基于業(yè)務(wù)流動態(tài)性的無線自組織網(wǎng)絡(luò)編碼研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)以其能夠大幅提升網(wǎng)絡(luò)性能成為信息論、編碼和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最活躍的研究主題之一。無線自組織網(wǎng)絡(luò)適用于無基礎(chǔ)設(shè)施的軍事、搶險和監(jiān)測等重要場合。利用無線信道廣播帶來的空間冗余，網(wǎng)絡(luò)編碼在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用顯示了巨大的潛力。但機會網(wǎng)絡(luò)編碼在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中與傳輸層TCP協(xié)議聯(lián)合使用時仍然存在吞吐量增益很小的問題。
　　TCP協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)確認包的回復(fù)情況動態(tài)調(diào)整擁塞窗口并根據(jù)窗口大小發(fā)送數(shù)據(jù)包。這種設(shè)計決定了其業(yè)務(wù)流具有很強的突發(fā)

2、性，并且不允許路由節(jié)點緩存大量數(shù)據(jù)包，這顯著降低了TCP業(yè)務(wù)獲得編碼機會的概率。通過研究發(fā)現(xiàn)，如果在編碼節(jié)點加入一個小的時延可以增加編碼機會，但如果一味地追求編碼機會而進行大時延等待則會導(dǎo)致端到端時延等性能降低，對網(wǎng)絡(luò)性能帶來負增益。本文提出對無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)流量進行建模，根據(jù)建模結(jié)果預(yù)測節(jié)點下一個數(shù)據(jù)包的到達時間，從而動態(tài)決定路由節(jié)點是否進行等待以減少無效等待，提升網(wǎng)絡(luò)編碼與TCP應(yīng)用在無線自組織網(wǎng)中的性能。
　　網(wǎng)絡(luò)流量

3、在大的時間尺度上具有的自相似性為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流的建模提供了可能，而FARIMA模型可同時描述長時相關(guān)和短時相關(guān)過程，是進行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流建模的最理想工具之一。本文首先對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流實現(xiàn)建模并預(yù)測，對采用FARIMA模型進行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流的建模和預(yù)測過程的原理做了數(shù)學分析并進行了仿真實現(xiàn)。但建模過程中現(xiàn)有的分數(shù)差分參數(shù)估計方法具有估計精度低或時間復(fù)雜度高的問題，因此本文提出了提高模型分數(shù)差分參數(shù)估計精度的鄰域搜索算法，首先利用時間復(fù)雜度最低的方差-時間

4、圖法對分數(shù)差分參數(shù)進行粗估計，然后利用搜索法進行粗估計值鄰域內(nèi)的精確搜索。仿真結(jié)果表明鄰域搜索算法可以將分數(shù)差分參數(shù)估計誤差控制在0.5％左右，且僅為最高時間復(fù)雜度的R/S等方法所需時間的1/20，適合于網(wǎng)絡(luò)流量的精確實時建模以及后續(xù)的數(shù)據(jù)包到達時間預(yù)測。
　　其次，本文對兩種特定的網(wǎng)絡(luò)拓撲進行了網(wǎng)絡(luò)編碼的理論性能分析，并在FARIMA模型對數(shù)據(jù)包到達時間進行預(yù)測的基礎(chǔ)上提出了路由節(jié)點的編碼等待判決機制。編碼節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)包時沒有

5、發(fā)現(xiàn)編碼機會時，便會利用預(yù)測模型預(yù)測其他節(jié)點下一個數(shù)據(jù)包到達的時間，并根據(jù)等待判決門限決定是否進行等待。判決機制在與固定時延具有相同的等待時延預(yù)設(shè)值時，如果預(yù)測得到的數(shù)據(jù)包到達時間大于預(yù)設(shè)值，則不進行等待而直接發(fā)送；而固定時延方式則不論數(shù)據(jù)包是否在預(yù)設(shè)值之內(nèi)到達均會進行等待，因此會有很多無效等待現(xiàn)象。通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，編碼等待判決機制相比于固定時延方式可以為網(wǎng)絡(luò)帶來6%左右的吞吐量增益，且端到端時延減小比和數(shù)據(jù)包編碼比等指標也會有相應(yīng)提