Ảnh hưởng của mã mạng lớp vật lý tới dung lượng kênh trong mạng OFDM

Ảnh hưởng của mã mạng lớp vật lý tới dung lượng kênh trong mạng OFDM Nguyễn Việt Đức Trường đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử - viễn thông: 60 52 02 03 Người hướng dẫn : TS. Đinh Triều Dương Năm bảo vệ: 2013 72 tr . Abstract. Giới thiệu tổng quan về mạng không dây, mã hóa mạng và mã hóa mạng lớp vật lý; kiến trúc, các vấn đề gặp phải và lợi ích của mã mạng; mã mạng lớp vật lý và các vấn đề gặp phải khi áp dụng mã mạng lớp vật lý vào trong thực tế. Giới thiệu mạng di động không dây adhoc dựa trên OFDM: đặc điểm và ứng dụng của mạng không dây adhoc; mô tả kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM và các ưu điểm khi sử dụng OFDM trong mạng Adhoc. Trình bày ảnh hưởng của mã mạng lớp vật lý tới dung lượng kênh: giới thiệu về dung lượng kênh trong mạng không dây; phân tích dung lượng kênh trong các mạng không dây theo các mô hình: Truyền thống, mã mạng, và mã mạng lớp vật lý; giải quyết các vấn đề với dung lượng kênh trong mạng 1 chiều, mạng 2 chiều. Kết quả đạt được: Với mã mạng lớp vật lý, dung lượng kênh được cải thiện dung lượng kênh khi truyền trong mạng không dây di động. Sử dụng mã mạng lớp vật lý cho độ trễ khi truyền thấp hơn và tính bảo mật cao hơn so với các mô hình truyền dẫn theo lưu lượng và mã mạng Keywords. Mạng lớp vật lý; Mạng không dây; Dung lượng kênh; Mã mạng Content. Mã mạng lớp vật lý là một công nghệ mới và đã được nghiên cứu trong rất nhiều công trình nghiên cứu. Trong mô hình sử dụng mã mạng lớp vật lý, hệ thống có thể cải thiện dung lượng kênh, giảm độ trễ và bảo mật dữ liệu. Mục đích của luận văn là xem xét khả năng ứng dụng mã mạng lớp vật lý trong mạng di động adhoc không dây (MANET). Đặc biệt luận văn tập trung vào dung lượng kênh của mạng MANET sử dụng OFDM. Nội dung nghiên cứu trên mạng MANET sử dụng mã mạng lớp vật lý, dung lượng kênh sẽ bị ảnh hưởng thế nào, và so sánh với các nghiên cứu trước đây để đưa ra giới hạn chặt hơn. Luận văn so sánh dung lượng của mạng MANET truyền theo lưu lượng, mạng MANET sử dụng mã mạng, và mạng MANET sử dụng mã mạng lớp vật lý. Các nghiên cứu theo tính toán và mô phỏng đã chỉ ra rằng trong mạng MANET sử dụng mã mạng lớp vật lý dung lượng kênh truyền có thể cải thiện, ngoài ra khi sử dụng mã mạng lớp vật lý cho độ trễ giảm và tăng cường bảo mật. Luận văn chỉ ra rằng với mạng MANET dùng mã mạng lớp vật lý, dung lượng kênh được cải thiện so với các mạng MANET truyền dẫn theo lưu lượng và mạng MANET sử dụng mã mạng lớp mạng. Kết luận trong luận văn là mạng MANET sử dụng mã mạng lớp vật lý là một lựa chọn tốt để truyền thông tin qua mạng di động không dây Adhoc. Đặc biệt khi mạng sử dụng công nghệ điều chế ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM. Nội dung bố cục của luận văn như sau: Chương 1: Tổng quan chung. Giới thiệu tổng quan về mạng không dây, mã hóa mạng và mã hóa mạng lớp vật lý. Mục 1.1 giới thiệu tổng quan mạng không dây. Mục 1.2 nói về mã hóa mạng. Tổng quan kiến trúc, các vấn đề gặp phải và lợi ích của mã mạng. Mục 1.3 thảo luận kiến trúc và cách xây dựng mạng lưới không dây hiện tại. Mục 1.4 tập trung vào mã mạng lớp vật lý và các vấn đề gặp phải khi áp dụng mã mạng lớp vật lý vào trong thực tế. Chương 2: Mạng di động không dây adhoc dựa trên OFDM. Giới thiệu mạng không dây adhoc. Đặc điểm và ứng dụng của mạng không dây adhoc. Đồng thời luận văn cũng mô tả kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM và các ưu điểm khi sử dụng OFDM trong mạng Adhoc. Chương 3: Ảnh hưởng của mã mạng lớp vật lý tới dung lượng kênh. Đầu tiên chương giới thiệu về dung lượng kênh trong mạng không dây. Tiếp đó chương phân tích dung lượng kênh trong các mạng MANET: Truyền thống, sử