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周清峰，张胜利，开彩红，李瑜波 著

图书标签:

• 无线通信
• 网络编码
• 信息论
• 无线网络
• 通信理论
• 编码理论
• 信号处理
• 优化理论
• 协议设计
• 移动通信

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115366412

版次：01

商品编码：11576835

包装：精装

丛书名： 信息与通信创新学术专著

开本：小16开

出版时间：2014-10-01

页数：261

正文语种：中文

内容简介

　　《线网络编码》主要讨论网络编码在线通信网络中的应用、技术难题、解决方案以及新的技术发展方向。针对线双向中继网络下的网络编码技术，《线网络编码》内容分为两个部分：第一部分讨论在三节点双向中继系统中，完成一双符号交换需要三个时隙的链路层网络编码；第二部分讨论完成同样的符号交换仅需要两个时隙的物理层网络编码。
　　具体来说，第一部分主要包括：三时隙链路层网络编码技术、链路层网络编码在多中继系统中的扩展、采用链路层网络编码下网络传输协议的设计。第二部分主要包括：两时隙物理层网络编码技术、物理层网络编码下的若干高级算法、物理层网络编码在多天线中继系统中的研究以及基于网络编码的双向中继系统的容量与安全性研究。
　　《线网络编码》可作为高校通信专业本科高年级的选修教程或者研究生的课程教材，也可作为线通信研究人员的参考书。

作者简介

　　周清峰，博士，合肥工业大学计算机与信息学院教授。2011年在香港科技大学从事香港中文大学网络编码研究院（INC）出资的有关网络编码的博士后工作，2012年在香港城市大学从事有关干扰对齐的博士后工作。2012年10月加入合肥工业大学，获聘“黄山青年学者”特聘教授。现为IEEE会员、中国电子学会会员、安徽省通信学会理事，主持国家自然科学基金面上项目一项、校级教研项目一项。发表论文30余篇，其中包括IEEE JSAC／TWC／TCOM／CL等SCI国际期刊论文10余篇。目前的主要研究方向包括5G关键技术、协作通信、干扰对齐、网络编码以及传感器网络等。
　　
　　张胜利，博士，深圳大学信息工程学院副教授、博士生导师。2002年和2005年获得中国科技大学本科与硕士学位，2008年于香港中文大学讯息工程系获得哲学博士学位。2008年加入深圳大学，工作至今。2006年发表“Physical—layer Network Coding”一文，在国际上首次提出物理层网络编码的概念。2009年获得深圳市地方级领军人才。目前围绕物理层网络编码的各个方向，均有深入研究。

目录

第1章 双向中继信道和网络编码概述
1.1 网络编码在无线中继信道中的应用
1.1.1 链路层网络编码简介
1.1.2 物理层网络编码简介
1.2 双向中继信道的扩展
1.2.1 TWRC并行多中继
1.2.2 TWRC串行多中继
1.2.3 多源节点单中继系统
1.2.4 多节点多天线中继系统
1.2.5 多节点多中继多跳系统
1.3 全书架构与逻辑关系
参考文献

