无线ad+hoc网络中基于网络编码的路由算法分析 (1)

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1、重庆邮电大学硕士论文第一章绪论信息与决策系统实验室的Medard教授与UIUC联合科学实验室的Kotter教授等人共同给出了网络编码研究的代数框架【6】【7】，随后，Sanders和Jaggi等瞵J提出了最初的构造线性网络编码的多项式算法。另外，关于网络编码的复杂性，一系列关于网络编码边数的上下界、编码符号集的上下界和编码节点数的上下界等相继被给山【9】【lo】山。网络编码的研究本起源于有线网络环境，意为解决多播传输最大容量问题，但是近年来，随着对网络编码研究的深入，人们发现由于无线网络的物理层

2、广播特性，网络编码应用在无线网络中有着更大的前景与发展空间，因此应用于无线网络中的网络编码研究逐渐成为热点，如在无线传感器、P2P网络、AdHoc网络中。Wu[11】等人证明在无线网络环境的多播中采用网络编码技术，可将最小节点能量消耗问题转化为线性规划问题，YuanJ【l2J等人应用网络编码，尝试采用跨层优化的策略，提高了无线AdHoc网络多播吞吐量，但是此方法在实际应用中会有较高的复杂性。WhY【l3J等人证明了只要在进入转发节点的链路上实施网络编码，就可再提高组播吞吐量的同时降低网络编码带来

3、的复杂性。这些算法和模型的提出给网络编码在无线网络中的应用提供了一定的理论基础，但是由于无线网络的节点动态移动特性以及链路的不可靠性，网络编码改进多播性能的研究存在网络编码代价大、实用性较差等问题，因此多播应用于无线网络在实际应用中已存在瓶颈。2005年，SKattitl4l等人在无线单播网络中提出基于机会主义的网络编码机制COPE，首次研究了网络编码在实际无线环境中的协议层面上的实现问题，ScheuermannB【l5】等人研究了怎样创造编码机会，并考虑跨层编码，给出一个具体方案。CmK【16

4、j等人在COPE机制的基础上改进了网络编码策略，实验结果表明可有效提高网络吞吐量。CuiT[1。7】等人则综合考虑数据流内编码和数据流间编码，并提出一种较为高效的无线网络编码方案，由于编码机会的多少一定程度上决定网络编码应用效果，而被动等待编码机会的策略限制了网络编码提高网络吞吐量的能力，因此基于网络编码感知的无线路由机制应运而生，06年开始，国内外学者开始研究如果利用一定的路由度量，发现及创造更多编码机会。Sengupm[博J等人理论分析了COPE类型的网络编码机制在无线网络中所能带来的吞吐量

5、提升，通过模拟，证实了若路由能够感知编码机会的存在，则网络的吞吐量可比应用COPE类型的被动网络编码有更大的提升空间。Nitl9】等人定义了期望的编码传输数目(ECX)以代表两个节点通过中间节点采用网络编码后成功交换报文所需的传输次数，然后将编码感知的路由问题转化为一个线性优化问题，模拟结果显示在提升网络吞吐量方面对于COPE机制来说有较大优势。另外，文献[20】[21】[22】[23]分别从是否存在编码机会、不同流直接的速率匹配、机会路由、编码增益等方面考虑了路由度量，提出了多种网络编码感知路

6、由机制。重庆邮电大学硕士论文第一章绪论事实上，网络编码在提高无线网络可靠性方面也有很大的应用空间。由于无线网络相对于有线网络有更高的链路不可靠性和丢包率，链路质量比有线网络链路质量要差很多，保障数据包的可靠传输一直都是研究重点。目前提高网络可靠性的策略主要有两种，一种是前向纠错，另外一种就是重传。而前向纠错以牺牲发送速率为代价，一般不选用，重传则以降低带宽利用率、增加一定的网络延迟为代价。由于无线网络环境的多变性，使得数据包在传输中较容易丢失，并存在重传数据包再次丢失的可能，因此重传技术的研究非

7、常必要。网络编码在重传技术中的应用可能达到发送速率和网络延迟的平衡点，一定程度上得到最优速率及最优延迟。2006年，DongNguyent24】等人首次考虑网络编码和无线网络重传技术相结合，并相应的提出两种策略【25】：基于时间重传策略和改进型基于时间重传策略，但其只针对两个接收节点情况下地编码发送重传。随后，YossefZB126】等人证明，利用网络编码的重传次数最优的广播重传方法是NP完全问题；因此性能优和复杂度底的重传算法研究成为重点。1．3本文主要研究内容经过对网络编码技术在无线网络下应

8、用现状和发展趋势的研究，本课题的研究目标是针对无线AdHoc网络中路由传输优化、网络可靠性等问题，运用网络编码，提出基于网络编码感知的无线路由机制和广播重传策略，达到提高网络吞吐量、减少重传次数、高效保障网络可靠传输的目的，充分考虑网络编码技术在实际运用中可能存在的问题，为无线AdHoc网络中应用网络编码思想提供良好的理论基础和实际应用的参考。针对以上研究目标，本文的主要研究内容包括以下几个方面：l、对现有的网络编码路由算法的现状进行深入的了解和总结，重点研究现有的编码意识路由，对现有的编码意识