dụng mã mạng lớp mạng, và sử dụng mã mạng lớp vật lý. Chương này sẽ giải quyết các vấn đề với dung lượng kênh trong mạng MANET một chiều, mạng hai chiều và có những đóng góp dưới đây: + Phân tích dung lượng mạng MANET một chiều. Chương này trình bày dung lượng của hệ thống trong không gian một chiều và đưa ra các kết quả về dung lượng kênh trong các trường hợp mạng MANET truyền theo lưu lượng, sử dụng mã mạng, và sử dụng mã mạng lớp vật lý. Dựa vào kết quả cho ta thấy với cùng một điều kiện truyền thông như nhau, mạng MANET dùng mã mạng lớp vật lý có thể cải thiện dung lượng kênh truyền. Ngoài ra với mã mạng lớp vật lý, độ trễ và tính bảo mật được nâng cao. + Phân tích dung lượng kênh không dây ngẫu nhiên trong không gian 2 chiều. Giới hạn dung lượng kênh của mạng MANET truyền theo lưu lượng, mạng MANET sử dụng mã mạng lớp mạng và mạng MANET sử dụng mã mạng lớp vật lý. Xác định giới hạn trên, giới hạn dưới theo 3 mô hình đó + Đánh giá kết quả thu được. Kết quả này được tóm tắt như sau: - Khi sử dụng mã mạng lớp vật lý, dung lượng kênh được cải thiện khi truyền trong mạng MANET. - Sử dụng mã mạng lớp vật lý cho độ trễ tín hiệu truyền thấp hơn và tính bảo mật cao hơn so với các mô hình mạng MANET truyền theo lưu lượng và mạng MANET sử dụng mã mạng. TI LIU THAM KHẢO Tiê ́ ng Anh [1] R. Ahlswede, N. Cai, S Y. R. Li, and R. W. Yeung, “Network Information Flow”, (IEEE Transactions on Information Theory, IT-46, pp. 1204-1216, 2000) [2] T. Ho, M. Medard, R. Koetter, D. Karger, M. Effros, J. Shi, and B. Leong (2006), “A random linear network coding approach to multicast”, IEEE Transactions on Information Theory, 52(10):4413–4430. [3] R. Ahlswede, N. Cai, S Y. R. Li, and R. W. Yeung (2000), “Network information flow”, IEEE Trans. Inform. Theory, Vol. 46 (4), pp. 1204-1216 [4] I. C. S. L. M. S. Committee (1997), “Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications”, IEEE Std. 802.11, New York [5] J. Bicket (2005), Bit-rate selection in wireless networks, Master’s thesis, Massachusetts Institute of Technology. [6] V. Bharghavan, A. J. Demers, S. Shenker, and L. Zhang. MACAW (1994), “A media access protocol for wireless LAN’s ”, In ACM SIGCOMM. [7] A. Tsirigos and Z. Haas (2004), “Analysis of multipath routing, part 2: Mitigation of the effects of frequently changing network topologies”, IEEE Transactions on Wireless Communications, 3(2):500–511. [8] S. Biswas and R. Morris (2005), “Opportunistic routing in multi-hop wireless networks”, In ACM SIGCOMM, Philadelphia, PA, USA. [9] S. Chachulski, M. Jennings, S. Katti, and D. Katabi (2007), “Trading structure for randomness in wireless opportunistic routing”,ACM SIGCOMM, Kyoto, Japan. [10] H. Balakrishnan, V. Padmanabhan, S. Seshan, and R. Katz (1997), “A comparison of mechanisms for improving TCP performance over wireless links”, IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(6):756–769. [11] S. Zhang, S. C. Liew, P. P. Lam, “Hot Topic: Physical-layer Network Coding,” ACM MobiCom ’06, pp. 358-365, Sept. 2006 [12] P. Gupta and P. Kumar, “The capacity of wireless networks,” Information Theory, IEEE Transactions on, vol. 46, no. 2, pp. 388–404, 2000. [13] S. Toumpis and A. Goldsmith, “Large wireless networks under fading, mobility, and delay constraints,” in IEEE INFOCOM 2004, vol. 1, 2004 [14] L. Xie and P. Kumar, “A network information theory for wireless communication: scaling laws and optimal operation,” Information Theory, IEEE Transactions on, vol. 50, no. 5, pp. 748–767, 2004 [15] J. Liu, D. Goeckel, and D. Towsley, “Bounds on the gain of network coding and broadcasting in wireless networks,” in IEEE INFOCOM 2007, 2007 [16] _____, “Bounds on the gain of network coding and broadcasting in wireless