無線網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的可靠通信問題的研究.pdf

1、目前，無線網(wǎng)絡(luò)由于其價格低廉、布網(wǎng)容易等特點，受到越來越多的關(guān)注。然而，由于無線信道衰落、節(jié)點之間的干擾或者節(jié)點本身的硬件毀壞等原因，無線網(wǎng)絡(luò)中無線鏈路相比于有線鏈路來說是非常脆弱容易失效的。此外，無線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)能量和其他資源與有線網(wǎng)絡(luò)相比要少得多。故而，如何在無線網(wǎng)絡(luò)中防止鏈路失敗，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠傳輸并且合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，成為目前研究的一個熱點問題。因此，本文主要研究無線網(wǎng)絡(luò)中的可靠傳輸問題。
　　 近年來，為了確保無線網(wǎng)絡(luò)

2、中的可靠傳輸并且合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，研究人員提出了各種網(wǎng)絡(luò)保護機制來保護無線網(wǎng)絡(luò)傳輸防止鏈路失敗，例如：能量控制機制、自動重傳請求(ARQ)機制、前向糾錯(FEC)機制和基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)保護機制等等。本文中主要關(guān)注如何合理地使用網(wǎng)絡(luò)編碼來保護網(wǎng)絡(luò)傳輸和減少網(wǎng)絡(luò)資源的消耗。
　　 網(wǎng)絡(luò)編碼是近年來新興的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在無線網(wǎng)絡(luò)中，合理的利用網(wǎng)絡(luò)編碼能夠提高無線網(wǎng)絡(luò)資源利用率、減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量和提高無線網(wǎng)絡(luò)可靠性和吞吐量。

3、因此，網(wǎng)絡(luò)編碼可以給無線網(wǎng)絡(luò)帶來深刻的影響。在本文中，我們主要使用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)中的可靠通信和充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。本文主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點總結(jié)如下：
　　 1.本文研究了無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)(WMN)中的多點到一點的通信模式的1+N保護機制。這種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的1+N保護是用來解決網(wǎng)絡(luò)中N個源節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)到同一網(wǎng)關(guān)節(jié)點（多點到一點通信），并且網(wǎng)絡(luò)中僅有一條路徑發(fā)送失敗時，如何使用網(wǎng)絡(luò)編碼進行網(wǎng)絡(luò)保護的問題。但是，已有這種1

4、+N保護方案僅能應(yīng)用于特定網(wǎng)絡(luò)拓撲，即網(wǎng)絡(luò)中的任意κ個源節(jié)點至少要連接到κ+1個一跳鄰居路由節(jié)點并且嚴重浪費每個路由節(jié)點上剩下的路徑上的網(wǎng)絡(luò)資源。實際上，只要網(wǎng)絡(luò)中有足夠的路徑資源，我們就可以對所有用戶提供1+N保護。所以，本文給出了一種擴展的驗證普通拓撲的WMN網(wǎng)絡(luò)是否可以提供1+N保護的充分必要條件：網(wǎng)絡(luò)中的任意κ個源節(jié)點至少要連接到κ+1條可達網(wǎng)關(guān)節(jié)點的互不相交的路徑，并改進了以前的1+N保護機制使其能夠在更為一般的網(wǎng)絡(luò)拓撲上應(yīng)用

5、，以使網(wǎng)絡(luò)中的路徑資源能夠得到充分利用。本文給出一個輔助圖來將原始的具有普通拓撲的網(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)換成一種嚴格的網(wǎng)絡(luò)拓撲，在這種嚴格的網(wǎng)絡(luò)拓撲條件下以前提出的1+N保護機制就能夠成功的應(yīng)用。通過這種圖的轉(zhuǎn)換可以將原來的只能在具有嚴格拓撲的WMN網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用1+N保護機制，拓展應(yīng)用到普通的網(wǎng)絡(luò)拓撲中去，從而，極大的提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　 2.本文針對無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中只有一對具有多條數(shù)據(jù)路徑的源和目的通信節(jié)點對之間有多條路徑

6、失敗的網(wǎng)絡(luò)保護問題，提出了一種新的多路徑失敗保護的N+k編碼保護機制。當(dāng)這個通信節(jié)點對之間有多條路徑傳輸失敗時，如何有效的恢復(fù)失敗的數(shù)據(jù)提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率是本文研究的另一個主要問題。首先，本文設(shè)計一種以平均失敗路徑保護而非簡單的以最壞失敗路徑來進行保護的編碼方案。本文給出的這種基于平均路徑失敗的編碼保護方案，不僅可以滿足網(wǎng)絡(luò)保護的需求還能夠充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。其次，本文證明了本文中對于某通信節(jié)點對之間多路徑失敗的N+k編

7、碼保護機制中的編碼方案的可解碼性。最后，本文給出相關(guān)實驗說明本文提出的基于保護平均路徑失敗的N+k編碼保護機制相比于以前給出的基于保護最壞路徑失敗的編碼保護機制來說，能夠充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　 3.洪泛傳輸是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最基本的服務(wù)之一，主要用來將某個消息發(fā)送給整個傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個傳感器節(jié)點。在洪泛傳輸中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼可以減少冗余傳輸、節(jié)省節(jié)點能量的消耗和延長網(wǎng)絡(luò)壽命。本文研究了在異步傳感器網(wǎng)絡(luò)中如何使用網(wǎng)

8、絡(luò)編碼來減少洪泛次數(shù)進行有效的可靠的洪泛問題。本文提出了異步睡眠調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的有效洪泛機制。本文給出一個轉(zhuǎn)換算法將原始的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖轉(zhuǎn)換成時空輔助圖，然后，通過這個時空輔助圖將原來的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的有效洪泛轉(zhuǎn)換成一個等價的問題來進行研究。對于這個給定的等價問題本文只需要在輔助圖中找到最小生成樹，就可以獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)洪泛。本文同時給出了一個啟發(fā)式算法來計算最小生成樹。并且本文說明了本文的圖轉(zhuǎn)換算法和尋找最小生成樹的算法都是可