面向無線網(wǎng)絡的網(wǎng)絡編碼技術研究.pdf

1、網(wǎng)絡編碼理論在2000年由Ahlswede等基于網(wǎng)絡信息流的概念提出，目前已被應用于網(wǎng)絡安全、路由算法和可靠傳輸?shù)阮I域。本文對無線網(wǎng)絡上基于網(wǎng)絡編碼的的關鍵技術，如隨機線性網(wǎng)絡編碼、基于網(wǎng)絡編碼的可靠傳輸及基于網(wǎng)絡編碼的機會路由等進行了細致的分析與研究，主要創(chuàng)新點如下:
　　1.應用SIMD實現(xiàn)了隨機線性網(wǎng)絡編碼的硬件加速。雖然隨機線性網(wǎng)絡編碼已經(jīng)被證明可以達到多播容量的上限，但受限于其較低的編解碼速率，隨機線性網(wǎng)絡編碼并沒有被應

2、用于商用領域。本文分析了隨機線性網(wǎng)絡編碼的復雜度，指出在隨機線性網(wǎng)絡編碼中行運算占用了99％的編解碼時間，因此提高隨機線性網(wǎng)絡編碼效率的重點在于提高行運算的效率。本文提出預查表的思想，應用SSE3指令PSHUFB將行乘運算轉(zhuǎn)換為對GF(28)乘法表的并行查找。實驗結果表明，在Intel T55001.66G桌面機上對128個大小為4096字節(jié)的信息塊進行運算，編碼速率可達到24.522MB/second，比同類的SIMD優(yōu)化算法性能高5

3、-6倍。
　　2.構建了一個輕量級的、基于NACK的可靠多播協(xié)議，其中網(wǎng)絡編碼作為差錯恢復策略。提出了“反饋輪”機制，使用“反饋輪”在發(fā)送端與接收端、接收端與接收端之間進行同步，將接收端等待修復的時間平均到每一輪，防止了抖動。實驗表明，在最大發(fā)送速率為2Mbps、編碼組長度為128個1000字節(jié)信息塊的設定下，該協(xié)議的吞吐量是因特網(wǎng)標準NORM協(xié)議的1.5倍以上。
　　3.對無線Mesh網(wǎng)絡中基于網(wǎng)絡編碼的動態(tài)多源多播模型進

4、行了分析與研究，給出了該模型的啟發(fā)式實現(xiàn)MulSrc。在MulSrc中，引入了虛擬分組“信用度”的概念，并給出了新的“信用度”統(tǒng)計方法。通過“信用度”的分配，MulSrc將速率分配、流控制和路由同實際的分組發(fā)送分離開來，簡化了協(xié)議設計。性能分析與仿真實驗表明，在存在多個多播流的網(wǎng)絡上，MulSrc可以取得比同類協(xié)議Pacifier更好的性能。
　　4.提出了一個應用于無線Mesh網(wǎng)絡單播機會路由的效用優(yōu)化模型，旨在最大化網(wǎng)絡吞吐量

5、，并在各個流之間均衡地分配資源。給出了該模型對偶算法的漸近最優(yōu)性證明及該對偶算法的啟發(fā)式實現(xiàn)MulPro，應用可控的要素，如流的選擇、傳輸速率的控制等，以實際發(fā)送的分組數(shù)量指引流量分配。提出了一個類似于TCP協(xié)議的擁塞控制機制，根據(jù)當前網(wǎng)絡狀況控制源節(jié)點的發(fā)送速率，實現(xiàn)準可靠傳輸，從而更能適應允許少量丟失的實時應用的需求。性能分析與仿真實驗表明，算法在稠密網(wǎng)絡上及存在多個流的條件下，可以取得比同類的MORE協(xié)議和NCMR協(xié)議更大的吞吐量

6、、更低的網(wǎng)絡整體開銷和更合理的帶寬資源的分配。
　　5.擴展了僅使用流內(nèi)編碼的優(yōu)化結構，將流內(nèi)網(wǎng)絡編碼看作一種特殊的流間網(wǎng)絡編碼，提出了一個無線Mesh網(wǎng)絡上的、結合流內(nèi)和流間網(wǎng)絡編碼的效用優(yōu)化模型。證明了該優(yōu)化結構對偶算法的漸近最優(yōu)性，并給出了該算法的啟發(fā)式實現(xiàn)MiiCode。MiiCode依據(jù)節(jié)點上“編碼信用度”隊列的積壓以統(tǒng)一的方式對流間編碼和流內(nèi)編碼方式進行選擇，并利用隨機線性網(wǎng)絡編碼的特性簡化協(xié)議設計。性能分析與仿真實驗