networks,” University of Massachusetts, Amherst, Tech. Rep., 2007 [17] S. Zhang, S. C. Liew, and P. K. Lam, “Physical layer network coding,” in MobiCom ’06: Proceedings of the 12th annual international conference on Mobile computing and networking. New York, NY, USA: ACM, 2006, pp. 358–365 [18] S. Katti, I. Maric, A. Goldsmith, D. Katabi, and M. M. Joint, “Relaying and network coding in wireless networks,” in Proc. IEEE ISIT 2007, Nice, France, 2007 [19] S. Fu, K. Lu, Y. Qian, and M. Varanasi, “Cooperative network coding for wireless ad-hoc networks,” in Proc. IEEE Globecom 2007, 2007 [20] J. Byers, M. Luby, and M. Mitzenmacher (2002), “A digital fountain approach to asynchronous reliable multicast”, IEEE Journal on Selected Areas of Communications, 20(8):1528–1540. [21] J. Liu, D. Goeckel, and D. Towsley, “The throughput order of ad hoc networks employing network coding and broadcasting,” in MILCOM, 2006 [22] J. Byers, M. Luby, and M. Mitzenmacher (2002), “A digital fountain approach to asynchronous reliable multicast”, IEEE Journal on Selected Areas of Communications, 20(8):1528–1540. [23] Raymond W. Yeung, “Information Theory and Network Coding”, The Chinese University of Hong Kong - Springer, August 2008, 604 pp., US$ 64.95, ISBN 978-0-387-79233-0 [24] Soung Chang Liew, Shengli Zhang, Lu Lu, “Physical-Layer Network Coding: Tutorial, Survey, and Beyond”, Department of Information Engineering, The Chinese University of Hong Kong, Department of Communication Engineering, Shenzhen University, China [25] R. Motwani and P. Raghavan, “Randomized algorithms”, Cambridge University Press, 1995. [26] Shengli Fu, Yi Qian and Hsiao-Hwa Chen, "On capacity of random wireless networks with physical-layer network coding" , Selected Areas in Communications, IEEE Journal on (Volume:27 , Issue: 5 ), p.763 - 772, ISSN :0733-8716, INSPEC Accession Number:10704355, Digital Object Identifier: 10.1109/JSAC.2009.090616, June 2009 [27] Kejie Lu, Shengli Fu and Yi Qian, "Capacity of Random Wireless Networks: Impact of Physical-Layer Network Coding", Communications, 2008. ICC '08. IEEE International Conference, p.3903 - 3907, E-ISBN:978-1-4244-2075-9, May 2008 [28] R.W. Yeung, S Y.R. Li, N. Cai, and Z. Zhang, “Network Coding Theory” ISBN: 1-933019-24-7, PO Box 1024, Hanover, MA 02339, 2006 [29] M. Vutukuru, K. Jamieson, and H. Balakrishnan (2008), “Harnessing exposed terminals in wireless networks”, In 5th USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation, San Francisco, CA. [30] R. Choudhury, X. Yang, R. Ramanathan, and N. Vaidya (2006), “On designing MAC protocols for wireless networks using directional antennas”, IEEE Transactions on Mobile Communications, 5(5):477–491. [31] E S. Jung and N. H. Vaidya (2002), “A power control MAC protocol for ad hoc networks”, In 8th Annual International Conference on Mobile computing and Networking, pages 36–47, Atlanta, Georgia, USA. [32] Lu Lu, Taotao Wang, Soung Chang Liew, Shengli Zhang “Implementation of physical-layer network coding”, Communications (ICC), 2012 IEEE International Conference, page 4734 – 4740, E-ISBN :978-1-4577-2051-2, June 2012 . thống, mã mạng, và mã mạng lớp vật lý; giải quyết các vấn đề với dung lượng kênh trong mạng 1 chiều, mạng 2 chiều. Kết quả đạt được: Với mã mạng lớp vật lý, dung lượng kênh được cải thiện dung lượng. trong mạng Adhoc. Trình bày ảnh hưởng của mã mạng lớp vật lý tới dung lượng kênh: giới thiệu về dung lượng kênh trong mạng không dây; phân tích dung lượng kênh trong các mạng không dây theo các. về mạng không dây, mã hóa mạng và mã hóa mạng lớp vật lý; kiến trúc, các vấn đề gặp phải và lợi ích của mã mạng; mã mạng lớp vật lý và các vấn đề gặp phải khi áp dụng mã mạng lớp vật lý vào trong