks. The existing research results showed that wireless network coding could improve the spectrum efficiency and network capacity. However, we also face challenges about how to design efficient transmission techniques for cooperative systems and wireless applications using wireless network coding. This project mainly focuses on: wireless network coding in multi-session cooperative communications; the cross-layer routing algorithm for wireless P2P file sharing using wireless network coding; the dynamic spectrum access in multi-band and multi-user networks based on wireless network coding. In summary, this project uses information theory, coalitional game, non-cooperative game and modern optimization theories to analyze cooperative costs and design dynamic algorithms. Furthermore, the proposed models, algorithms and optimization methods are formulated as a systematic theory. This advanced project crosses multiple research areas. The expected results will give much more deep insight about wireless network coding. Also, these results can inspire the design of further wireless networks.

泛在异构融合体系架构将是未来无线网络发展的必然的趋势。在这样的进程中，协作通信已成为了核心技术。协作不仅表现在通信技术层面，也表现在通信个体之间和不同通信群体之间，甚至不同网络之间。初步研究结果表明无线网络编码技术能够提高频谱效率和网络容量。 如何利用无线网络编码技术设计针对协作系统和不同无线业务的高效传输技术仍是开放的挑战性问题。本项目主要研究：面向的多数据流协同传输的无线网络编码技术；基于无线网络编码的P2P数据共享跨层路由算法；基于无线网络编码的多频段、多二级用户动态频谱接入技术。利用信息论、联盟博弈理论、非合作博弈理论、现代优化等理论与方法，分析协作代价，设计动态协作算法；对所提出的方案以及算法的性能进行建模、分析与优化，形成系统的理论。本项目是多学科交叉的前沿课题，本课题的预期研究成果不仅可加深对无线网络编码本质的理解，也将在未来无线网络中有着广阔的应用前景。

在未来泛在异构融合的网络中，随着数据业务的不断增长，使得频谱资源越来越紧缺；同时，信道容量和服务质量常常受到无线信道衰落特性的影响，因而如何进一步提高频谱利用率、系统容量、能源效率和通信质量是无线技术发展必须解决的问题。本项目面向协作通信的关键性技术，针对分布式系统，分析了无线网络编码所引入的增益和代价，详细研究用户之间的竞争与合作行为，进而设计稳定、高效的编码与传输方案问题；并在提高无线频谱利用率的同时，提出提高无线能源效率方案。具体的研究内容和结果总结如下：.1) 研究面向多源多中继的无线空间网络编码协作传输技术，减小传统基于网络编码的协作通信技术所带来的网络编码代价；研究基于网络编码的多节点合作数据传输技术；移动的节点形成合作簇，交换已有数据，并能接入无线节点下载新数据。分析合作数据传输时间表达式，评估动态拓扑对下载性能的影响，为将来移动数据共享业务提供新的数据高效传输技术。.2) 研究基于非合作潜在博弈的多数据源多跳无线P2P网络中跨层路由算法，最大化网络编码机会，平衡网络编码和多播收益，提高网络吞吐量；挖掘无线网络编码在协作传输，组网及新型无线业务中的应用潜力；利用概率预测的容量感知模型探测异构网络MAC层的重传信息，动态感知无线链路的状态，实现高负载业务下的统计的信道容量概率预测。.3) 研究基于拍卖模型的多用户频谱接入的机制设计问题,提出面向认知用户的拍卖机制设计问题，分析对于主用户的最优机制，提出分布式算法，达到拍卖均衡点；引入非合作博弈理论分析绿色无线网络中基站的频谱接入方法和绿色能源分配问题，维持无线接入性能的同时，最大化利用绿色能源，以提高无线接入的能量效率；设计基于无线网络编码的数据共享与频谱接入技术，提高数据共享效率。