基于网络编码的无线网络路由算法研究

论文摘要

网络编码技术能够为无线网络带来更高的可靠性和鲁棒性,减少了总的传输次数,以有效的提高了网络的吞吐量,网络编码和无线网络的结合已经得到越来越多研究学者关注。网络编码改变了传统网络中间节点对数据只进行存储转发的格局,它允许中间节点对接收到的多个数据包进行编码计算后再进行路由转发,目的节点可以依据相应的编码系数对接收到的数据包进行解码操作以还原原始信息。本文主要是以提高无线传输效率为目标,研究了基于网络编码的多路径路由算法和基于编码感知的路由算法。现有的多路径路由都是源节点在路由发现阶段返回的多条路径中按照某种标准确定最优的传输路径,数据包在最优路径上传输过程中、并没能够全面考虑到存在着对吞吐量带来重要作用的网络编码机会。为了能够充分发现多路径上的编码机会,本文提出了一种基于网络编码的多路径路由算法MPBNC,该算法能够根据路径的编码机会,在多条路径上进行数据包传输。MPBNC算法在路由发现阶段时能够向源节点返回多条可能的路径,在数据传输阶段时,根据每条路径上的编码机会的数量,对数据包进行分流传输,以达到分摊网络流量负载的效果,从而提高了网络的吞吐量。现有的基于网络编码的路由算法中,路由和网络编码是相互独立的问题,因此,本文提出了一种基于编码感知的无线网络单路径路由算法NCASR,该算法在路由发现阶段能够在源节点和目的节点之间的候选路径中寻找出所有潜在的编码机会。算法定义了“编码增益”概念,将多个节点通过中间节点成功完成一次数据包网络编码操作后减少的传输次数作为路由选择判据,在路由选择阶段选择一条最小代价的路径,实现了具有网络编码感知的无线路由。本文利用NS2网络仿真软件搭建仿真平台,对提出的算法进行仿真和性能评估,验证其有效性。实验结果表明本文提出的多路径网络编码机制MPBNC和编码感知路由机制NCASR在吞吐量上都得到了提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 论文的组织结构
• 第2章 网络编码的基本理论
• 2.1 网络编码理论
• 2.1.1 网络编码定义
• 2.1.2 网络编码模型
• 2.1.3 网络编码的最大流量传输极限
• 2.2 线性网络编码概述
• 2.2.1 线性网络编码
• 2.2.2 确定性网络编码
• 2.2.3 随机网络编码
• 2.3 本章小结
• 第3章 一种基于网络编码的多路径路由算法
• 3.1 引言
• 3.2 MPBNC多路径路由算法设计
• 3.2.1 多路径路由网络编码条件
• 3.2.2 MPBNC路由发现阶段
• 3.2.3 流量分割
• 3.2.4 路由维护
• 3.3 MPBNC仿真和性能分析
• 3.3.1 NS2仿真模型
• 3.3.2 仿真实验
• 3.3.2.1 仿真场景
• 3.3.2.2 结果与性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于编码感知的无线网络单路径路由算法
• 4.1 引言
• 4.2 编码感知路由
• 4.3 NCASR路由算法
• 4.3.1 网络编码条件
• 4.3.2 路由判据公式
• 4.3.3 路由发现过程
• 4.3.4 路由维护
• 4.4 NCASR仿真和性能分析
• 4.4.1 仿真环境设置
• 4.4.2 结果与性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