基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制研究.pdf

1、無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能受到多種無線網(wǎng)絡(luò)特征的影響，包括嚴(yán)重的信號同頻干擾，有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬，終端的移動性高，無線信道的不穩(wěn)定等等。網(wǎng)絡(luò)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(jī)制，被廣泛應(yīng)用到多個領(lǐng)域中以提升無線網(wǎng)絡(luò)的性能。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化機(jī)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(luò)編碼的核心思想是節(jié)點(diǎn)將來自于多條入度鏈路的信息流融合為一個單獨(dú)的編碼信息流傳輸，通過這種方式，網(wǎng)絡(luò)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(luò)容量。網(wǎng)絡(luò)編碼不僅利用數(shù)據(jù)流的耦合為提升網(wǎng)絡(luò)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(luò)編碼擁有多個潛在的應(yīng)用領(lǐng)域，使其得到了來自于學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)編碼的思想可其它多種技術(shù)和算法相結(jié)合，并且正在成為下一代無線網(wǎng)絡(luò)中最重要的研究領(lǐng)域之一。
　　 本文著眼于解決將網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)的四個主要網(wǎng)絡(luò)層次中所出現(xiàn)的問題。首先，本文研究了如何在網(wǎng)

3、絡(luò)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(luò)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(qiáng)多中繼無線網(wǎng)絡(luò)的雙向數(shù)據(jù)交換，提出了一種基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式協(xié)作通信機(jī)制；最后，在應(yīng)用層，我們引入了層次化網(wǎng)絡(luò)編碼，用以在無線網(wǎng)絡(luò)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(luò)編碼的數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制CRNC。為了限制傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(luò)編碼模型。在該模型中，原始編碼數(shù)據(jù)包的最大復(fù)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(guān)鍵參數(shù)。文中對網(wǎng)絡(luò)中存在的“熱點(diǎn)”進(jìn)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(jī)制可以在資源消耗和網(wǎng)絡(luò)性能之間達(dá)到較好的均衡。
　　 （2）提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼感知的公平調(diào)度機(jī)制FSNC。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼專注于網(wǎng)絡(luò)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(dāng)?shù)恼{(diào)度，網(wǎng)絡(luò)編碼可能會給吞吐率增益帶來負(fù)面影響。為此，F(xiàn)SNC 機(jī)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(jī)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(shí)驗證實(shí)，F(xiàn)SNC 機(jī)制可以在提供公平的服務(wù)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(luò)編碼的分布式協(xié)作通信機(jī)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(luò)編碼以構(gòu)建編碼系數(shù)矩陣，并且設(shè)計了分布式中繼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)集合。理論和仿真結(jié)果表明NCCC 機(jī)制可以在多信源多信宿的無線網(wǎng)絡(luò)的雙向數(shù)據(jù)交換過程中提升包括平均網(wǎng)絡(luò)容量和中斷概率在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)性能。
　　 （4）提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多目標(biāo)切換機(jī)制NCHO。為了改善傳統(tǒng)多跳切換中存在的可靠性和實(shí)時性差的問題，引入了層次化網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)。層次化網(wǎng)絡(luò)編碼可以在類似于勢