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Thèse Année : 2012

Network Coding for Cooperative Wireless Sensor Networks based on Turbo Product Codes

Le codage distribué pour un réseau de capteurs sans-fil basé sur les turbo codes en bloc

Résumé

This thesis studies the performance of the multi-source relay cooperative network where the linear algebraic Network Coding is applied at the relay. We work in the wireless sensor network context. We consider a cooperative coding scheme based on turbo product codes where a number of sensors transmit to a same destination with the help of a relay. In the proposed scheme, the relay applies algebraic systematic Network Coding (a systematic linear block code) to the detected source codewords and forwards only the additional redundancy to the destination where an overall product codeword is observed. Firstly, we focus on the time-division multiple-access (TDMA) cooperation scheme and we suppose a noisy source-relay channel. We analyze the theoretical error probabilities at the relay input and output for different relay strategies. We also establish a theoretical frame error probability bound for the proposed cooperative network in the case of soft decoding at the relay. Then we investigate the relay error mitigation at the destination using the log-likelihood ratio limitation. We evaluate the multi-relay cooperation to deal with the error correlation in the relay-generated redundancy. Different cooperation schemes (single or multi-relay cooperation using different relay strategies) are compared. We show that the source-relay link is the network bottleneck. Then we evaluate the network capacity in the short code-length regime. Lastly, we study the code-division multiple-access (CDMA) based relay cooperation where the relay signal is superposed with the source signals in the same radio-frequency band. To simply the analysis, we suppose an error-free source-relay channel. In order to reduce the mutual interference, we propose a turbo decoding procedure with interference cancelation. We formulate two kinds of CDMA-based cooperation: TDMA-CDMA and FDMA-CDMA. The optimized energy allocation between the sources and relay is evaluated through simulations.
Cette thèse étudie les performances d'un réseau de capteurs sans-fil coopératif, basé sur un codage réseau algébrique linéaire appliqué au relais. On considère un schéma coopératif basé sur le code produit en bloc où un grand nombre de sources transmettent des données indépendantes codées par un premier code en bloc vers un seul destinataire avec l'aide du relais. Dans ce schéma, le relais applique le codage réseau algébrique linéaire en utilisant un code correcteur d'erreur systématique linéaire en bloc sur les mots de code source détectés par le relais. Seule, la redondance générée par le relais est transférée vers le destinataire. Le destinataire observe un mot de code produit en bloc en combinant les observations des sources et du relais. Premièrement, on aborde la coopération en mode time-division multiple-access (TDMA) et suppose un canal source-relais bruité. On analyse les probabilités théoriques à l'entrée et à la sortie du relais pour différente stratégies de détection au relais. On établit aussi une borne théorique sur la probabilité d'erreur de trame pour le schéma coopératif proposé. Puis on évalue la coopération multi-relais afin de traiter la corrélation des erreurs dans la redondance générée par le relais. Différents configurations de coopération (mono ou multi-relais avec différentes stratégies au relais) sont comparées. On montre que la liaison source-relais est le maillon faible du réseau. On évalue ensuite la capacité du réseau sous la condition de taille finie du code. Ensuite, on étudie la coopération basée sur la technique code-division multiple-access (CDMA) appliqué au relais de telle sorte que le signal du relais est avec ceux des sources dans la même bande de fréquence radio. Pour simplifier l'analyse, on suppose un canal source-relais sans erreur. On propose une procédure de décodage itératif avec la neutralisation de l'interférence. On formule deux cas de coopération basé sur CDMA: TDMA-CDMA avec répartition orthogonale dans le temps entre les sources et FDMA-CDMA avec allocation de sous-bandes de fréquence disjointes pour les sources. Le ratio d'allocation d'énergie entre les sources et le relais est évalué en utilisant les simulations.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-00777396 , version 1 (17-01-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00777396 , version 1

Citer

Yizhi Yin. Network Coding for Cooperative Wireless Sensor Networks based on Turbo Product Codes. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Télécom Bretagne, Université de Rennes 1, 2012. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00777396⟩
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