面向無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)研究.pdf

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

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

3、-6倍。
　　2.構(gòu)建了一個輕量級的、基于NACK的可靠多播協(xié)議，其中網(wǎng)絡(luò)編碼作為差錯恢復(fù)策略。提出了“反饋輪”機(jī)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(jìn)行同步，將接收端等待修復(fù)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(shè)定下，該協(xié)議的吞吐量是因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)NORM協(xié)議的1.5倍以上。
　　3.對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的動態(tài)多源多播模型進(jìn)

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(shè)計。性能分析與仿真實驗表明，在存在多個多播流的網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)單播機(jī)會路由的效用優(yōu)化模型，旨在最大化網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(jī)制，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況控制源節(jié)點的發(fā)送速率，實現(xiàn)準(zhǔn)可靠傳輸，從而更能適應(yīng)允許少量丟失的實時應(yīng)用的需求。性能分析與仿真實驗表明，算法在稠密網(wǎng)絡(luò)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(luò)整體開銷和更合理的帶寬資源的分配。
　　5.擴(kuò)展了僅使用流內(nèi)編碼的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，將流內(nèi)網(wǎng)絡(luò)編碼看作一種特殊的流間網(wǎng)絡(luò)編碼，提出了一個無線Mesh網(wǎng)絡(luò)上的、結(jié)合流內(nèi)和流間網(wǎng)絡(luò)編碼的效用優(yōu)化模型。證明了該優(yōu)化結(jié)構(gòu)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(jìn)行選擇，并利用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼的特性簡化協(xié)議設(shè)計。性能分析與仿真實驗