無線網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)恢復(fù)與重傳機(jī)制及其算法.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)編碼（Network Coding）是通信網(wǎng)絡(luò)中，尤其是無線網(wǎng)中改善數(shù)據(jù)傳輸性能，如提高吞吐率、增強(qiáng)可靠性等的最新途徑之一。本論文研究多種數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境中的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)編碼問題，提出了新的數(shù)據(jù)包緩存反饋機(jī)制，設(shè)計(jì)了基于馬爾科夫決策過程（Markov Decision Process，MDP）理論的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)編碼算法，為數(shù)據(jù)恢復(fù)中的最大編碼效率問題提供了有效的解決途徑。本文主要研究?jī)?nèi)容與成果概括如下。
　　(1)針對(duì)單播傳輸場(chǎng)景，本文提

2、出一種新的編碼數(shù)據(jù)包緩存反饋機(jī)制。依據(jù)該機(jī)制，接收節(jié)點(diǎn)在收到不可解編碼數(shù)據(jù)包時(shí)，不僅存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)包，而且向源節(jié)點(diǎn)反饋相應(yīng)的緩存確認(rèn)信息。基于此機(jī)制，本文設(shè)計(jì)的新編碼算法允許對(duì)編碼數(shù)據(jù)包和原始數(shù)據(jù)包進(jìn)行混合編碼，以利用傳統(tǒng)單播傳輸中因部分接收節(jié)點(diǎn)處不可解碼而被忽略或丟棄數(shù)據(jù)包中的編碼機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)對(duì)不可解編碼數(shù)據(jù)包的二次使用。仿真結(jié)果表明，在多單播數(shù)據(jù)流傳輸場(chǎng)景中，采用新的重傳算法能夠減少8％~21%的重傳次數(shù)。
　　(2)針對(duì)多

3、播傳輸場(chǎng)景，本文建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)編碼優(yōu)化模型。依據(jù)該模型，數(shù)據(jù)重傳過程建模為序貫決策過程?；诖藱C(jī)制，本文設(shè)計(jì)出一個(gè)基于MDP的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)編碼算法，將最優(yōu)編碼決策問題轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)規(guī)劃問題。進(jìn)一步地，為減少迭代次數(shù)以及每次迭代的計(jì)算量，提高算法實(shí)時(shí)性，構(gòu)造一種基于前向搜索的在線規(guī)劃算法。仿真結(jié)果表明，在單源多播傳輸場(chǎng)景中，采用新算法能夠減少5%~14%的重傳次數(shù)。
　　(3)針對(duì)不完美反饋場(chǎng)景，本文提出一種新的網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會(huì)評(píng)估機(jī)制。借助

4、于部分可觀察馬爾科夫過程（Partial Observable MDP，POMDP）理論，本文對(duì)不完美反饋下的重傳過程進(jìn)行了模型分析和構(gòu)建，并采用置信狀態(tài)（Belief State）來估計(jì)網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會(huì)?；诖藱C(jī)制，本文設(shè)計(jì)出一種基于單步前瞻的機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)編碼算法。該算法根據(jù)估計(jì)信息，通過量化不同編碼組合對(duì)編碼機(jī)會(huì)的影響以決定最佳數(shù)據(jù)包組合方式。仿真結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼算法，采用新算法能夠在反饋信息受限的多播傳輸網(wǎng)絡(luò)中減少1%~7%的重

5、傳次數(shù)。
　　(4)針對(duì)單源單多播混合傳輸場(chǎng)景，本文提出一種新的數(shù)據(jù)恢復(fù)機(jī)制。該新機(jī)制可使源節(jié)點(diǎn)在一定條件下使用網(wǎng)絡(luò)編碼方法來同時(shí)恢復(fù)單播節(jié)點(diǎn)和多播節(jié)點(diǎn)丟失的數(shù)據(jù)，以彌補(bǔ)無網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用時(shí)需獨(dú)立處理單播和多播重傳而導(dǎo)致重傳次數(shù)陡增的缺陷。仿真結(jié)果表明，通過有效使用單播與多播數(shù)據(jù)流間的編碼機(jī)會(huì)，能夠在單源多播傳輸場(chǎng)景中減少20%-45%的重傳次數(shù)。
　　本文針對(duì)不同的無線單播與多播傳輸場(chǎng)景，對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行了深入研究，建立了以減少