基于網(wǎng)絡編碼的無線Mesh網(wǎng)絡傳輸關鍵技術(shù)研究.pdf

1、無線Mesh網(wǎng)絡是一種具有廣泛應用前景的無線接入系統(tǒng)，而目前無線Mesh網(wǎng)絡中存在一些挑戰(zhàn)需要解決，如網(wǎng)絡吞吐量受限、服務質(zhì)量得不到保障等。網(wǎng)絡編碼允許網(wǎng)絡節(jié)點對接收的數(shù)據(jù)包進行加工處理，為解決無線Mesh網(wǎng)絡問題提供了一條新途徑。本文研究基于網(wǎng)絡編碼的無線Mesh網(wǎng)絡傳輸關鍵技術(shù)，主要從傳輸結(jié)構(gòu)和傳輸特性兩個方面展開。針對無線Mesh網(wǎng)絡具有多路徑傳輸結(jié)構(gòu)，本文提出基于多路徑的分段網(wǎng)絡編碼算法，并研究了與多路徑分段網(wǎng)絡編碼適應的傳輸控

2、制協(xié)議MPTCP，研究了多路徑網(wǎng)絡編碼中節(jié)點的博弈;針對無線Mesh網(wǎng)絡的傳輸特性，本文提出了基于機會路由的確定性網(wǎng)絡編碼和低時延網(wǎng)絡編碼算法，提出了自相似流量中基于同步的網(wǎng)絡編碼算法。本文對基于網(wǎng)絡編碼的無線Mesh網(wǎng)絡傳輸關鍵技術(shù)進行了深入研究，主要工作如下:
　　(1)針對無線網(wǎng)絡多路徑傳輸中數(shù)據(jù)包部分出錯而丟棄的問題，提出了一種基于多路徑的分段網(wǎng)絡編碼算法，并且設計了適應多路徑分段網(wǎng)絡編碼的MPTCP。提出的基于多路徑的分

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

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

5、證了理論分析。
　　(3)針對目前無線Mesh網(wǎng)絡無法滿足流媒體的服務質(zhì)量問題，本文研究了機會路由轉(zhuǎn)發(fā)侯選集中編碼節(jié)點選擇的問題，提出一種基于機會路由的確定性網(wǎng)絡編碼。采用機會路由下無線Mesh網(wǎng)絡的鏈路吞吐量模型，利用確定性網(wǎng)絡演算理論，得到無線Mesh網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)據(jù)積壓的上界以及端到端數(shù)據(jù)流延遲和抖動的上界;然后設計滿足流媒體服務質(zhì)量的確定性網(wǎng)絡編碼(DNC)，提出ETC作為確定機會路由中編碼節(jié)點的指標;提出ETP作為機會路由中

6、選擇候選節(jié)點的指標。仿真表明吞吐量在增加的同時，端到端的延時和抖動值得到下降。
　　(4)針對現(xiàn)有基于機會路由的網(wǎng)絡編碼解碼延遲較高，無法滿足流媒體無線Mesh網(wǎng)絡要求的問題，提出一種低時延的網(wǎng)絡編碼。該低時延網(wǎng)絡編碼包括可變長度網(wǎng)絡編碼和候選節(jié)點反饋。提出和詳細分析了基于機會路由的可變長度網(wǎng)絡編碼(VLNC)的編碼和解碼延遲，可靠性;然后提出了候選結(jié)點反饋(CNF)編碼數(shù)據(jù)包的方法。給出了低時延網(wǎng)絡編碼的算法，在候選結(jié)點采用計數(shù)

7、器來保證中間節(jié)點輸出相同秩，在目的節(jié)點不能構(gòu)成滿秩解碼矩陣時，向候選節(jié)點反饋查找所需要的解碼向量，實現(xiàn)縮短解碼時間。通過仿真，結(jié)果表明所提出的低時延網(wǎng)絡編碼能夠降低時延，可以滿足無線Mesh網(wǎng)絡中流媒體應用。
　　(5)針對自相似流會造成網(wǎng)絡中隊列長度增加、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)絡編碼算法。在網(wǎng)絡中發(fā)生突發(fā)性自相似流量后，采用基于同步的網(wǎng)絡編碼算法來提高無線Mesh網(wǎng)絡性能。該算法是基于數(shù)據(jù)包的目的地