無線自組網(wǎng)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的效用最優(yōu)路由和速率選擇機(jī)制研究.pdf

1、無線自組網(wǎng)是一種自組織和自配置的新型無線網(wǎng)絡(luò)，其中沒有固定的基礎(chǔ)設(shè)施，每個(gè)節(jié)點(diǎn)兼具終端和路由器角色，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信是依靠節(jié)點(diǎn)間相互協(xié)作，并以多跳的方式完成。由于無線自組網(wǎng)具有節(jié)點(diǎn)電量有限、無線鏈路不穩(wěn)定、無線信道帶寬有限以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)，所以如何增強(qiáng)數(shù)據(jù)通信的可靠性、提高現(xiàn)有能量和帶寬等資源的利用率成為了無線自組網(wǎng)中重要的研究課題之一。
　　 基于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)可以對(duì)輸入數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，然后再轉(zhuǎn)發(fā)。諸多研究表

2、明，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)能夠有效提高無線自組網(wǎng)的吞吐量、降低通信能耗、提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性。由于功率控制、路由算法、速率控制等技術(shù)是現(xiàn)代無線自組網(wǎng)中三種重要資源控制技術(shù)，本文分別從以下三個(gè)方面探討無線自組網(wǎng)的現(xiàn)有協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的融合問題。
　　 1)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼和功率控制的效用最優(yōu)單播路由問題
　　 節(jié)能和高可靠性是無線自組網(wǎng)的兩個(gè)基本需求。為了滿足這兩方面需求，研究者提出了很多技術(shù)，特別是功率控制機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)。研究結(jié)果

3、顯示，功率控制機(jī)制可用來降低節(jié)點(diǎn)能耗，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)可提高數(shù)據(jù)傳遞可靠性。本文提出一種功率控制和網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)相結(jié)合的機(jī)制(Power Control Joint with Networkcoding，PCNC)來平衡這兩方面需求。本文基于系統(tǒng)效用尺度（結(jié)合能耗，傳遞可靠性，以及平衡二者關(guān)系的收益常數(shù)），首先分析得出給定單播路徑上的效用計(jì)算模型，并提出了效用最優(yōu)的PCNC機(jī)制以及基于PCNC機(jī)制的效用最優(yōu)單播路由策略。模擬實(shí)驗(yàn)表明，本文提出

4、的單播通信中結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼和功率控制的策略取得的系統(tǒng)效用要高于現(xiàn)有其他技術(shù)。
　　 2)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼和功率控制的效用最優(yōu)組播路由問題
　　 由于組播通信也是無線網(wǎng)絡(luò)中常用通信方式，本文進(jìn)而研究了基于PCNC機(jī)制的效用最優(yōu)組播路由問題，即對(duì)于給定的多播請(qǐng)求，如何構(gòu)建多播樹來最大化系統(tǒng)效用，從而平衡數(shù)據(jù)傳輸可靠性和能量消耗。基于系統(tǒng)效用尺度，首先分析得出組播樹上的效用計(jì)算模型，并提出了給定組播樹上的效用最優(yōu)PCNC機(jī)制。接著證

5、明了效用最優(yōu)的組播路由問題是NP難的，并提出一種有效的啟發(fā)式算法。模擬實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的組播通信中結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼和功率控制的策略取得的系統(tǒng)效用要高于現(xiàn)有其他技術(shù)。
　　 3)基于流內(nèi)和流間混合網(wǎng)絡(luò)編碼的速率選擇問題
　　 最新研究表明，在誤碼率較高的無線自組網(wǎng)中，可以通過流內(nèi)和流間混合網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制(Intra-and Inter-session Network coding，I2NC)來提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。I2NC的基本思