基于網(wǎng)絡編碼的無線網(wǎng)絡通信機制研究.pdf

1、無線網(wǎng)絡的傳輸性能受到多種無線網(wǎng)絡特征的影響，包括嚴重的信號同頻干擾，有限的網(wǎng)絡帶寬，終端的移動性高，無線信道的不穩(wěn)定等等。網(wǎng)絡編碼自2000年被提出以來，作為一種可以壓縮比特信息流的編碼機制，被廣泛應用到多個領域中以提升無線網(wǎng)絡的性能。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡優(yōu)化機制中主要考慮的是如何避免數(shù)據(jù)流之間的碰撞干擾，而網(wǎng)絡編碼的核心思想是節(jié)點將來自于多條入度鏈路的信息流融合為一個單獨的編碼信息流傳輸，通過這種方式，網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)量將大為減少，從而可

2、以改善網(wǎng)絡容量。網(wǎng)絡編碼不僅利用數(shù)據(jù)流的耦合為提升網(wǎng)絡容量帶來了一種新的思路，還有其它的一些優(yōu)勢，比如節(jié)能，提高傳輸魯棒性，保障信息安全等。
　　 正由于網(wǎng)絡編碼擁有多個潛在的應用領域，使其得到了來自于學術界和工業(yè)界的廣泛關注。網(wǎng)絡編碼的思想可其它多種技術和算法相結(jié)合，并且正在成為下一代無線網(wǎng)絡中最重要的研究領域之一。
　　 本文著眼于解決將網(wǎng)絡編碼應用于無線網(wǎng)絡的四個主要網(wǎng)絡層次中所出現(xiàn)的問題。首先，本文研究了如何在網(wǎng)

3、絡層上限制編碼次數(shù)以提高能量的有效性；然后，我們在MAC 層上研究了公平調(diào)度與網(wǎng)絡編碼的結(jié)合，以保障多用戶系統(tǒng)的容量增益；之后，為了加強多中繼無線網(wǎng)絡的雙向數(shù)據(jù)交換，提出了一種基于物理層網(wǎng)絡編碼的分布式協(xié)作通信機制；最后，在應用層，我們引入了層次化網(wǎng)絡編碼，用以在無線網(wǎng)絡中構(gòu)建可靠、靈活的多跳多徑切換連接。
　　 本文主要取得了如下研究成果：
　　 （1）提出了一種基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)機制CRNC。為了限制傳統(tǒng)網(wǎng)絡編碼

4、中固有的冗余性，受經(jīng)典的傳染病傳播模型的啟發(fā)，我們提出了一種受限網(wǎng)絡編碼模型。在該模型中，原始編碼數(shù)據(jù)包的最大復制次數(shù)是調(diào)節(jié)編碼數(shù)據(jù)包的傳輸時延和傳輸數(shù)量的關鍵參數(shù)。文中對網(wǎng)絡中存在的“熱點”進行了分析，特別是在能量有限的條件下，作出最優(yōu)的流量控制策略。CRNC 機制可以在資源消耗和網(wǎng)絡性能之間達到較好的均衡。
　　 （2）提出了一種基于網(wǎng)絡編碼感知的公平調(diào)度機制FSNC。傳統(tǒng)網(wǎng)絡編碼專注于網(wǎng)絡整體吞吐率的提高，忽視了用戶在解碼

5、能力和信道狀態(tài)上的差異。如果缺乏適當?shù)恼{(diào)度，網(wǎng)絡編碼可能會給吞吐率增益帶來負面影響。為此，F(xiàn)SNC 機制引入了銀行信貸模型以平衡用戶在統(tǒng)計上的短期公平性。FSNC 機制還根據(jù)包含有用戶知識空間信息的ARQ 反饋消息，做出調(diào)度決策。仿真實驗證實，F(xiàn)SNC 機制可以在提供公平的服務時間的同時，提升多用戶系統(tǒng)中每個用戶的吞吐率。
　　 （3）提出了一種基于網(wǎng)絡編碼的分布式協(xié)作通信機制NCCC。為了利用無線信號之間的相互干擾，我們引入了

6、基于信道參數(shù)的物理層網(wǎng)絡編碼以構(gòu)建編碼系數(shù)矩陣，并且設計了分布式中繼節(jié)點選擇算法，以選擇出能夠最大化即時互信息量之和的合適的中繼節(jié)點集合。理論和仿真結(jié)果表明NCCC 機制可以在多信源多信宿的無線網(wǎng)絡的雙向數(shù)據(jù)交換過程中提升包括平均網(wǎng)絡容量和中斷概率在內(nèi)的網(wǎng)絡性能。
　　 （4）提出了一種基于網(wǎng)絡編碼的多目標切換機制NCHO。為了改善傳統(tǒng)多跳切換中存在的可靠性和實時性差的問題，引入了層次化網(wǎng)絡編碼技術。層次化網(wǎng)絡編碼可以在類似于勢