基于网络编码的移动Ad Hoc网络性能研究

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移动Ad Hoc网络是一种移动多跳自组无线网络,它没有任何控制中心或固定基础设施,而是依靠网络中多个节点的相互协作在复杂、多变的无线环境中自主形成网络,通过无线多跳转发技术进行节点间的信息交换。移动Ad Hoc网络的特点是自组织灵活性较强、支持节点移动、易于网络迅速展开、系统的整体抗毁性较强,某个节点或是少量的某些节点的加入或离开不会影响整个网络系统的运作,系统的成本较低。然而,目前移动AdHoc网络中的节点的计算能力、存储空间和能源储备等方面都十分有限,如何能提高网络的能量效率及传输性能成为移动Ad Hoc网络需要解决的问题。在网络拓扑变化和移动终端存在不足的情况下,提高网络传输吞吐量,减少网络传输延迟,以及增强网络可靠性,提高网络利用率是提高网络传输性能的重要研究方向。   网络编码理论是网络通信领域的一项很重要且很具有研究价值的理论,特别是在无线网络通信体系中。在网络编码技术中,中继节点不再是传统的“接收-存储-转发”的通信方式,而是对接收到的报文进行编码后再转发,与传统的路由方式相比,网络编码技术能够提高整个传输过程的吞吐量、传输效率和可靠性。本论文综合考虑了移动Ad Hoe网络的吞吐量、传输延迟和传输可靠性等因素,将探讨移动Ad Hoc网络与网络编码技术相结合的可行性,研究将网络编码思想应用到移动Ad Hoc网络传输过程及路由协议设计的方案,并进行相应的系统性能分析。具体研究工作及结果如下:   本文提出一种基于网络编码的Ad Hoc网络单播协议改进方法,该方法根据Ad Hoc网络路由协议的特点和一定的编码判断规则,并利用COPE方式进行数据传输,以此达到Ad Hoc网络端到端数据吞吐量的提高和网络平均端到端延迟的减少的目的。实验结果表明,基于网络编码的改进协议相比传统传输协议在传输网络存在较多传输节点的情况下,端到端数据吞吐量提高了约30%,平均端到端的延迟减少了约10%-20%。   提出一种基于网络编码的移动Ad Hoc网络ARQ重传机制,并利用CLONE-K-LOOP算法优化组合需要重传的数据包,减少重传次数,同时也保证了重传的可靠性。实验结果表明,基于网络编码的重传机制相对传统的重传机制在重传次数上减少了约20%-50%,提高了移动Ad Hoc网络的利用率。   提出一种移动Ad Hoc网络的冗余网络编码方法,利用连续最短路径算法选取编码包,增加传输冗余度,使得接收节点接收到传输的编码包后,能通过至少两种以上的方式解出所需数据包,减少无线链路丟包所带来的影响。实验结果表明,冗余网络编码方法能使网络存在较高链路丢包率的情况下,通过增加少许冗余数据传输,提高了移动Ad Hoc网络的传输成功率和可靠性,保证网络传输质量。
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