網(wǎng)絡編碼關鍵問題研究.pdf

1、網(wǎng)絡編碼理論是網(wǎng)絡通信領域上具有革命性意義的突破，打破了人們對信息傳輸和信息處理的傳統(tǒng)認知，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠的影響。網(wǎng)絡編碼擴展了傳統(tǒng)的存儲轉發(fā)的路由模式，網(wǎng)絡節(jié)點允許對接收到的信息進行編碼和解碼操作。網(wǎng)絡編碼已經(jīng)在理論上被證明能夠使組播傳輸達到“最大流-最小割”定理所確定的最大理論傳輸容量，可以有效地提高網(wǎng)絡容量和帶寬的利用率。由于其潛在的巨大優(yōu)勢，網(wǎng)絡編碼得到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注。隨著研究的深入，一方面，網(wǎng)絡編碼的理論體系

2、進一步完善；另一方面，網(wǎng)絡編碼的應用涉及到了 P2P網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、網(wǎng)絡安全和網(wǎng)絡層析成像等多個領域。
　　但相對而言，網(wǎng)絡編碼還是一門新興的學科，雖然在編碼理論設計和真實系統(tǒng)應用上展開了大量的研究工作，也取得了一些重要的研究成果，但網(wǎng)絡編碼的研究仍存在不少挑戰(zhàn)，有很多關鍵問題還需要深入研究。本文的主要工作就是在全面分析和總結網(wǎng)絡編碼理論和應用研究現(xiàn)狀的基礎上，進一步研究網(wǎng)絡編碼中具有重大理論及應用價值的關鍵問題，完善現(xiàn)有的理論體

3、系，提高網(wǎng)絡編碼的實用價值。本文的主要創(chuàng)新點如下：
　　1.本文提出了一種基于網(wǎng)絡編碼的組播路由算法。算法在為源節(jié)點和接收節(jié)點間構建適合的分離路徑的過程中，優(yōu)化了對鏈路的選擇，增大了源節(jié)點到不同接收節(jié)點間路徑的共享程度，平衡了網(wǎng)絡的負載，最終達到增強組播通信性能的目的。仿真實驗的結果表明，相對于最短距離分發(fā)樹路由算法，本文所提出的基于網(wǎng)絡編碼的組播路由算法在網(wǎng)絡吞吐量和負載均衡上有明顯的優(yōu)勢。而考慮負載均衡的性能指標，本文提出的算

4、法優(yōu)于之前的基于網(wǎng)絡編碼的組播路由算法。
　　2.本文分別提出了基于改進的遺傳算法和量子進化算法的網(wǎng)絡編碼優(yōu)化算法。針對網(wǎng)絡編碼優(yōu)化應用的特殊性，本文在經(jīng)典遺傳算法的基礎上對種群初始化、選擇算子和交叉算子設計等方面做了有效的改進。仿真實驗表明，采用的改進措施能夠幫助算法提高計算速度，并得到更優(yōu)的網(wǎng)絡編碼方案。另一方面，考慮到量子進化算法在并行計算上的優(yōu)勢和網(wǎng)絡編碼優(yōu)化的應用需求，本文提出的基于量子進化算法的網(wǎng)絡編碼優(yōu)化算法在初始種

5、群選擇、觀測算子設計和量子旋轉門修正策略等方面對傳統(tǒng)量子進化算法進行了有針對性的改進以降低目標解的搜索空間，同時避免陷入局部最優(yōu)。仿真結果顯示，相對于已有的基于進化算法的網(wǎng)絡編碼優(yōu)化方法，本文提出的算法在滿足組播速率的條件下，進一步提高了運算速度和效率，改善了網(wǎng)絡編碼優(yōu)化的性能。
　　3.本文提出了一種基于網(wǎng)絡編碼的拓撲推斷算法。針對不存在鏈路丟包的場景，提出了組合包測量方法，拓撲推斷算法的適用范圍從特殊的二叉樹網(wǎng)絡擴展到了更為一