水声网络跨层设计中的信道-网络联合编码技术研究

For the energy and bandwidth severely limited underwater acoustic networks (UWANs), cross-layer design can effectively utilize the scarce resources in such special environment as underwater acoustic channels aiming to ensure the optimal functionality of the system. From the perspective of coding during the cross-layer design for UWANs, how to do the integrated design for channel coding in physical (PHY) layer, automatic repeat request (ARQ) in data link control (DLC) layer, as well as the network coding among data frames/blocks in network layer, is a cutting-edge issue needed urgently resolve, which can overcome the disadvantages of the non-optimum and the inflexibility of the traditional layering network design. In this project, a novel cross-layer design in UWANs, based on rate-compatible low density parity check (RC-LDPC) codes, will be developed via exploiting the capabilities of joint channel-network coding. Two key issues will be addressed in this project. First, a joint coding control strategy will be presented for UWANs, combining the hybrid automatic repeat request (HARQ) protocols at the DLC layer with the adaptive modulation and coding (AMC) strategies at the PHY layer, which can adapt to the dynamic changes of the underwater acoustic channel signal. Second, the strategy of network coding among multiple UWAN nodes will be investigated, utilizing dynamic joint channel-network coding to seek the optimization of channel resource and improvement of network performance.

对于能量和频带严重受限的水声网络，跨层设计能有效利用水声信道稀少的可用资源，使系统运行在最佳模式下。在跨层设计的水声网络中，如何从信息编码的角度，综合设计物理层、数据链路层的信道编码与自动重发请求控制，以及网络层的网络编码，克服分层编码中非最优和不灵活的缺点，是水声网络当前亟需解决的关键问题。 项目首次在跨层设计的水声网络中，基于嵌套式的码率兼容低密度奇偶校验码(RC-LDPC)，提出一种水声网络中的信道-网络联合编码技术。该技术采用双层RC-LDPC码，巧妙地利用迭代译码时物理层和网络层的信息互递特性，以提高系统性能。项目将解决两个关键问题：一是设计适合于物理层自动调制编码（AMC）与数据链路层混合自动重发请求（HARQ）的联合编码与控制方案，使之适应水声信道大动态时-频变化特性；二是研究水声网络多个节点间的网络编码,采用动态信道-网络联合编码方式，寻求信道资源优化和网络性能的提高。

对于能量和频带严重受限的水声网络，跨层设计能有效利用水声信道稀少的可用资源，使系统运行在最佳模式下。在跨层设计的水声网络中，如何从信息编码的角度，综合设计物理层、数据链路层的信道编码与自动重发请求控制，以及网络层的网络编码，克服分层编码中非最优和不灵活的缺点，是水声网络当前亟需解决的关键问题。.项目首次在跨层设计的水声网络中，基于嵌套式的码率兼容低密度奇偶校验码(RC-LDPC)，提出一种水声网络中的信道-网络联合编码技术。该技术采用双层RC-LDPC 码，巧妙地利用迭代译码时物理层和网络层的信息互递特性；提出了一种基于控制通道和数据通道的双通道水声网络跨层模型，提高l了系统的性能。项目解决了两个关键问题：1 设计了适合于物理层自动调制编码（AMC）与数据链路层混合自动重发请求（HARQ）的联合编码与控制方案，提出了基于OFDM的动态编码协作(DCC)技术，使之适应水声信道大动态时-频变化特性；2 研究了水声网络多个节点间的网络编码，提出了采用选择性中继协作、动态网络编码协作和动态网络—信道联合编码协作三种方案实现网络编码协作，解决了非对称分布网络中的编码协作问题，提高了数据搜集效率。