基于網(wǎng)絡(luò)編碼的子空間碼和分布式存儲系統(tǒng)相關(guān)問題研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)編碼作為通信理論中一個新興技術(shù)，其通過網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點編碼的方法，顯著地改善了傳統(tǒng)路由存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式下的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，開創(chuàng)了一個全新的研究領(lǐng)域。特別是隨機網(wǎng)絡(luò)編碼的提出，為網(wǎng)絡(luò)編碼的工程應(yīng)用提供了有力的工具。隨機網(wǎng)絡(luò)編碼允許中間節(jié)點在有限域中獨立隨機地選取編碼系數(shù)，當(dāng)所使用的有限域足夠大時，信宿節(jié)點可以以非常大的概率成功譯碼。而實際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)是一個非常開放的環(huán)境，其間存在著各種各樣的干擾，鏈路和節(jié)點的故障以及惡意攻擊等威脅。這種復(fù)雜的環(huán)

2、境對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃蕴岢隽颂魬?zhàn)，因此，研究網(wǎng)絡(luò)編碼中的差錯控制和傳輸中的安全對于網(wǎng)絡(luò)編碼的工程應(yīng)用有非常重要的理論和實踐意義。本文以網(wǎng)絡(luò)編碼理論為主線，首先研究了在非相干網(wǎng)絡(luò)模型下的網(wǎng)絡(luò)糾錯編碼的問題，然后研究了網(wǎng)絡(luò)編碼的一個實際應(yīng)用，分布式存儲系統(tǒng)及再生碼的構(gòu)造問題，最后研究了分布式存儲系統(tǒng)中可能會出現(xiàn)的數(shù)據(jù)完整性和節(jié)點隱私保護的問題。針對這些問題，做了深入的研究并取得一定的成果。
　　本研究分為三個部分：第一部分：研究在非相干

3、網(wǎng)絡(luò)模型下的糾錯問題。首先建立了一個基于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的實時媒體分發(fā)系統(tǒng)的模型，其中信源節(jié)點向信宿節(jié)點廣播消息，信宿節(jié)點由于其接入網(wǎng)絡(luò)的方式不同，擁有著各不相同的鏈路容量。定義了在這樣的模型中存在錯誤和擦除的網(wǎng)絡(luò)糾錯編碼為廣播網(wǎng)絡(luò)糾錯碼，同時給出了廣播網(wǎng)絡(luò)糾錯碼的糾錯能力及碼率等相關(guān)參數(shù)的定義。隨后使用組合數(shù)學(xué)中的概念和方法，得到了廣播網(wǎng)絡(luò)糾錯碼的速率區(qū)域外界，并且使用疊加編碼方法給出了碼的構(gòu)造，證明了構(gòu)造中使用K-K碼時廣播網(wǎng)絡(luò)糾錯碼的

4、速率可以漸近地達到所提出的外界，因此所提出的外界即為可達速率區(qū)域。最后在前面給出的構(gòu)造方法中使用q類似Steiner結(jié)構(gòu)，證明了廣播網(wǎng)絡(luò)糾錯碼的速率在所提出外界的某些點上精確可達。盡管使用K-K碼時要求域的大小充分大，并且使用q類似Steiner結(jié)構(gòu)時外界可達的點比較有限，這一部分中給出的可達速率區(qū)域和碼的構(gòu)造仍有一定的理論和現(xiàn)實意義。第二部分：研究網(wǎng)絡(luò)編碼的一個實際應(yīng)用，分布式存儲系統(tǒng)及再生碼。首先通過組合設(shè)計的方法給出了修復(fù)一個故障

5、節(jié)點的最小帶寬再生碼的構(gòu)造，然后使用同樣的構(gòu)造方法構(gòu)造出同時修復(fù)多個故障節(jié)點的最小帶寬再生碼，并且分析了多個節(jié)點故障時再生碼的性能。所提出的組合設(shè)計的方法結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)造的碼具有非常好的結(jié)構(gòu)性。修復(fù)多個故障節(jié)點時，碼具有很好的局部修復(fù)性，即連接較少的存活節(jié)點就可以修復(fù)故障節(jié)點，同時還具有較好的靈活性，即修復(fù)過程可以有多種可用的連接方式進行選擇，這些優(yōu)點使得其在工程中非常實用。第三部分：考慮分布式存儲系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的安全問題，因其所處的環(huán)境的開