基于網(wǎng)絡編碼的多播信息流研究.pdf

1、網(wǎng)絡傳輸自TCP/IP協(xié)議誕生并取代原始ATM交換方式以來，數(shù)年來未有大的改動。2000年，Ahlswede、Cai和Li等人提出“網(wǎng)絡編碼”的新概念，將網(wǎng)絡上的信息處理技術帶入了新的時代，尤其對于網(wǎng)絡多播場景，通過網(wǎng)絡編碼的方式進行信息融合后，可大幅度提高多播傳輸速率。網(wǎng)絡編碼技術使得多播網(wǎng)絡傳輸上的研究主題由信息內(nèi)容分發(fā)轉變成信息容量界定。然而，在以數(shù)據(jù)包作為網(wǎng)絡信息傳輸和處理載體的傳統(tǒng)方式中，由于存在傳輸冗余過大、處理復雜度高和理

2、論建模較為繁瑣等問題，難以應對未來社會網(wǎng)絡規(guī)模大、用戶多和信息業(yè)務多樣化等多方面的需求，勢必將被以信息流作為信息承載和網(wǎng)絡交換的基本單位這種新型方式所取代。因此，本文以信息流在多播網(wǎng)絡的表現(xiàn)形式和應用方式為主題展開研究。
　　如今的網(wǎng)絡信息流已不再是ATM時代狹義上的信息流，而是廣義上基于網(wǎng)絡信息論的、具有多種表現(xiàn)形式且難以簡單用香農(nóng)定理量化的信息承載方式。它具有易統(tǒng)計、易處理、易糾檢錯和低損耗的特點，更能適應未來超大規(guī)模網(wǎng)絡通信

3、的需求。另外在實際網(wǎng)絡的應用中，這一概念將和其他類型的學科技術交融，如圖論、排隊論。
　　基于以上思想，本文首先分析多播網(wǎng)絡下網(wǎng)絡編碼的本質(zhì)和網(wǎng)絡信息流的定義，然后研究信息空間的自由度、信息流的新型網(wǎng)絡編碼算法以及在實際網(wǎng)絡系統(tǒng)中的應用。基于網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡信息流在理論上可以達到網(wǎng)絡多播的傳輸最大流，實際中則需要結合各種理論知識建模、設計適合不同多播場景的傳輸機制，最終逼近理論極限。
　　本文的主要研究方向包括以下幾個方面：<

4、br>　　第一，基于線性空間對多播網(wǎng)絡的信息流建模，進而基于此信息流模型對多播網(wǎng)絡的容量進行分析，并通過與最優(yōu)路由算法下的多播傳輸進行各方面性能比較，展示網(wǎng)絡編碼給多播網(wǎng)絡帶來的增益和優(yōu)勢。然后，通過對網(wǎng)絡編碼的各種算法進行比較總結，提出以網(wǎng)絡信息流為處理對象的新型網(wǎng)絡編碼算法，即混洗網(wǎng)絡編碼。該算法可有效降低編碼和解碼的復雜度。
　　第二，結合圖論，將混播交換上的阻塞問題轉化為基于信息流的改進沖突圖（Enhanced Confl

5、ict Graph）上的著色問題，分析網(wǎng)絡編碼解決此類問題的原理并推出結合范德蒙矩陣而形成的半隨機網(wǎng)絡編碼方式，彌補以往在交換結點（本文以網(wǎng)絡交換機為例）上運用網(wǎng)絡編碼技術的缺陷，使編碼復雜度大幅度降低。
　　第三，分析應用網(wǎng)絡編碼技術的交換機所對應的基于幀的改進沖突圖，通過提取信息流和分析信息流內(nèi)網(wǎng)絡編碼的實質(zhì)，揭示原有調(diào)度算法無法高效支持網(wǎng)絡編碼算法的實質(zhì)，從而提出編碼驅(qū)動的交換機調(diào)度算法，增加信息流內(nèi)網(wǎng)絡編碼的機會，達到進一

6、步提升交換吞吐率的目的。
　　第四，在多感知中繼這一協(xié)同通信模式下，應對無線媒介容易信息丟失后冗余重傳這一問題，對通過不同感知信道的信息劃分得到網(wǎng)絡信息流并建模；提出基于無線信道的信息流熵估計機制，和緩存編碼算法的編碼感知傳輸協(xié)議，從而有效減少冗余，顯著地提高了頻譜利用率。
　　通過對多播信息流流的建模和理論分析，本文驗證網(wǎng)絡編碼對網(wǎng)絡傳輸改進的有效性，然后對各類應用場景建模，基于網(wǎng)絡編碼的思想進行信息流建模并設計傳輸機制，