基于网络编码的无线网络通信机制研究

  本文关键词：基于网络编码的无线网络通信机制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《华中科技大学》 2010年

基于网络编码的无线网络通信机制研究

黄辰  

【摘要】： 无线网络的传输性能受到多种无线网络特征的影响,包括严重的信号同频干扰,有限的网络带宽,终端的移动性高,无线信道的不稳定等等。网络编码自2000年被提出以来,作为一种可以压缩比特信息流的编码机制,被广泛应用到多个领域中以提升无线网络的性能。传统的网络优化机制中主要考虑的是如何避免数据流之间的碰撞干扰,而网络编码的核心思想是节点将来自于多条入度链路的信息流融合为一个单独的编码信息流传输,通过这种方式,网络中传输的数据包数量将大为减少,从而可以改善网络容量。网络编码不仅利用数据流的耦合为提升网络容量带来了一种新的思路,还有其它的一些优势,比如节能,提高传输鲁棒性,保障信息安全等。正由于网络编码拥有多个潜在的应用领域,使其得到了来自于学术界和工业界的广泛关注。网络编码的思想可其它多种技术和算法相结合,并且正在成为下一代无线网络中最重要的研究领域之一。 本文着眼于解决将网络编码应用于无线网络的四个主要网络层次中所出现的问题。首先,本文研究了如何在网络层上限制编码次数以提高能量的有效性；然后,我们在MAC层上研究了公平调度与网络编码的结合,以保障多用户系统的容量增益；之后,为了加强多中继无线网络的双向数据交换,提出了一种基于物理层网络编码的分布式协作通信机制；最后,在应用层,我们引入了层次化网络编码,用以在无线网络中构建可靠、灵活的多跳多径切换连接。 本文主要取得了如下研究成果： (1)提出了一种基于网络编码的数据分发机制CRNC。为了限制传统网络编码中固有的冗余性,受经典的传染病传播模型的启发,我们提出了一种受限网络编码模型。在该模型中,原始编码数据包的最大复制次数是调节编码数据包的传输时延和传输数量的关键参数。文中对网络中存在的“热点”进行了分析,特别是在能量有限的条件下,作出最优的流量控制策略。CRNC机制可以在资源消耗和网络性能之间达到较好的均衡。 (2)提出了一种基于网络编码感知的公平调度机制FSNC。传统网络编码专注于网络整体吞吐率的提高,忽视了用户在解码能力和信道状态上的差异。如果缺乏适当的调度,网络编码可能会给吞吐率增益带来负面影响。为此,FSNC机制引入了银行信贷模型以平衡用户在统计上的短期公平性。FSNC机制还根据包含有用户知识空间信息的ARQ反馈消息,做出调度决策。仿真实验证实,FSNC机制可以在提供公平的服务时间的同时,提升多用户系统中每个用户的吞吐率。 (3)提出了一种基于网络编码的分布式协作通信机制NCCC。为了利用无线信号之间的相互干扰,我们引入了基于信道参数的物理层网络编码以构建编码系数矩阵,并且设计了分布式中继节点选择算法,以选择出能够最大化即时互信息量之和的合适的中继节点集合。理论和仿真结果表明NCCC机制可以在多信源多信宿的无线网络的双向数据交换过程中提升包括平均网络容量和中断概率在内的网络性能。 (4)提出了一种基于网络编码的多目标切换机制NCHO。为了改善传统多跳切换中存在的可靠性和实时性差的问题,引入了层次化网络编码技术。层次化网络编码可以在类似于势能场的无线Mesh网络中,控制编码数据包的传输方向和数量。在NCHO机制中,通过建立移动台到多个网络接入点之间的多跳多径切换连接,可以极大提升了切换的鲁棒性和灵活性。 本文的主要工作是研究了网络编码应用于无线网络中所出现的问题。论文的研究成果将有助于加快网络编码的发展,具有一定的理论前瞻性和实际应用价值。

【关键词】：
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TN929.5
【目录】：

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