基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的無(wú)線接入系統(tǒng)，而目前無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中存在一些挑戰(zhàn)需要解決，如網(wǎng)絡(luò)吞吐量受限、服務(wù)質(zhì)量得不到保障等。網(wǎng)絡(luò)編碼允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行加工處理，為解決無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)問題提供了一條新途徑。本文研究基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸關(guān)鍵技術(shù)，主要從傳輸結(jié)構(gòu)和傳輸特性兩個(gè)方面展開。針對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)具有多路徑傳輸結(jié)構(gòu)，本文提出基于多路徑的分段網(wǎng)絡(luò)編碼算法，并研究了與多路徑分段網(wǎng)絡(luò)編碼適應(yīng)的傳輸控

2、制協(xié)議MPTCP，研究了多路徑網(wǎng)絡(luò)編碼中節(jié)點(diǎn)的博弈;針對(duì)無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，本文提出了基于機(jī)會(huì)路由的確定性網(wǎng)絡(luò)編碼和低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)編碼算法，提出了自相似流量中基于同步的網(wǎng)絡(luò)編碼算法。本文對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，主要工作如下:
　　(1)針對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)多路徑傳輸中數(shù)據(jù)包部分出錯(cuò)而丟棄的問題，提出了一種基于多路徑的分段網(wǎng)絡(luò)編碼算法，并且設(shè)計(jì)了適應(yīng)多路徑分段網(wǎng)絡(luò)編碼的MPTCP。提出的基于多路徑的分

3、段網(wǎng)絡(luò)編碼算法是多路徑中的傳輸節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包以段為單位進(jìn)行編碼，然后把編碼后的多份數(shù)據(jù)沿多條路徑進(jìn)行傳輸，有效地降低數(shù)據(jù)包因出錯(cuò)而重傳，減少通信量。此外提出了一種適應(yīng)分段網(wǎng)絡(luò)編碼的MPTCP。在提出的方案中，網(wǎng)絡(luò)編碼層被加入到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)解碼數(shù)據(jù)塊的解碼自由度，源節(jié)點(diǎn)調(diào)整發(fā)送編碼的數(shù)據(jù)塊，實(shí)現(xiàn)降低多路徑傳輸中編碼數(shù)據(jù)包超時(shí)的影響，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。仿真結(jié)果表明所提的算法有效。
　　(2)針對(duì)多路徑傳輸路徑中存在自私節(jié)

4、點(diǎn)使網(wǎng)絡(luò)性能下降的問題，本文研究了基于博弈理論的多路徑流間網(wǎng)絡(luò)編碼，并提出一種對(duì)多路徑網(wǎng)絡(luò)編碼中自私節(jié)點(diǎn)的激勵(lì)方案。本文研究了多路徑流間網(wǎng)絡(luò)編碼中節(jié)點(diǎn)的博弈，證明其存在納什均衡;得到有關(guān)多路徑網(wǎng)絡(luò)編碼節(jié)點(diǎn)博弈的特性。然后，本文提出了一種適合多路徑網(wǎng)絡(luò)編碼節(jié)點(diǎn)博弈的激勵(lì)方案。在多路徑傳輸中，使用看門狗檢測(cè)自私節(jié)點(diǎn)的存在。在檢測(cè)到自私節(jié)點(diǎn)后，對(duì)于多路徑中的自私節(jié)點(diǎn)，采用不合作的方法懲罰。證明了如果按照激勵(lì)方案，各節(jié)點(diǎn)可以達(dá)到納什均衡。仿真驗(yàn)

5、證了理論分析。
　　(3)針對(duì)目前無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足流媒體的服務(wù)質(zhì)量問題，本文研究了機(jī)會(huì)路由轉(zhuǎn)發(fā)侯選集中編碼節(jié)點(diǎn)選擇的問題，提出一種基于機(jī)會(huì)路由的確定性網(wǎng)絡(luò)編碼。采用機(jī)會(huì)路由下無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)的鏈路吞吐量模型，利用確定性網(wǎng)絡(luò)演算理論，得到無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)積壓的上界以及端到端數(shù)據(jù)流延遲和抖動(dòng)的上界;然后設(shè)計(jì)滿足流媒體服務(wù)質(zhì)量的確定性網(wǎng)絡(luò)編碼(DNC)，提出ETC作為確定機(jī)會(huì)路由中編碼節(jié)點(diǎn)的指標(biāo);提出ETP作為機(jī)會(huì)路由中

6、選擇候選節(jié)點(diǎn)的指標(biāo)。仿真表明吞吐量在增加的同時(shí)，端到端的延時(shí)和抖動(dòng)值得到下降。
　　(4)針對(duì)現(xiàn)有基于機(jī)會(huì)路由的網(wǎng)絡(luò)編碼解碼延遲較高，無(wú)法滿足流媒體無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)要求的問題，提出一種低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)編碼。該低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)編碼包括可變長(zhǎng)度網(wǎng)絡(luò)編碼和候選節(jié)點(diǎn)反饋。提出和詳細(xì)分析了基于機(jī)會(huì)路由的可變長(zhǎng)度網(wǎng)絡(luò)編碼(VLNC)的編碼和解碼延遲，可靠性;然后提出了候選結(jié)點(diǎn)反饋(CNF)編碼數(shù)據(jù)包的方法。給出了低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)編碼的算法，在候選結(jié)點(diǎn)采用計(jì)數(shù)

7、器來保證中間節(jié)點(diǎn)輸出相同秩，在目的節(jié)點(diǎn)不能構(gòu)成滿秩解碼矩陣時(shí)，向候選節(jié)點(diǎn)反饋查找所需要的解碼向量，實(shí)現(xiàn)縮短解碼時(shí)間。通過仿真，結(jié)果表明所提出的低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)編碼能夠降低時(shí)延，可以滿足無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中流媒體應(yīng)用。
　　(5)針對(duì)自相似流會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)中隊(duì)列長(zhǎng)度增加、數(shù)據(jù)包丟失增加的問題，本文提出自相似流中基于同步的網(wǎng)絡(luò)編碼算法。在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生突發(fā)性自相似流量后，采用基于同步的網(wǎng)絡(luò)編碼算法來提高無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)性能。該算法是基于數(shù)據(jù)包的目的地