第一部分 链路层网络编码
第2章 简单链路层网络编码算法
2.1 网络编码
2.1.1 同步网络编码
2.1.2 异步网络编码
2.1.3 使用网络编码的双向中继信道速率域、合速率分析
2.2 联合网络编码与叠加编码（INSC）技术
2.2.1 系统模型
2.2.2 INSC机制的分析
2.2.3 不同机制间的比较及仿真
2.3 COPE无线网络编码的实现
2.3.1 无线网络编码COPE简介
2.3.2 COPE重要设计细节
2.3.3 无线网络编码的增益
2.3.4 COPE在一些简单拓扑结构中的实验
2.4 网络扩频码
2.4.1 完全互补序列及应用
2.4.2 网络扩频码
2.4.3 应用实例与讨论
参考文献
第3章 扩展链路层网络编码算法
3.1 信道编码与网络编码联合算法
3.1.1 应用背景
3.1.2 系统模型
3.1.3 直接网络编码
3.1.4 软网络编码
3.1.5 软网络编码的性能分析
3.1.6 软网络编码的性能仿真
3.1.7 相关理论推导
3.2 多天线链路层网络编码算法
3.2.1 多天线双向中继中基于链路层网络编码的重传机制
3.2.2 MIMO双向中继网络
3.2.3 MIMO双向中继网络的网络模拟实现
3.2.4 重传机制的比较分析
3.2.5 MIMO网络编码的双向多跳中继网络硬件原型
3.3 中继选择算法
3.3.1 单中继选择算法
3.3.2 双中继选择算法
3.3.3 中继选择算法的应用
参考文献
第4章 链路层网络编码网络协议分析
4.1 基于网络编码的调度
4.1.1 网络编码与调度的关系
4.1.2 自适应网络编码调度
4.1.3 网络编码与机会调度
4.1.4 MIMO与网络编码联合调度
4.1.5 MIMO与网络编码联合调度的算法分析
4.2 基于网络编码的数据链路层协议设计
4.2.1 网络编码与重传
4.2.2 网络编码在重传中减少时延
4.2.3 网络编码重传次数分析
4.3 基于网络编码的路由层协议设计
4.3.1 集中式编码感知路由
4.3.2 编码感知路由度量
4.3.3 分布式路由协议设计
4.3.4 改进型机会路由协议与网络编码
4.4 基于网络编码的应用层协议设计
4.5 其他课题
4.5.1 可解码包数最大问题
4.5.2 最小转发次数问题
参考文献

第二部分 物理层网络编码
第5章 简单物理层网络编码算法
5.1 PNC简介
5.1.1 传统传输方案（TS方案）
5.1.2 链路层网络编码传输方案（SNC方案）
5.1.3 物理层网络编码
5.2 PNC的理论推广
5.2.1 PNC的分类
5.2.2 有限集合物理层网络编码（PNCF）
5.2.3 无限集合物理层网络编码（PNCI）与PNCF的比较
5.3 影响PNC应用的其他因素
5.3.1 噪声的影响
5.3.2 重传机制的影响
5.3.3 前向纠错及信道编码的影响
5.3.4 同步的影响
5.3.5 信道的影响
5.3.6 网络拓扑的影响
参考文献
第6章 高级物理层网络编码算法
6.1 基于链路信道编码的PNC映射
6.1.1 同步信道编码PNC
6.1.2 异步信道编码PNC
6.1.3 数值结果与讨论
6.2 最优映射PNC
6.2.1 双向中继的两个阶段
6.2.2 映射和星座设计
6.3 盲已知干扰消除算法
6.3.1 系统模型和系统构架
6.3.2 平坦衰落信道中盲已知干扰消除算法
6.3.3 频率选择性衰落信道中的BKIC
6.3.4 性能分析
6.3.5 数字仿真
参考文献
第7章 多天线物理层网络编码
7.1 线性MIMO PNC方案
7.1.1 线性MIMO网络编码模型
7.1.2 线性MIMO PNC检测
7.1.3 误码率性能分析
7.1.4 仿真与数值结果
7.2 PNC信道量化
7.2.1 基于VBLAST的MIMO NC方案
7.2.2 PNC信道量化方案
7.2.3 分集性能分析
7.2.4 仿真结果与讨论
参考文献
第8章 双向中继信道容量
8.1 高斯TWRC信道容量
8.1.1 PNC信息容量的外界
8.1.2 链路到链路的信道编码PNC
8.1.3 在对称TWRC中可达的对称信息率
8.1.4 点到点信道编码的ANC方案
8.2 PNC在安全传输中的应用
8.2.1 系统模型
8.2.2 安全传输信息率
8.2.3 可达安全信息率上限
8.2.4 数值结果与讨论
参考文献
名词索引

