بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله انتقال دادههاي تصویري در شبکه با استفاده ار کدینگ شبکه مطرح میگردد. با توجه به خاصیت همهپخشی انتقالهاي بیسیم، میتوان انتقال و کدینگ شبکه را در لایهي فیزیکی انجام داد. ولی با توجه به مشکلاتی که در این نوع کدینگ ایجاد میگردد و حساسیت بیشتر نسبت به نویز کانال، از یک کدینگ تصحیح خطاي مناسب استفاده میشود.
استفاده از کدینگ تصحیح خطا در این حالت کمی با سیستمهاي معمولی فرق خواهد داشت و شرایط ویژهاي دارد. از جمله اینکه، اندازهي میدان گالواي مورد استفاده باید عدد اول باشد. بلوك دیاگرام مربوط به سیستم FEC براي استفاده از کد کانال تصحیح خطا نیز کمی متفاوت خواهد بود که در این مقاله نشان داده میشود. یک الگوریتم مناسب براي ایجاد نوع کدشبکه و زمانبندي ارسال در شبکه مطرح میشود. این الگوریتم از ویژگی لایهاي بودن اطلاعات تصویري بهره میگیرد تا کیفیت تصاویر انتقال داده شده، علاوه بر throughput، مد نظر قرار گیرند. در نهایت شبیهسازيها بهبود کیفیت و همچنین کاهش تعداد ارسال دادهها را نشان میدهند.
مقدمه
در حالت کلی، کدینگ شبکه به مفهوم ترکیب دادهها در شبکه اطلاق میشود. ترکیب دادهها از این جهت که یک بستهي واحد میتواند اطلاعاتی را همزمان براي چندین گره داشته باشد، نسبت به روشهاي قدیمیتر که هر بسته تنها براي یک گره قابل استفاده بود، مفیدتر است. این روش مخصوصاً در شبکههاي بی-
سیم که گرهها میتوانند هر ارسال و انتقال دادهها را در همسایگی خود بشنوند، خیلی موثرتر است. هر گره بعداز دریافت هر بستهي ترکیب شده، اگر سایر اجزاي بستهي ترکیب را داشته باشد، میتواند اطلاعاتی را که به آن ارسال شده است، استخراج نماید.
کدینگ شبکه از یک دیدگاه به دو دستهي کدینگ شبکهي دیجیتال - DNC - و کدینگ شبکهي آنالوگ - ANC - دستهبندي میشود. کدینگ شبکه دیجیتال، یک حالت کدینگ شبکه است که ترکیب بستهها در سخت افزار گرهها بهصورت دیجیتال انجام میشود. ترکیب بعد از ديمدولاسیون و بنابراین روي دادههاي دیجیتال انجام میگیرد. یک مثال سادهي DNC در شکل 1-b نشان داده شده است که گره رله XOR دو بستهي رسیده به آنرا از دو گره A و C بهدست آورد.
سپس دادهي حاصل را به دو گره A و C پخش کند. گره هاي A و C با گرفتن ابن بستهي XOR میتوانند آنرا با بستهاي که ارسال کردهاند XOR کنند و دادهي جدید فرستاده شده به خود را به- دست آورند. با اینکار تعداد ارسالها نسبت به حالت رله کردن مولتیهاپ معمولی - شکل - 1-a کاهش مییابد که در واقع هدف کدینگ شبکه نیزهمین استDNC .[1] تنها به عملیات XOR محدود نمیشود و هر عملیات خطی میتواند بهکار برده شود ولی باید گیرندههاي مورد نظر نوع عملیات انجام شده را بدانند که بتوانند اطلاعات مورد نظر خود را دیکد نمایند .[2]
همزمان فرستاده شوند و بنابراین در فضا و متعاقباً در گیرندهي رله جمع شوند. این بدان معنی است که سیگنالها در کانال فیزیکی ترکیب شوند و گیرنده جمع سیگنالها را دریافت کند. در شکل 1-c اگر دو گره A و C همزمان ارسال دادهها به گره B انجام دهند، گره B جمع دو سیگنال یعنی A+C را دریافت خواهد کرد. همانند حالت DNC گره B سیگنال ترکیب شده را پخش میکند تا A و C با دریافت آن و اطلاعاتی که خود ارسال کردهاند، بستهي مورد نظر را بهدست آورند. در این حالت نسبت به حالت DNC تعداد ارسال کمتر میشود. البته در این نوع کدینگ پیچیدگی محاسباتی در ازاي تعداد ارسال کمتر افزایش مییابد. ولی یک مساله مهم در اینجا این است که باید سنکرونسازي بسیار خوبی انجام گیرد .[4 , 5]
روشهاي رله کردن:
وقتی دو گره از طریق رله باهم ارتباط دارند نحوهي عمل رله میتواند در ارسال دادهها و میزان خطا موثر باشد. رله کردن دادهها میتواند به صورتهاي:-1 تقویت و ارسال - AF - ، -2 دکد و ارسال - DF - و -3 حذف نویز و ارسال - DNF - انجام گیرد. در روش تقویت و ارسال، گره رله، سیگنال دریافت شده را دکد نمیکند و به جاي این، تنها سیگنال را تقویت و به گیرندهي مورد نظر ارسال مجدد میکند.[3 , 6 , 5] در روش دکد و ارسال، گره رله سیگنال را بعد از دریافت دکد میکند و سپس به گره مورد نظر میفرستد. این حالت در مقابل روش تقویت و ارسال قرار دارد و مزایا و معایب آن، عکس حالت قبل است.[6 , 7 , 8]
