基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播信息流研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)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(dòng)。2000年，Ahlswede、Cai和Li等人提出“網(wǎng)絡(luò)編碼”的新概念，將網(wǎng)絡(luò)上的信息處理技術(shù)帶入了新的時(shí)代，尤其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)多播場景，通過網(wǎng)絡(luò)編碼的方式進(jìn)行信息融合后，可大幅度提高多播傳輸速率。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)使得多播網(wǎng)絡(luò)傳輸上的研究主題由信息內(nèi)容分發(fā)轉(zhuǎn)變成信息容量界定。然而，在以數(shù)據(jù)包作為網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜度高和理

2、論建模較為繁瑣等問題，難以應(yīng)對(duì)未來社會(huì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、用戶多和信息業(yè)務(wù)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(luò)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(luò)的表現(xiàn)形式和應(yīng)用方式為主題展開研究。
　　如今的網(wǎng)絡(luò)信息流已不再是ATM時(shí)代狹義上的信息流，而是廣義上基于網(wǎng)絡(luò)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(jì)、易處理、易糾檢錯(cuò)和低損耗的特點(diǎn)，更能適應(yīng)未來超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)通信

3、的需求。另外在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，這一概念將和其他類型的學(xué)科技術(shù)交融，如圖論、排隊(duì)論。
　　基于以上思想，本文首先分析多播網(wǎng)絡(luò)下網(wǎng)絡(luò)編碼的本質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)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(luò)編碼算法以及在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用?；诰W(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)信息流在理論上可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)多播的傳輸最大流，實(shí)際中則需要結(jié)合各種理論知識(shí)建模、設(shè)計(jì)適合不同多播場景的傳輸機(jī)制，最終逼近理論極限。
　　本文的主要研究方向包括以下幾個(gè)方面：<

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

5、ict Graph）上的著色問題，分析網(wǎng)絡(luò)編碼解決此類問題的原理并推出結(jié)合范德蒙矩陣而形成的半隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼方式，彌補(bǔ)以往在交換結(jié)點(diǎn)（本文以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為例）上運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的缺陷，使編碼復(fù)雜度大幅度降低。
　　第三，分析應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的交換機(jī)所對(duì)應(yīng)的基于幀的改進(jìn)沖突圖，通過提取信息流和分析信息流內(nèi)網(wǎng)絡(luò)編碼的實(shí)質(zhì)，揭示原有調(diào)度算法無法高效支持網(wǎng)絡(luò)編碼算法的實(shí)質(zhì)，從而提出編碼驅(qū)動(dòng)的交換機(jī)調(diào)度算法，增加信息流內(nèi)網(wǎng)絡(luò)編碼的機(jī)會(huì)，達(dá)到進(jìn)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(yīng)對(duì)無線媒介容易信息丟失后冗余重傳這一問題，對(duì)通過不同感知信道的信息劃分得到網(wǎng)絡(luò)信息流并建模；提出基于無線信道的信息流熵估計(jì)機(jī)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(duì)多播信息流流的建模和理論分析，本文驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸改進(jìn)的有效性，然后對(duì)各類應(yīng)用場景建模，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的思想進(jìn)行信息流建模并設(shè)計(jì)傳輸機(jī)制，