前言/序言

《无尽之网：数据传输的隐秘艺术》 在信息爆炸的时代，数据如同奔腾的河流，而网络则是承载这些河流的无数渠道。我们早已习惯了指尖轻触屏幕，便能跨越山海，连接世界。然而，在这看似随手可得的便捷背后，隐藏着一项至关重要的技术，它悄无声息地保障着信息的可靠传输，抵御着各种干扰与损耗，赋予了数据强大的生命力——这就是编码。 《无尽之网：数据传输的隐秘艺术》并非一本枯燥的技术手册，它是一次穿越数据世界奥秘的旅程，一次对信息传递过程中那些不易察觉但至关重要的“隐秘艺术”的深度探索。本书将带领读者，从一个全新的视角，审视我们习以为常的网络连接，揭示隐藏在流畅视频、即时通讯、高清直播背后的智慧结晶。 第一章：信息之舟的启航——数字时代的黎明与困境 在进入编码的精妙世界之前，我们首先需要理解，为何信息传输如此脆弱，为何我们需要如此“费尽心机”。本章将回溯数字通信的早期探索，从电报、电话到早期的计算机网络，描绘出信息传递在不同时代所面临的挑战。我们会看到，信号的衰减、噪声的干扰、传输介质的不完美，都如同暗礁与风暴，随时可能吞噬宝贵的信息。 我们将探讨，为何原始的“零”和“一”在漫长的传输路径上，如此容易被误解，就像一个口齿不清的信使，传递的信息可能面目全非。这种信息的“失真”和“丢失”，在早期通信中是常态，也是束缚技术发展的瓶颈。我们将会看到，那些伟大的通信先驱们，是如何一步步意识到，原始信号本身不足以保证通信的可靠性，从而萌生出“添加冗余”、“改变形态”的想法，为编码的诞生埋下伏笔。 第二章：破译代码的秘密——纠错与纠错的智慧 编码的核心魅力，在于它赋予了信息“自我修复”的能力。本章将深入浅出地介绍编码的基本原理，我们将以通俗易懂的类比，解释“冗余”并非浪费，而是“安全垫”。例如，当我们寄送一份重要文件，除了原件，我们还会多复印几份，以防万一。编码的原理与之类似，它在原始信息中加入一些额外的、经过精心设计的“校验位”或“冗余信息”，这些信息本身并不直接承载原意，却能在接收端帮助判断信息是否出错，甚至在一定程度上“填补”丢失的部分。 我们将重点介绍几种经典的纠错码，例如汉明码（Hamming Code）。读者将了解到，看似简单的异或运算（XOR）如何被巧妙地组合，形成能够检测甚至纠正单比特错误的“魔法”。我们会模拟一个简单的汉明码编码和解码过程，让读者亲身体验，即使在传输过程中出现了一个微小的错误，接收端如何依然能够准确无误地恢复原始信息。 此外，我们还会触及里德-所罗门码（Reed-Solomon Code），这种码在CD、DVD、二维码等领域大放异彩，它擅长处理“突发错误”，就像一次性丢失了信息中的一大段。我们将解释，为何这种能够处理“块状”错误的编码方式，在抗干扰能力极强的场景中如此重要。本书将避免过于抽象的数学推导，而是通过形象的比喻和直观的图示，让读者领略这些码的精妙设计。 第三章：数据的“保险箱”——信源编码与数据压缩的艺术 除了保证信息的“正确性”，编码的另一个重要使命，是让信息“更有效率”。试想一下，如果一份文件占用的空间越大，传输所需的时间就越长，成本也就越高。信源编码，也称为数据压缩，正是为了解决这个问题而生。本章将揭示，如何通过“移除冗余”，让数据变得更“苗条”，却不丢失关键信息。 我们将介绍霍夫曼编码（Huffman Coding），这种基于频率的编码方式，能够为出现频率高的信息赋予更短的编码，而将低频信息分配更长的编码，从而实现整体压缩。我们会用一个简单的例子，展示如何构建一棵霍夫曼树，以及如何根据这棵树生成最优编码。读者将明白，为何我们看到的文本文件、图片、音频和视频，在存储和传输时，都可以变得如此“轻巧”。 我们还会简要提及香农熵（Shannon Entropy）的概念，它为数据压缩设定了理论上的极限，让读者对压缩的“度”有一个更清晰的认识。