無線廣播網絡的網絡編碼研究.pdf

1、網絡編碼自提出以來，已在理論上證明可以帶來諸多好處，如大幅增加網絡的容量，使分布式系統(tǒng)的設計更為簡化。然而，目前實際系統(tǒng)中卻很少采用網絡編碼技術，主要存在的問題有：引入的解碼時延、額外的編解碼開銷和安全性的隱患等。本課題針對無線廣播網絡研究網絡編碼存在的前兩方面問題。
　　 首先，針對單跳無線廣播中網絡編碼方案信道較差用戶解碼時延不公平的問題，我們提出了基于速率控制的在線網絡編碼Rate-controlled ARQ for N

2、etwork Coding(RANC)的方法，可以在不犧牲吞吐量的前提下改善信道較差用戶的解碼時延。針對大部分文獻中時延控制方案依賴理想反饋而較難應用在大規(guī)模網絡的問題，我們在RANC的基礎上提出了專為網絡編碼設計的新的反饋機制Eally Loss Alarm(ELA)以及對應的網絡編碼方案移動窗口網絡編碼Moving Window Network Coding(MWNC)。仿真顯示，MWNC-ELA可以到達與RANC十分接近的解碼時延

3、與吞吐量的折中性能，卻將反饋的開銷大大降低。根據(jù)隨機游動的理論，我們給出了RANC和MWNC-ELA各接收節(jié)點解碼時延的性能分析，證明了吞吐量和解碼時延之間存在一個本質的折中關系。
　　 其次，為進一步解決MWNC-LA沒有吞吐量保證的問題，我們提出一種編碼窗口大小動態(tài)調整的MWNC-ELA方法，并從理論上證明改進后的MWNC-ELA可以以有限的編碼長度達到網絡容量內的任何目標吞吐量，同時給出了反饋開銷的理論推導。針對有良好的時

4、延要求的應用，我們設計了超時預警Delay Exceed Alarm(DEA)的反饋機制，基于DEA機制的新移動窗口網絡編碼方案MWNC-DEA具備兩點優(yōu)勢：1)基站在不需要采集網絡的拓撲信息的情況下，可以對網絡中的動態(tài)變化進行自動的即時調整：2)MWNC-DEA可以為所有的接收節(jié)點提供良好的解碼時延保證。仿真驗證了理論分析，并顯示在相同吞吐量的情況下，MWNC-DEA可以滿足MWNC-ELA無法保障的時延要求。
　　 最后，針

5、對ELA或DEA的反饋時延造成的效率下降問題，我們設計了沒有顯式反饋的MWNC方案，使得在單跳廣播中，即使沒有任何反饋信息仍可以保證在任何一個接收節(jié)點都有很高的可靠性。針對單跳廣播吞吐量瓶頸的問題，我們研究了如何將新設計的MWNC方案應用在協(xié)作廣播中，提出了協(xié)作廣播協(xié)議MWNCast。根據(jù)我們提出的等效信道的數(shù)學模型，分析了協(xié)作廣播方案MWNCast可靠性、解碼時延及復雜度等三方面的性質，得到了以下的結論：1)MWNCast在沒有實時反