無線網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的可靠通信問題的研究.pdf

1、目前，無線網(wǎng)絡(luò)由于其價(jià)格低廉、布網(wǎng)容易等特點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注。然而，由于無線信道衰落、節(jié)點(diǎn)之間的干擾或者節(jié)點(diǎn)本身的硬件毀壞等原因，無線網(wǎng)絡(luò)中無線鏈路相比于有線鏈路來說是非常脆弱容易失效的。此外，無線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)能量和其他資源與有線網(wǎng)絡(luò)相比要少得多。故而，如何在無線網(wǎng)絡(luò)中防止鏈路失敗，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠傳輸并且合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，成為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。因此，本文主要研究無線網(wǎng)絡(luò)中的可靠傳輸問題。
　　 近年來，為了確保無線網(wǎng)絡(luò)

2、中的可靠傳輸并且合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，研究人員提出了各種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制來保護(hù)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸防止鏈路失敗，例如：能量控制機(jī)制、自動重傳請求(ARQ)機(jī)制、前向糾錯(cuò)(FEC)機(jī)制和基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制等等。本文中主要關(guān)注如何合理地使用網(wǎng)絡(luò)編碼來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)傳輸和減少網(wǎng)絡(luò)資源的消耗。
　　 網(wǎng)絡(luò)編碼是近年來新興的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在無線網(wǎng)絡(luò)中，合理的利用網(wǎng)絡(luò)編碼能夠提高無線網(wǎng)絡(luò)資源利用率、減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量和提高無線網(wǎng)絡(luò)可靠性和吞吐量。

3、因此，網(wǎng)絡(luò)編碼可以給無線網(wǎng)絡(luò)帶來深刻的影響。在本文中，我們主要使用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)中的可靠通信和充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。本文主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下：
　　 1.本文研究了無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)(WMN)中的多點(diǎn)到一點(diǎn)的通信模式的1+N保護(hù)機(jī)制。這種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的1+N保護(hù)是用來解決網(wǎng)絡(luò)中N個(gè)源節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到同一網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（多點(diǎn)到一點(diǎn)通信），并且網(wǎng)絡(luò)中僅有一條路徑發(fā)送失敗時(shí)，如何使用網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的問題。但是，已有這種1

4、+N保護(hù)方案僅能應(yīng)用于特定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，即網(wǎng)絡(luò)中的任意κ個(gè)源節(jié)點(diǎn)至少要連接到κ+1個(gè)一跳鄰居路由節(jié)點(diǎn)并且嚴(yán)重浪費(fèi)每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)上剩下的路徑上的網(wǎng)絡(luò)資源。實(shí)際上，只要網(wǎng)絡(luò)中有足夠的路徑資源，我們就可以對所有用戶提供1+N保護(hù)。所以，本文給出了一種擴(kuò)展的驗(yàn)證普通拓?fù)涞腤MN網(wǎng)絡(luò)是否可以提供1+N保護(hù)的充分必要條件：網(wǎng)絡(luò)中的任意κ個(gè)源節(jié)點(diǎn)至少要連接到κ+1條可達(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的互不相交的路徑，并改進(jìn)了以前的1+N保護(hù)機(jī)制使其能夠在更為一般的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖蠎?yīng)用

5、，以使網(wǎng)絡(luò)中的路徑資源能夠得到充分利用。本文給出一個(gè)輔助圖來將原始的具有普通拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)換成一種嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌谶@種嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錀l件下以前提出的1+N保護(hù)機(jī)制就能夠成功的應(yīng)用。通過這種圖的轉(zhuǎn)換可以將原來的只能在具有嚴(yán)格拓?fù)涞腤MN網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用1+N保護(hù)機(jī)制，拓展應(yīng)用到普通的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲腥?，從而，極大的提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　 2.本文針對無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中只有一對具有多條數(shù)據(jù)路徑的源和目的通信節(jié)點(diǎn)對之間有多條路徑

6、失敗的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)問題，提出了一種新的多路徑失敗保護(hù)的N+k編碼保護(hù)機(jī)制。當(dāng)這個(gè)通信節(jié)點(diǎn)對之間有多條路徑傳輸失敗時(shí)，如何有效的恢復(fù)失敗的數(shù)據(jù)提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率是本文研究的另一個(gè)主要問題。首先，本文設(shè)計(jì)一種以平均失敗路徑保護(hù)而非簡單的以最壞失敗路徑來進(jìn)行保護(hù)的編碼方案。本文給出的這種基于平均路徑失敗的編碼保護(hù)方案，不僅可以滿足網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的需求還能夠充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。其次，本文證明了本文中對于某通信節(jié)點(diǎn)對之間多路徑失敗的N+k編

7、碼保護(hù)機(jī)制中的編碼方案的可解碼性。最后，本文給出相關(guān)實(shí)驗(yàn)說明本文提出的基于保護(hù)平均路徑失敗的N+k編碼保護(hù)機(jī)制相比于以前給出的基于保護(hù)最壞路徑失敗的編碼保護(hù)機(jī)制來說，能夠充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　 3.洪泛傳輸是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最基本的服務(wù)之一，主要用來將某個(gè)消息發(fā)送給整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。在洪泛傳輸中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼可以減少冗余傳輸、節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量的消耗和延長網(wǎng)絡(luò)壽命。本文研究了在異步傳感器網(wǎng)絡(luò)中如何使用網(wǎng)

8、絡(luò)編碼來減少洪泛次數(shù)進(jìn)行有效的可靠的洪泛問題。本文提出了異步睡眠調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的有效洪泛機(jī)制。本文給出一個(gè)轉(zhuǎn)換算法將原始的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D轉(zhuǎn)換成時(shí)空輔助圖，然后，通過這個(gè)時(shí)空輔助圖將原來的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的有效洪泛轉(zhuǎn)換成一個(gè)等價(jià)的問題來進(jìn)行研究。對于這個(gè)給定的等價(jià)問題本文只需要在輔助圖中找到最小生成樹，就可以獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)洪泛。本文同時(shí)給出了一個(gè)啟發(fā)式算法來計(jì)算最小生成樹。并且本文說明了本文的圖轉(zhuǎn)換算法和尋找最小生成樹的算法都是可