我们会强调，数据压缩并非“魔术”，它是在信息论的指导下，对数据统计特性进行充分利用的结果。 第四章：从“单打独斗”到“协同作战”——信道编码的演进与网络编码的曙光 当我们掌握了保证信息“正确”和“高效”的编码技术后，自然会思考：如何在更复杂的环境中，进一步提升信息传输的效率和可靠性？本章将带领读者，从传统的信道编码，一步步走向更加前沿的网络编码。 我们将回顾卷积码（Convolutional Codes）和Turbo码（Turbo Codes）等迭代编码技术，它们通过多次迭代处理，能够逼近香农限，大幅提升通信系统的性能。我们会解释，为何这种“反复打磨”的编码方式，在现代高速通信中如此重要。 随后，本书的亮点将逐渐显现——网络编码（Network Coding）。许多读者可能对传统的端到端编码有所了解，即信息从发送端编码，经过中间节点（如路由器），再由接收端解码。然而，当网络变得日益复杂，节点数量增多，通信路径更加多样时，这种方式的效率便会受到限制。 网络编码的革命性之处在于，它允许中间节点对收到的信息进行“混合”和“重新编码”，而不仅仅是简单的转发。本章将用生动的例子，解释这一概念。想象一下，一个简单的网络中有多个数据源和多个接收点，如果每个发送端都独立地发送信息，那么在某些节点，数据会堆积如流，而在另一些节点，则可能因为路径阻塞而无法获得足够的信息。 网络编码的引入，就像是在网络的每个路口都有一个聪明的“调度员”。这些调度员并不只是简单地指挥交通，而是能够将不同方向来的车辆（数据包）进行“混合”和“重新打包”，然后以一种更有效的方式疏导出去。例如，在一个有多路输入、多路输出的网络中，通过随机线性网络编码，每个发送端只需发送一份信息，而通过组合，接收端就能以极高的概率获取到所有发送端的信息，这大大减少了所需的传输量，提高了网络的吞吐量。 第五章：编织未来的数据之网——网络编码的应用与展望 网络编码并非纸上谈兵，它已经在现实世界中展现出巨大的潜力。本章将探讨网络编码在各个领域的实际应用。 我们将详细介绍网络编码如何在多播（Multicast）场景中发挥巨大作用。多播是指将一份数据同时发送给多个接收者，例如视频直播、软件更新等。传统的单播（Unicast）方式，如果一对一地发送，效率极低。即使采用多播技术，也可能因为网络拓扑的复杂性而效率不高。网络编码能够巧妙地设计编码方案，使得即使部分数据包在传输过程中丢失，接收者依然能够通过接收到的其他编码后的数据包，推导出丢失的信息，从而实现高效、可靠的多播。 此外，我们还将探讨网络编码在分布式存储（Distributed Storage）、无线传感器网络（Wireless Sensor Networks）、内容分发网络（Content Delivery Networks, CDN）等场景中的应用。在这些场景下，信息的可靠性和效率都至关重要，而网络编码提供了一种全新的、更优化的解决方案。 最后，本章将展望网络编码的未来发展。随着5G、6G以及物联网技术的飞速发展，网络将变得更加庞大、复杂且动态。网络编码将在此类环境中扮演越来越重要的角色，它有望彻底改变我们对信息传输效率和可靠性的认知，为构建一个更加智能、互联的未来世界提供强大的技术支撑。 《无尽之网：数据传输的隐秘艺术》将是一次引人入胜的探索，它将带领读者告别对网络连接的“理所当然”，深入理解那些默默守护信息畅通的伟大智慧。通过阅读本书，您将不仅仅了解编码技术，更能感受到信息科学的魅力，以及人类在解决信息传输难题上所展现出的非凡创造力。这是一本适合对信息科学、通信技术感兴趣的任何人士阅读的书籍，它将以清晰、生动的语言，为您揭示数据传输背后那令人惊叹的“隐秘艺术”。

