The decode-forward achievable region is studied for general networks. The region is subject to a fundamental tension in which nodes individually benefit at the expense of others. The complexity of the region depends on all the ways of resolving this tension. Two sets of constraints define an outer-bound on the decode-forward region: first, the conventional mutual-information inequalities implied by the one-relay channel, and second, causality constraints that ensure nodes only forward messages they have already decoded. The framework of flow decomposition is introduced to show these constraints are also sufficient. Flow decomposition provides a way of manipulating regular decode-forward schemes without the long encoding delays and restrictions on bidirectional communication of backward decoding. The two structures that define a flow decomposition are flows and layerings. Flows specify the nodes which encode messages from each source (i.e., the routes) and the encoding delays. Layerings specify the messages decoded at a specific node in the channel. We focus on two types of flow: hierarchical flow, with tree-like routes, and all-cast flow, where each route covers all nodes. For arbitrary flows of either type and any rate-vector satisfying the mutual-information constraints at a specific node, we prove there are equivalent flows and a layering that satisfy both the mutual-information and causality constraints. In separate work, we show that only the mutual-information constraints are active in channels with hierarchical flow, which implies the achievable region has minimal complexity. In channels with all-cast flow, the achievable region is computable.


翻译:对一般网络进行解码可实现区域的研究;该区域面临一种根本性的紧张局势,节点会各自受益,而其他网络则受到影响;该区域的复杂性取决于解决这种紧张局势的所有途径。两组制约因素确定了解码前区域的外部界限:第一,单继信道所隐含的常规相互信息不平等;第二,确保仅先导信息已解码的因果关系限制;引入流分解框架以表明这些限制也足够复杂。流动分解提供了一种操纵常规解码前方案的方法,而没有长期的固定延迟和对后解码双向通信的限制。两种结构界定了流分解的外部界限是流动和分层。两种结构规定了每个来源的信息(即路径)所隐含的常规相互信息不平等性;第二,因因果关系而导致的信息在流中以特定的节点解码方式解码。我们注重两种类型的流动:分级流动,有树类路线,对后向后解码的双向渠道进行限制。每种途径都标注每个来源(即路径)的信息(即分层)和串联流,而相互的互通性限制是任意的流。

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