基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)研究.pdf

1、隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，針對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信質(zhì)量的要求不斷提高，如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件下通過更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源,提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?，已成為?dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信研究的重要課題之一。作為一種融合編碼與路由的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)為實現(xiàn)這一目標(biāo)提供了新的解決方案。網(wǎng)絡(luò)編碼允許網(wǎng)絡(luò)中間結(jié)點(diǎn)對轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行編碼組合操作，而不再限于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳統(tǒng)處理模式中的存儲轉(zhuǎn)發(fā)操作，以此改善網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信性能，如提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的利用率、均衡網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載

2、，以及提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性等。因此，網(wǎng)絡(luò)編碼被認(rèn)為是進(jìn)入21世紀(jì)后信息處理和信息傳輸理論領(lǐng)域研究的重大突破，具有重要的理論價值和廣泛的應(yīng)用前景。
　　論文工作是研究在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，提高數(shù)據(jù)通信效率的機(jī)制和方法。主要研究網(wǎng)絡(luò)編碼在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)中的位置、網(wǎng)絡(luò)編碼方案的優(yōu)化和降低網(wǎng)絡(luò)編碼負(fù)面效應(yīng)等重要問題及解決方案。論文從三個方面研究基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信方案：網(wǎng)絡(luò)編碼與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議的結(jié)合、基于數(shù)據(jù)流傳送模式控制

3、的網(wǎng)絡(luò)編碼增益最大化、以及網(wǎng)絡(luò)編碼方案面臨的數(shù)據(jù)傳送時延控制與數(shù)據(jù)傳送可靠性保證，以期使網(wǎng)絡(luò)編碼在與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)合及最小化負(fù)面效應(yīng)的條件下發(fā)揮最大的優(yōu)勢。論文的貢獻(xiàn)體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　1.網(wǎng)絡(luò)編碼跨層協(xié)議結(jié)構(gòu)的研究：研究網(wǎng)絡(luò)編碼與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的結(jié)合是完善網(wǎng)絡(luò)編碼研究、促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)編碼實用化的關(guān)鍵問題。對此，通過詳細(xì)分析網(wǎng)絡(luò)編碼與網(wǎng)絡(luò)各協(xié)議層現(xiàn)有協(xié)議的結(jié)合，論文提出了基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層參數(shù)聯(lián)合調(diào)整的網(wǎng)絡(luò)編碼跨層協(xié)議結(jié)構(gòu)模型；基于網(wǎng)絡(luò)

4、各協(xié)議層現(xiàn)有協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)編碼關(guān)聯(lián)的重要參數(shù)，模型構(gòu)建描述網(wǎng)絡(luò)編碼增益的線性規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)；通過對線性規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解的計算，取得對跨層網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議參數(shù)的設(shè)置，從而取得基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體性能的最優(yōu)化設(shè)計。理論分析表明模型具有顯著的優(yōu)勢。
　　2.基于數(shù)據(jù)速率匹配的網(wǎng)絡(luò)編碼優(yōu)化機(jī)制的研究：對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)編碼方案的優(yōu)化和改進(jìn)是網(wǎng)絡(luò)編碼研究中的一個重要問題，網(wǎng)絡(luò)編碼在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送中獲得充分應(yīng)用的一個重要環(huán)節(jié)是提高網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會。相對于編碼

5、感知路由協(xié)議通過路徑建立中編碼結(jié)點(diǎn)的選擇增大網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會，論文從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率匹配的方面研究提高網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會的途徑，提出了數(shù)據(jù)速率匹配的網(wǎng)絡(luò)編碼優(yōu)化機(jī)制。通過對關(guān)聯(lián)編碼數(shù)據(jù)速率的線性規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)的求解和數(shù)據(jù)票參量的引入，在多條編碼感知路徑上實現(xiàn)數(shù)據(jù)速率匹配編碼，提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送中的編碼機(jī)會。同時，基于對反映目的結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)解碼狀態(tài)的各數(shù)據(jù)批次解碼時延的統(tǒng)計分析，通過信息反饋過程實現(xiàn)速率分配中的動態(tài)調(diào)整，提高模型的動態(tài)適應(yīng)性。此外，數(shù)據(jù)速率匹

6、配編碼過程在提高網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會及均衡網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載的同時，在較大程度上降低了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳送擁塞。理論分析和仿真實驗證明了模型的有效性。
　　3.數(shù)據(jù)傳送時延約束的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制的研究：由于數(shù)據(jù)傳輸速率的差異和網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)的不穩(wěn)定性，不同數(shù)據(jù)流分組到達(dá)網(wǎng)絡(luò)各中間結(jié)點(diǎn)的時間不同，而為了提高網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會，部分分組需要等待編碼匹配分組的到達(dá)；同時，為解碼當(dāng)前批次數(shù)據(jù)，目的結(jié)點(diǎn)需要等待接收到足夠數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)分組，這均增大了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送時延。

7、對此，論文提出了一種基于時延約束的網(wǎng)絡(luò)編碼模型。模型通過對分組當(dāng)前累積傳送時延的實時檢測，動態(tài)控制分組的編碼機(jī)會，并依據(jù)分組所屬數(shù)據(jù)流的服務(wù)優(yōu)先級和分組的當(dāng)前累積傳送時延優(yōu)先調(diào)度分組參與編碼，保證高服務(wù)優(yōu)先級數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)。為加快后繼批次數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)各中間結(jié)點(diǎn)的傳送，避免大量冗余數(shù)據(jù)的傳送，模型引入了確認(rèn)信息逐跳反饋傳輸機(jī)制，以控制網(wǎng)絡(luò)編碼過程中數(shù)據(jù)傳送時延。仿真實驗驗證了時延的控制結(jié)果。
　　4.基于鄰結(jié)點(diǎn)協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)