基于業(yè)務(wù)流動(dòng)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(xiǎn)和監(jiān)測(cè)等重要場(chǎng)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(jī)會(huì)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(shí)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(rèn)包的回復(fù)情況動(dòng)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(jì)決定了其業(yè)務(wù)流具有很強(qiáng)的突發(fā)

2、性，并且不允許路由節(jié)點(diǎn)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(jī)會(huì)的概率。通過研究發(fā)現(xiàn)，如果在編碼節(jié)點(diǎn)加入一個(gè)小的時(shí)延可以增加編碼機(jī)會(huì)，但如果一味地追求編碼機(jī)會(huì)而進(jìn)行大時(shí)延等待則會(huì)導(dǎo)致端到端時(shí)延等性能降低，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能帶來負(fù)增益。本文提出對(duì)無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行建模，根據(jù)建模結(jié)果預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)下一個(gè)數(shù)據(jù)包的到達(dá)時(shí)間，從而動(dòng)態(tài)決定路由節(jié)點(diǎn)是否進(jìn)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(shí)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(shí)描述長(zhǎng)時(shí)相關(guān)和短時(shí)相關(guān)過程，是進(jìn)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(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流實(shí)現(xiàn)建模并預(yù)測(cè)，對(duì)采用FARIMA模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流的建模和預(yù)測(cè)過程的原理做了數(shù)學(xué)分析并進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。但建模過程中現(xiàn)有的分?jǐn)?shù)差分參數(shù)估計(jì)方法具有估計(jì)精度低或時(shí)間復(fù)雜度高的問題，因此本文提出了提高模型分?jǐn)?shù)差分參數(shù)估計(jì)精度的鄰域搜索算法，首先利用時(shí)間復(fù)雜度最低的方差-時(shí)間

4、圖法對(duì)分?jǐn)?shù)差分參數(shù)進(jìn)行粗估計(jì)，然后利用搜索法進(jìn)行粗估計(jì)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?jǐn)?shù)差分參數(shù)估計(jì)誤差控制在0.5％左右，且僅為最高時(shí)間復(fù)雜度的R/S等方法所需時(shí)間的1/20，適合于網(wǎng)絡(luò)流量的精確實(shí)時(shí)建模以及后續(xù)的數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間預(yù)測(cè)。
　　其次，本文對(duì)兩種特定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)編碼的理論性能分析，并在FARIMA模型對(duì)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上提出了路由節(jié)點(diǎn)的編碼等待判決機(jī)制。編碼節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)沒有

5、發(fā)現(xiàn)編碼機(jī)會(huì)時(shí)，便會(huì)利用預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)其他節(jié)點(diǎn)下一個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)的時(shí)間，并根據(jù)等待判決門限決定是否進(jìn)行等待。判決機(jī)制在與固定時(shí)延具有相同的等待時(shí)延預(yù)設(shè)值時(shí)，如果預(yù)測(cè)得到的數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間大于預(yù)設(shè)值，則不進(jìn)行等待而直接發(fā)送；而固定時(shí)延方式則不論數(shù)據(jù)包是否在預(yù)設(shè)值之內(nèi)到達(dá)均會(huì)進(jìn)行等待，因此會(huì)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(jī)制相比于固定時(shí)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(shí)延減小比和數(shù)據(jù)包編碼比等指標(biāo)也會(huì)有相應(yīng)提