评分☆☆☆☆☆

最近手捧的这本巨著，简直是为我量身定做的，让我对网络通信的理解跃升到了一个新的高度。作者的笔触犹如涓涓细流，将看似遥不可及的理论，以一种极其自然、流畅的方式呈现出来。初读之下，我被书中描绘的“网络世界的语言”所吸引，那些编码的精妙之处，如同隐藏在数字洪流中的艺术品，令人叹为观止。书中大量的实例分析，更是将理论与实践完美地结合，让我能够身临其境地感受到编码在现实世界中的巨大作用。无论是移动通信的稳定，还是数据传输的效率，都离不开这些“幕后英雄”的默默付出。我尤其喜欢作者对于“信息冗余”的独特视角，他将其升华为一种“以退为进”的策略，这种颠覆性的思考方式，让我对“浪费”有了全新的认识。阅读此书的过程，对我来说，是一种智力上的愉悦，也是一次心灵上的洗礼，仿佛打开了一个全新的认知维度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直是我在技术海洋中航行时遇到的一盏明灯。它以一种我从未想过的方式，将那些原本抽象、晦涩的通信理论变得如此生动有趣。读这本书的过程，就像是在参与一场精密的解谜游戏，作者巧妙地设置了一个又一个的“谜题”，然后用清晰的逻辑和巧妙的论证，带领读者一步步找到答案。我最喜欢的一点是，书中并没有将读者置于一个被动的学习者角色，而是鼓励我们去思考，去推导，去感受编码的魅力。作者经常会设置一些“思考题”，引导我们从不同的角度审视问题，这让我感觉自己不仅仅是在阅读，更像是在与作者一起进行一场思想的碰撞。书中的图示也十分精美，每一个图都准确地传达了复杂的信息，避免了枯燥的文字描述，让抽象的概念可视化，这对于我这种视觉型学习者来说，简直是福音。总而言之，这是一本能够点燃你的求知欲，并且让你在阅读过程中不断产生“原来如此”的惊喜的书籍。

评分☆☆☆☆☆

一本我近期非常喜欢并投入了大量时间的读物，它深入浅出地探讨了信息在网络中传输的奥秘，尤其是在资源受限或存在干扰的环境下，如何高效、可靠地传递数据。作者的叙述方式非常引人入胜，他并没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是从一个非常直观的例子切入，比如大家熟悉的“丢包”问题，让我们能立刻感受到传统传输方式的局限性。接着，他层层剥茧，逐步引入了编码的概念，并且非常细致地解释了不同编码方案的原理和优劣。我特别欣赏的是书中对于编码“智慧”的描绘，它不再是简单的比特流堆砌，而是蕴含着精妙的设计，能够让接收方在接收到不完整信息的情况下，依然能够重构出原始数据，这种“化腐朽为神奇”的力量，确实令人惊叹。书中的案例分析也很到位，结合了实际的网络应用场景，让我们能够更清晰地理解理论知识的实践价值。虽然我不是专业出身，但通过这本书，我感觉自己对网络通信的底层逻辑有了前所未有的认识，也更加理解了为什么我们日常使用的网络能够如此稳定可靠。

