無(wú)線廣播網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)編碼研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)編碼自提出以來(lái)，已在理論上證明可以帶來(lái)諸多好處，如大幅增加網(wǎng)絡(luò)的容量，使分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)化。然而，目前實(shí)際系統(tǒng)中卻很少采用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，主要存在的問(wèn)題有：引入的解碼時(shí)延、額外的編解碼開(kāi)銷和安全性的隱患等。本課題針對(duì)無(wú)線廣播網(wǎng)絡(luò)研究網(wǎng)絡(luò)編碼存在的前兩方面問(wèn)題。
　　 首先，針對(duì)單跳無(wú)線廣播中網(wǎng)絡(luò)編碼方案信道較差用戶解碼時(shí)延不公平的問(wèn)題，我們提出了基于速率控制的在線網(wǎng)絡(luò)編碼Rate-controlled ARQ for N

2、etwork Coding(RANC)的方法，可以在不犧牲吞吐量的前提下改善信道較差用戶的解碼時(shí)延。針對(duì)大部分文獻(xiàn)中時(shí)延控制方案依賴?yán)硐敕答伓^難應(yīng)用在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，我們?cè)赗ANC的基礎(chǔ)上提出了專為網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)的新的反饋機(jī)制Eally Loss Alarm(ELA)以及對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)編碼方案移動(dòng)窗口網(wǎng)絡(luò)編碼Moving Window Network Coding(MWNC)。仿真顯示，MWNC-ELA可以到達(dá)與RANC十分接近的解碼時(shí)延

3、與吞吐量的折中性能，卻將反饋的開(kāi)銷大大降低。根據(jù)隨機(jī)游動(dòng)的理論，我們給出了RANC和MWNC-ELA各接收節(jié)點(diǎn)解碼時(shí)延的性能分析，證明了吞吐量和解碼時(shí)延之間存在一個(gè)本質(zhì)的折中關(guān)系。
　　 其次，為進(jìn)一步解決MWNC-LA沒(méi)有吞吐量保證的問(wèn)題，我們提出一種編碼窗口大小動(dòng)態(tài)調(diào)整的MWNC-ELA方法，并從理論上證明改進(jìn)后的MWNC-ELA可以以有限的編碼長(zhǎng)度達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量?jī)?nèi)的任何目標(biāo)吞吐量，同時(shí)給出了反饋開(kāi)銷的理論推導(dǎo)。針對(duì)有良好的時(shí)

4、延要求的應(yīng)用，我們?cè)O(shè)計(jì)了超時(shí)預(yù)警Delay Exceed Alarm(DEA)的反饋機(jī)制，基于DEA機(jī)制的新移動(dòng)窗口網(wǎng)絡(luò)編碼方案MWNC-DEA具備兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1)基站在不需要采集網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔⒌那闆r下，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行自動(dòng)的即時(shí)調(diào)整：2)MWNC-DEA可以為所有的接收節(jié)點(diǎn)提供良好的解碼時(shí)延保證。仿真驗(yàn)證了理論分析，并顯示在相同吞吐量的情況下，MWNC-DEA可以滿足MWNC-ELA無(wú)法保障的時(shí)延要求。
　　 最后，針

5、對(duì)ELA或DEA的反饋時(shí)延造成的效率下降問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了沒(méi)有顯式反饋的MWNC方案，使得在單跳廣播中，即使沒(méi)有任何反饋信息仍可以保證在任何一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)都有很高的可靠性。針對(duì)單跳廣播吞吐量瓶頸的問(wèn)題，我們研究了如何將新設(shè)計(jì)的MWNC方案應(yīng)用在協(xié)作廣播中，提出了協(xié)作廣播協(xié)議MWNCast。根據(jù)我們提出的等效信道的數(shù)學(xué)模型，分析了協(xié)作廣播方案MWNCast可靠性、解碼時(shí)延及復(fù)雜度等三方面的性質(zhì)，得到了以下的結(jié)論：1)MWNCast在沒(méi)有實(shí)時(shí)反