CCCN2010报告混沌在网络传输应用层的数字喷泉编码技术中课件.ppt

数字喷泉码的发展 J. Byers, M. Luby [1]等人于1998 年首次提出数字喷泉的概念, 但当时并没有给出现实可行的喷泉码设计方案。 M. Luby、A. Shokrollahi 等人联合创立了Digital Fountain 公司, 以推广数字喷泉概念的实际应用。 2002 年, M. Luby [2] 提出了第一种现实可行的喷泉码——LT (Luby transform) 码。在学术理论日渐完善的同时, 喷泉码也日益受到产业界的关注, 获得了越来越多的实际应用。 目前, 一种由Digital Fountain 公司设计的系统Raptor 码 [3] 已经被DVB- H 标准和3GPP 组织的 MBMS 标准采用, 并且正在参与其他多项国际标准的制定。 精品文档 数字喷泉码实现的各个阶段 Reed-Solomn (RS)码：编码在有限域上的操作限制了生成的编码的数目；对于数目较大的 k 和 m，其编码算法的复杂性令人望而却步 Tornado 码（1998年）：从严格意义上讲还不是数字喷泉码，因为其每次编码生成的包的数目是事先确定并固定不变的，这与喷泉码的初衷相悖。但是它以其稀疏不规则随机二分图和以异或操作来定义边的思想成为了后来的 LT 码和Raptor 码的先驱。 LT 码（2002年）：M. Luby 提出的 LT 码是第一种实用的数字喷泉码, 具有简单的编译码方法以及较小的解码开销和编解码复杂度, 为喷泉码的进一步发展奠定了基础。 Raptor 码（2006年）：A. Shokrollahi 设计的 Raptor 码是目前数字喷泉码的最好的实现。生成每个编码包需要的运算量是一个与 k 无关的常数, 而成功解码 m 个编码包获得 k 个原始数据包需要的运算量是一个关于 k 的线性函数。 精品文档 数字喷泉码的研究现状 研究工作主要分为两个方面： 一方面致力于从理论上分析和提高喷泉码的性能，例如： 提出严格分析LT码的模型[6] 。 设计了一种优化算法的方法来寻找使LT码性能最好的度分布[7] 从解码算法入手，利用接收到的编码包所含的冗余信息，来提高LT码的成功解码概率 从理论上验证了用伪随机数发生器实现的LT码的性能和理论上差别不大[9] 分析在更现实的通信信道环境下，LT码和Raptor码的纠删率与编码包长度之间的依赖关系[10] 。 精品文档 数字喷泉码的研究现状（续） 研究工作主要分为两个方面： 另一方面致力于数字喷泉码的应用研究 ，例如： Raptor codes在无线广播系统中的可靠下载[12]和手机广播网络中的多媒体可靠下载[13]中的应用 将基于数字喷泉码的协议与基于TCP协议在拥塞情况下的通信效果进行比较 存储系统[14], 视频编码[15]，流媒体技术[16]，无线传感网络[17]等领域的应用 精品文档 混沌在数字喷泉码中的应用的研究意义和主要工作 将混沌应用到数字喷泉码中是一个创新性的想法，目前还没有这方面的研究工作。 选题依据： 目前数字喷泉码的编码实现过程中需要用到伪随机数发生器来选择编码包的度和邻居； 混沌本身就是一种复杂的类似噪声的行为，且具有如下特性：（1）时域上为类似随机过程；（2）频域上为宽带非对称连续谱；（3）对初始值的敏感依赖性；（4）具有分形结构。混沌的这些特征非常适合用来设计形式简单，性能好的伪随机数发生器 因此，可以用混沌系统的这些特性来帮助确定编码包的度和邻居信息 精品文档 混沌在数字喷泉码中的应用的研究意义和主要工作（续） 混沌在数字喷泉码中的应用的优势： 混沌系统的遍历性的特征，可以帮助编码过程中的原始数据包以更均匀的概率被随机选择，使解码的成功概率更高，减小解码开销。 由于混沌伪随机数发生器形式简单且生成的时间序列是确定性的，可使发送方在向接收方发送了混沌系统的方程和初始条件之后，通过接收双方的同步，使接收方自动推算出接收到的各个编码包的度和邻居信息，这样就不需要在编码包中放入度和邻居信息，尤其在原始数据包数目大的情况下，可以极大减少传输的消耗，提高信道容量的利用率。 目前混沌加密的研究已有良好的基础，如果将数字喷泉码的混沌编码和混沌加密巧妙的结合起来，就可以同时实现数据的可靠传输和必威体育官网网址通信。 精品文档 混沌在数字喷泉码中的应用的研究意义和主要工作 研究工作将从形式简单的LT码的实现入手，以减少解码开销为目标，选择合适的混沌系统利用到LT码的编码过程中，在解码过程中利用混沌减少解码成功需要的编码包的数目。 精品文档 喷泉码：一种迥异于TCP/IP的新颖的信道编码技术；更可靠，更省时；丢包率更小 混沌在数字喷泉编码技术中的应用 发送方：像水龙头 不需要区分各个接收者 接收