روش حذف نویز و ارسال، تنها در کدینگ لایهي فیزیکی مطرح میشود و چنین است که دو گره A و C در شکل 2-c، همزمان ارسال خود را به گره رله انجام میدهند. در این روش با توجه به خاصیت پخشی مخابرات بیسیم سیگنالها در هوا باهم ترکیب میشوند. البته همانطور که گفته شد این گرهها باید باهم سنکرون شوند. در این روش باید توجه شود که عمل جمع سیگنالها در فضا و نگاشت آنها همان عمل XOR انجام داده شده است. در نهایت بستهي نویز حذف شدهي نهایی یک بستهي کد شبکهي آنالوگ میباشد.[3, 9]
در شبکههاي سنسوري دیداري نوع اطلاعاتی که فرستاده میشود، تصویر یا ویدئو هستند که حتی در صورت استفاده از روشهاي کدینگ و فشردهسازي حجم قابل توجهی اطلاعات را شامل میشود. در صورتی که هدف انتقال این اطلاعات باشد مشکلات مختلف شبکه بیشتر بروز می کند؛ مشکلاتی که در شبکههایی با حجم اطلاعات کم، شاید هرگز پیش نیاید. از جمله این مشکلات در ترافیک بالا، ممکن است گم شدن بسته، تاخیر بیشتر و مصرف انرژي بیشتر باشند. براي کاهش این مشکلات کدینگ شبکه میتواند راه حل مفیدي باشد.[10 , 11]
در شبکههاي انتقال ویدئو میتوان از اطلاعات و خاصیت لایهاي شبکه براي افزایش کیفیت به نوعی بهره گرفت. این کار در [12] تحت عنوان الگوریتم HRRE انجام شده است. ولی پیادهسازي آن بسیار پیچیده است. در این مرجع از کدینگ شبکهي دیجیتال نیز استفاده شده است ولی هیچ گونه ایدهاي در مورد MAC ارایه نشده است. استفاده از MAC هاي مختلف ممکن است نتایج مختلفی را بهدست بدهد. بنابر این در این مقاله استفاده از کدینگ شبکه به همراه استفاده از خاصیت لایهاي اطلاعات مد نظر است.
کدینگ شبکهي آنالوگ بیشتر براي حالتی که گره رله با دو گره در ارتباط است بررسی شده است. الگوریتمی براي انتخاب کد در حالتهاي بیشتر از دو گره تا اینجا ارائه نشده است. در اینجا نشان داده میشود که میتوان از یک الگوریتم سریع براي اینکار استفاده کرد. چون اطلاعات لایه اي است میتوان به همراه استفاده از این الگوریتم کیفیت تصاویر را نیز تا حد ممکن حفظ نمود.
ذ- استفاده از کد تصحیح خطا
در صورت استفاده از کدینگشبکه لایهي فیزیکی، مشکلات بیشتري بهوجود میآید؛ سنکرونسازي ، تخمین مناسب کانال، کم فاصلگی نقاط مرکزي ناحیههاي تخمین و بسیاري مشکلات دیگر که براي استفاده از ظرفیت شبکه باید بر آنها غلبه کرد.[13] نویز در همهي شبکهها و کانالها بهعنوان یک مشکل شناخته شده مطرح است. روشهاي مختلفی تاکنون براي مواجهه با آن در کانالهاي مختلف ارایه شده است ولی در اینجا روش استفاده از کد تصحیح خطا را مطرح میشود. در سیستمهاي معمولی و سنتی که کدینگ شبکه استفاده نمیشود، یا کدینگ شبکهي دیجیتال استفاده میگردد، بلوك دیاگرام سیستم تصحیح خطا - FEC - بهصورت شکل 2 است.
ل- الگوریتم انتخاب کد در گره کدینگ
قبل از هر چیز باید با استفاده از یک تبدیل مناسب مانند تبدیل ویولت خواص لایه اي تصاویر را استخراج نمود. بعد از استخراج این اطلاعات لایه اي، بستههاي مناسب براي ارسال تصاویر تشکیل میگردد. هر منبع مقدار افزایش PSNRاي را که هر بستهي ارسالی به تصاویر انتقالی اضافه میکند - - L، به دست میآورد و سپس آن را به سرآیند بسته اضافه میکند. نحوهي محاسبهي Lها چنین است که بعد از تشکیل بستهها مقدار افزایش PSNRاي که با اضافهکردن آن بسته به مجموعه دادهها به دست میآید، محاسبه میگردد. سپس این اطلاعات بستههاي ارسالی به گره کدینگ باید ارسال شوند. ولی ابتدا باید گره کدینگ تعیین شود تا این گره بتواند کد ممکن را تعیین نماید.
براي انتخاب کد، ابتدا یک گره به عنوان گره کدینگ تعیین میشود. این گره فرصتهاي ممکن کدینگ را بررسی کرده و اگر فرصت مناسبی براي کدینگ وجود داشته باشد، شناسایی می- کند. سپس کدشبکهي مورد نظر انتخاب و متناسب با آن، بسته- ها تشکیل و ارسال میشوند. براي ارایه بحث، یک شبکه ساده تشکیل شده از 7 گره در شکل 5 نشان داده شده است. فرض میشود که گره 1 بهعنوان گره رله باشد که در صورت لزوم عمل کدینگ را نیز بتواند انجام دهد. بنابراین آن را گره کدینگ نیز مینامیم. علاوه بر این فرض بر این است هر گره بتواند اطلاعات ارسالی همسایگان خود را بشنود - دریافت کند - .
