基于網絡編碼的數(shù)據(jù)通信技術研究.pdf

1、隨著通信網絡技術的快速發(fā)展和廣泛應用，針對網絡數(shù)據(jù)通信質量的要求不斷提高，如何在現(xiàn)有網絡條件下通過更有效地利用網絡資源,提高網絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?，已成為當今網絡通信研究的重要課題之一。作為一種融合編碼與路由的網絡編碼技術為實現(xiàn)這一目標提供了新的解決方案。網絡編碼允許網絡中間結點對轉發(fā)的數(shù)據(jù)分組進行編碼組合操作，而不再限于網絡數(shù)據(jù)傳統(tǒng)處理模式中的存儲轉發(fā)操作，以此改善網絡數(shù)據(jù)通信性能，如提高網絡吞吐量和網絡帶寬資源的利用率、均衡網絡流量負載

2、，以及提高網絡的健壯性等。因此，網絡編碼被認為是進入21世紀后信息處理和信息傳輸理論領域研究的重大突破，具有重要的理論價值和廣泛的應用前景。
　　論文工作是研究在應用網絡編碼的數(shù)據(jù)通信網絡中，提高數(shù)據(jù)通信效率的機制和方法。主要研究網絡編碼在現(xiàn)有網絡協(xié)議結構中的位置、網絡編碼方案的優(yōu)化和降低網絡編碼負面效應等重要問題及解決方案。論文從三個方面研究基于網絡編碼的網絡數(shù)據(jù)通信方案：網絡編碼與現(xiàn)有網絡各層協(xié)議的結合、基于數(shù)據(jù)流傳送模式控制

3、的網絡編碼增益最大化、以及網絡編碼方案面臨的數(shù)據(jù)傳送時延控制與數(shù)據(jù)傳送可靠性保證，以期使網絡編碼在與現(xiàn)有網絡協(xié)議結合及最小化負面效應的條件下發(fā)揮最大的優(yōu)勢。論文的貢獻體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　1.網絡編碼跨層協(xié)議結構的研究：研究網絡編碼與現(xiàn)有網絡協(xié)議的結合是完善網絡編碼研究、促進網絡編碼實用化的關鍵問題。對此，通過詳細分析網絡編碼與網絡各協(xié)議層現(xiàn)有協(xié)議的結合，論文提出了基于網絡協(xié)議層參數(shù)聯(lián)合調整的網絡編碼跨層協(xié)議結構模型；基于網絡

4、各協(xié)議層現(xiàn)有協(xié)議與網絡編碼關聯(lián)的重要參數(shù)，模型構建描述網絡編碼增益的線性規(guī)劃目標函數(shù)；通過對線性規(guī)劃目標函數(shù)最優(yōu)解的計算，取得對跨層網絡編碼協(xié)議參數(shù)的設置，從而取得基于網絡編碼的網絡系統(tǒng)整體性能的最優(yōu)化設計。理論分析表明模型具有顯著的優(yōu)勢。
　　2.基于數(shù)據(jù)速率匹配的網絡編碼優(yōu)化機制的研究：對現(xiàn)有網絡編碼方案的優(yōu)化和改進是網絡編碼研究中的一個重要問題，網絡編碼在網絡數(shù)據(jù)傳送中獲得充分應用的一個重要環(huán)節(jié)是提高網絡編碼機會。相對于編碼

5、感知路由協(xié)議通過路徑建立中編碼結點的選擇增大網絡編碼機會，論文從網絡數(shù)據(jù)速率匹配的方面研究提高網絡編碼機會的途徑，提出了數(shù)據(jù)速率匹配的網絡編碼優(yōu)化機制。通過對關聯(lián)編碼數(shù)據(jù)速率的線性規(guī)劃目標函數(shù)的求解和數(shù)據(jù)票參量的引入，在多條編碼感知路徑上實現(xiàn)數(shù)據(jù)速率匹配編碼，提高了網絡數(shù)據(jù)傳送中的編碼機會。同時，基于對反映目的結點數(shù)據(jù)解碼狀態(tài)的各數(shù)據(jù)批次解碼時延的統(tǒng)計分析，通過信息反饋過程實現(xiàn)速率分配中的動態(tài)調整，提高模型的動態(tài)適應性。此外，數(shù)據(jù)速率匹

6、配編碼過程在提高網絡編碼機會及均衡網絡流量負載的同時，在較大程度上降低了網絡數(shù)據(jù)的傳送擁塞。理論分析和仿真實驗證明了模型的有效性。
　　3.數(shù)據(jù)傳送時延約束的動態(tài)網絡編碼機制的研究：由于數(shù)據(jù)傳輸速率的差異和網絡鏈路狀態(tài)的不穩(wěn)定性，不同數(shù)據(jù)流分組到達網絡各中間結點的時間不同，而為了提高網絡編碼機會，部分分組需要等待編碼匹配分組的到達；同時，為解碼當前批次數(shù)據(jù)，目的結點需要等待接收到足夠數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)分組，這均增大了網絡數(shù)據(jù)傳送時延。

7、對此，論文提出了一種基于時延約束的網絡編碼模型。模型通過對分組當前累積傳送時延的實時檢測，動態(tài)控制分組的編碼機會，并依據(jù)分組所屬數(shù)據(jù)流的服務優(yōu)先級和分組的當前累積傳送時延優(yōu)先調度分組參與編碼，保證高服務優(yōu)先級數(shù)據(jù)的快速轉發(fā)。為加快后繼批次數(shù)據(jù)在網絡各中間結點的傳送，避免大量冗余數(shù)據(jù)的傳送，模型引入了確認信息逐跳反饋傳輸機制，以控制網絡編碼過程中數(shù)據(jù)傳送時延。仿真實驗驗證了時延的控制結果。
　　4.基于鄰結點協(xié)作的網絡編碼數(shù)據(jù)轉發(fā)機