评分☆☆☆☆☆

这本作品给我带来的启发是全方位的，它不仅仅是关于技术，更是一种看待问题的方式。作者在书中展现了他对网络通信领域深刻的理解和独到的见解，并且能够用非常平易近人的语言将这些复杂的概念传达给读者。我尤其欣赏书中对于“冗余”的重新定义，它不再是简单的浪费，而是智慧的体现，是应对不确定性的强大武器。书中对不同编码技术的对比分析，也让我对“权衡”这一概念有了更深的体会，没有绝对最优的方案，只有最适合特定场景的解决方案。我读这本书的时候，常常会停下来，结合自己过去的一些工作经历去思考，这本书中的理论是如何解释或指导我当时遇到的问题。这种融会贯通的感觉，让我觉得这本书的价值远超于简单的知识传授，它更像是一种思维的训练，一种解决问题的工具箱。这本书也让我意识到，在信息爆炸的时代，掌握高效、可靠的信息传递方法是多么重要。

评分☆☆☆☆☆

这本让我爱不释手的读物，为我打开了一扇通往信息传输新世界的大门。作者凭借其深厚的学术功底和卓越的写作能力，将网络编码这个略显枯燥的领域，描绘得生动形象，引人入胜。书中对于信息在复杂网络环境下的“生存之道”的探讨，让我看到了通信技术的智慧与韧性。我沉醉于作者对各种编码技术原理的深入剖析，它们如同精密的算法，确保了数据在传输过程中的完整与安全，即使面对“险阻”，也能化险为夷。书中的图文并茂，将抽象的概念具象化，仿佛带领我穿梭于数据流的脉络之中，亲身感受编码的神奇力量。尤其是对“纠错码”的阐述，让我惊叹于人类的智慧，能够通过增加一定的“额外信息”，在信息丢失或损坏时，依然能够还原真相。这本书不仅增长了我的知识，更重要的是，它塑造了我对信息传递的全新认知，让我对支撑我们现代生活的信息网络有了更深的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

传统的通信网络传送数据的方式是存储转发，即除了数据的发送节点和接收节点以外的节点只负责路由，而不对数据内容做任何处理，中间节点扮演着转发器的角色。长期以来，人们普遍认为在中间节点上对传输的数据进行加工不会产生任何收益，然而R Ahlswede等人[1]于2000年提出的网络编码理论彻底推翻了这种传统观点。

评分☆☆☆☆☆

“在你做这种数据包的混合时，其本身就具备了数据隐藏的性能。”Medard说。“比如有两个位组A和B，对两个位组执行xor操作，从得出的结果中哪个位组的数据你都看不到。你可能知道其中的某些位的值，但你却不可能还原出A位组的数据，除非你完全知道B位组的数据。”

评分☆☆☆☆☆

Medard说，她和其他研究人员一起正在考虑解决这些问题的办法，继续探索改进网络的各种途径，以便让网络成为人类社会不可或缺的组成部分。

评分☆☆☆☆☆

她说，网络编码技术还能在P2P传输中检测恶意“污染”攻击，并纠正错误。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

网络编码技术自七年前诞生以来，可以说基本上藏身于各大学和实验室中而鲜为人知。这是一种编码算法，支持者们声称它可以将现有的网络吞吐量提高一倍，同时还能改善网络的可靠性和防范攻击的能力。网络编码技术最热心的支持者们说，该技术将会引发网络的下一代革命；其他人则认为，网络编码技术更有可能会潜移默化地改变目前基于路由的网络架构。

评分☆☆☆☆☆

研究人员承认，窃听方式与xor位流概念的混合可能会引发对安全性的担忧。

评分☆☆☆☆☆

Medard说，她和其他研究人员一起正在考虑解决这些问题的办法，继续探索改进网络的各种途径，以便让网络成为人类社会不可或缺的组成部分。

评分☆☆☆☆☆

当然，还需要做大量的工作，以便确定网络编码对于安全的影响。至于网络编码能否在互联网这种共享基础设施中最终取代路由器，也同样还需要解决很多问题才行。比如说，客户必须知道，当信息在共享网络中不能够进行混合的时候该如何实施网络编码；他们还需要注意网络编码在有线和无线基础设施中的细微差别；而业界必须能够找出某种办法，当运营商把不同客户的不同流量相互混合时，客户到底应该如何付费。