Information Theory of Networks: A Deterministic Approach

网络信息论:确定性方法

基本信息

  • 批准号:
    0830796
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-09-01 至 2012-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Claude Shannon's point-to-point information theory is a basis for the design of all modern day communication systems, ranging from cellular communications, cable and DSL modems, statellite communications, compact disks, etc. Extending the theory from point-to-point communication to an entire network of communicating nodes is a holy grail of the communication field. It is expected that such an information theory of networks would have a significant impact for applications such as wireless and sensor networks. Yet, despite significant effort in the past 40 years, only isolated cases have been solved and there is still limited understanding of central issues such as interference, cooperation, broadcast and distributed compression of correlated information.This research advocates a new general approach to attack network information theory problems. The new approach involves three steps: 1) approximate the noisy network with an appropriately chosen deterministic model which focuses on the interaction between the various signals rather than the noise; 2) analyze the analytically simpler deterministic model; 3) translate the insight into finding approximately optimal strategy for the original noisy network with guaranteed performance bound. Significant progress on several canonical long-standing open problems shows the power of the approach: 1) capacity region of the two-user Gaussian interference channel to within 1 bit/s/Hz per user; 2) capacity of the Gaussian (single-node) relay channel to within 1 bit/s/Hz; 3) capacity of the Gaussian relay network with arbitrary number of relays to within constant gap independent of the SNR's of the links; 4) rate region of the Gaussian multiple description problem to within a constant gap independent of the target distortions of the users.
克劳德·香农的点对点信息理论是所有现代通信系统设计的基础,包括蜂窝通信、电缆和 DSL 调制解调器、卫星通信、光盘等。将该理论从点对点通信扩展到整个网络的通信节点是通信领域的圣杯。预计这种网络信息论将对无线和传感器网络等应用产生重大影响。 然而,尽管过去 40 年付出了巨大的努力,但只解决了孤立的案例,而且对相关信息的干扰、合作、广播和分布式压缩等核心问题的理解仍然有限。这项研究提出了一种新的攻击网络的通用方法信息论问题。新方法涉及三个步骤:1)使用适当选择的确定性模型来近似噪声网络,该模型侧重于各种信号之间的相互作用而不是噪声; 2)分析分析上更简单的确定性模型; 3)将洞察力转化为在保证性能范围的情况下为原始噪声网络寻找近似最佳策略。在几个典型的长期悬而未决的问题上取得的重大进展显示了该方法的威力:1) 将两用户高斯干扰信道的容量区域限制在每个用户 1 bit/s/Hz 以内; 2)高斯(单节点)中继通道容量在1bit/s/Hz以内; 3) 具有任意数量中继的高斯中继网络的容量,在恒定间隙内,与链路的 SNR 无关; 4)将高斯多重描述问题的区域速率调整到与用户的目标失真无关的恒定间隙内。

项目成果

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