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网络编码打破了通信网络中传统的信息处理方式,目前已经取得了巨大的进展。作为网络编码思想在无线网络中的扩展,针对无线单播传输的网络编码机制已经成为当前的一个研究热点。论文涉及无线单播网络编码机制在无线网络中的实际应用,主要研究了以下几个问题:
首先,基于“机会”的无线单播网络编码机制COPE将对无线网络已有的其它应用产生怎样的影响?目前对COPE机制的改进以及新的无线单播网络编码机制其性能到底如何?针对这两个问题,论文在第二章提出网络仿真器NS2上的网络编码扩展的无线模型(EWMC)。基于COPE机制的特性和网络体系结构的分层思想,在分析NS2的无线模型架构的基础上,通过在NS2无线模型的核心:无线节点模型中引入通用的网络编码层并对数据包传输流程进行调整来实现编码机制。此外针对COPE机制的编/解码算法难以实际应用的局限性,论文基于对COPE机制研究的最新理论结果在该扩展模型中提出适用于实际情况的多项式时间编/解码算法。仿真结果显示在一个节点低速移动的无线ad—hoc网络中COPE机制对网络吞吐量的提高约为9.8%,有效地验证了该扩展模型的可行性。
其次,COPE机制中编码机会的数量依赖于传统无线路由协议所建立的数据传输路径,这在实际应用中大大地制约了COPE机制的性能。论文的第三章关注这个问题,在链路丢包率为零的理想网络条件下提出一个无线mesh网络中支持COPE机制有效应用的按需路由协议(OCR)。该协议使用一个将编码带来的收益和路径跳数综合考虑的路由量度来发现拥有编码机会的高吞吐量路径,此外其采用的优化策略能够快速地发现潜在的编码机会并能降低协议的消息复杂度。论文同时证明了该协议具有的几点性质:(1)该协议所发现的路径是无环的;(2)该协议所采用的优化策略不会对最佳路径的发现造成影响;(3)该协议的消息复杂度介于AODV协议的消息复杂度和该协议相关工作的消息复杂度之间。论文的仿真实验结果指出:(1)基于第三章对网络的假设条件,在一个特定无线mesh网络拓扑中COPE机制可能无法显示出其提高网络吞吐量的特性(对网络吞吐量的提高仅为3.6%,非常微弱),而该协议能够有效地打破这种局限性(使用该协议建立数据传输路径后编码对网络吞吐量的提高可达21.6%);(2)该协议所发现的编码机会与传统无线路由协议相比增加约66%。
再次,在链路具有丢包率的单信道无线网络环境中当前已有的网络编码感知的路由协议均存在着两个问题:(1)编码对多条数据流需要在某些路由节点处交汇的需求可能使得某些非交汇的路由节点过载从而抵消网络编码带来的整体性能收益;(2)在进行编码可行性的判断时存在着不同程度的误判情况。论文的第四章主要解决这两个问题。对于第一个问题,提出一个将路由节点的负载程度、数据包的期望传输次数以及网络编码带来的收益综合考虑的路由量度(HPMCL)。同时为了使得该量度能够有效地被使用,提出了与其相配套的无线路由协议(HLCR)。对于第二个问题,论文通过多个实例来分析已有工作的局限所在,并提出一个编码可能性判断规则(CPJC)来发现所有潜在的能够进行编码的状态以及实质上不宜进行编码的情况。同时论文证明了一个辅助的判定定理来提高该判断规则在实际应用中的有效性。论文选择链路具有丢包可能性的随机无线mesh网络拓扑来进行多个仿真实验,结果表明:(1)已有编码感知的无线路由协议OCR的性能在该实验条件下受到限制(利用其建立路径后编码对网络吞吐量的提高量约为10.6%);(2)采用HPMCL量度能够发现拥有潜在编码机会的高吞吐量路径(网络吞吐量的提高量约为28.6%);(3)已有工作的编码可行性判断方法出现误判的情况确实存在,编码可能性判断规则真实有效(在仿真实验中使用其前后,编码对吞吐量的提高量相差约3.3%)。
第五章对全文进行了总结,并对本文的后续工作进行了展望。