無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的可靠通信問(wèn)題的研究

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1、摘要摘要目前，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由于其價(jià)格低廉、布網(wǎng)容易等特點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注。然而，由于無(wú)線信道衰落、節(jié)點(diǎn)之間的干擾或者節(jié)點(diǎn)本身的硬件毀壞等原因，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線鏈路相比于有線鏈路來(lái)說(shuō)是非常脆弱容易失效的。此外，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)能量和其他資源與有線網(wǎng)絡(luò)相比要少得多。故而，如何在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中防止鏈路失敗，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠傳輸并且合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，成為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。因此，本文主要研究無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的可靠傳輸問(wèn)題。近年來(lái)，為了確保無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的可靠傳輸并且合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，研究人員提出了各種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制來(lái)保護(hù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸防止鏈路失敗，例如：能量控制機(jī)制、自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQ)機(jī)制、前向糾錯(cuò)

2、(FEC)機(jī)制和基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制等等。本文中主要關(guān)注如何合理地使用網(wǎng)絡(luò)編碼來(lái)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)傳輸和減少網(wǎng)絡(luò)資源的消耗。網(wǎng)絡(luò)編碼是近年來(lái)新興的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，合理的利用網(wǎng)絡(luò)編碼能夠提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源利用率、減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量和提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可靠性和吞吐量。因此，網(wǎng)絡(luò)編碼可以給無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)深刻的影響。在本文中，我們主要使用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的可靠通信和充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。本文主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下：1．本文研究了無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)(WMN)OO的多點(diǎn)到一點(diǎn)的通信模式的1+N保護(hù)機(jī)制。這種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的l+N保護(hù)是用來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)中N個(gè)源節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到同一

3、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(多點(diǎn)到一點(diǎn)通信)，并且網(wǎng)絡(luò)中僅有一條路徑發(fā)送失敗時(shí)，如何使用網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的問(wèn)題。但是，已有這種1+N保護(hù)方案僅能應(yīng)用于特定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌淳W(wǎng)絡(luò)中的任意k個(gè)源節(jié)點(diǎn)至少要連接到k+1個(gè)一跳鄰居路由節(jié)點(diǎn)并且嚴(yán)重浪費(fèi)每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)上剩下的路徑上的網(wǎng)絡(luò)資源。實(shí)際上，只要網(wǎng)絡(luò)中有足夠的路徑資源，我們就可以對(duì)所有用戶提供I+N保護(hù)。所以，本文給出了一種擴(kuò)展的驗(yàn)證普通拓?fù)涞腤MN網(wǎng)絡(luò)是否可以提供1+N保護(hù)的充分必要條件：網(wǎng)絡(luò)中的任意

4、

5、}個(gè)源節(jié)點(diǎn)至少要連接到k+l條可達(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的互不相交的路徑，并改進(jìn)了以前的l+N保護(hù)機(jī)制使其能夠在更為一般的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖蠎?yīng)用，以使網(wǎng)絡(luò)中的路徑資源能夠

6、得到充分利用。本文給出一個(gè)輔助圖來(lái)將原始的具有普通拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)圖轉(zhuǎn)換成一種嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，在這種嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錀l件下以前提出的1+N保護(hù)機(jī)制就能夠成功的應(yīng)用。通過(guò)這種圖的轉(zhuǎn)換可以將原來(lái)的只能在具有嚴(yán)格拓?fù)涞腤MN網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用l+N保護(hù)機(jī)制，．拓展應(yīng)用到普通的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲腥ィ瑥亩?，極大的提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。．T．摘要2．本文針對(duì)無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中只有一對(duì)具有多條數(shù)據(jù)路徑的源和目的通信節(jié)點(diǎn)對(duì)之間有多條路徑失敗的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)問(wèn)題，提出了一種新的多路徑失敗保護(hù)的N+k編碼保護(hù)機(jī)制。當(dāng)這個(gè)通信節(jié)點(diǎn)對(duì)之間有多條路徑傳輸失敗時(shí)，如何有效的恢復(fù)失敗的數(shù)據(jù)提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率是本文研究的另一個(gè)

7、主要問(wèn)題。首先，本文設(shè)計(jì)一種以平均失敗路徑保護(hù)而非簡(jiǎn)單的以最壞失敗路徑來(lái)進(jìn)行保護(hù)的編碼方案。本文給出的這種基于平均路徑失敗的編碼保護(hù)方案，不僅可以滿足網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的需求還能夠充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。其次，本文證明了本文中對(duì)于某通信節(jié)點(diǎn)對(duì)之間多路徑失敗的N+k編碼保護(hù)機(jī)制中的編碼方案的可解碼性。最后，本文給出相關(guān)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明本文提出的基于保護(hù)平均路徑失敗的N+k編碼保護(hù)機(jī)制相比于以前給出的基于保護(hù)最壞路徑失敗的編碼保護(hù)機(jī)制來(lái)說(shuō)，能夠充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。3．洪泛傳輸是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最基本的服務(wù)之一，主要用來(lái)將某個(gè)消息發(fā)送給整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。在洪泛傳

8、輸中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼可以減少冗余傳輸、節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量的消耗和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。本文研究了在異步傳感器網(wǎng)絡(luò)中如何使用網(wǎng)絡(luò)編碼來(lái)減少洪泛次數(shù)進(jìn)行有效的可靠的洪泛?jiǎn)栴}。本文提出了異步睡眠調(diào)度的傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的有效洪泛機(jī)制。本文給出一個(gè)轉(zhuǎn)換算法將原始的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D轉(zhuǎn)換成時(shí)空輔助圖，然后，通過(guò)這個(gè)時(shí)空輔助圖將原來(lái)的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的有效洪泛轉(zhuǎn)換成一個(gè)等價(jià)的問(wèn)題來(lái)進(jìn)行研究。對(duì)于這個(gè)給定的等價(jià)問(wèn)題本文只需要在輔助圖中找到最小生成樹(shù)，就可以獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)洪泛。本文同時(shí)給出了一個(gè)啟發(fā)式算法來(lái)計(jì)算最小生成樹(shù)。并且本文說(shuō)明了本文的圖轉(zhuǎn)換算法和尋找最小生成樹(shù)的算法都是可以在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)完成的。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)編

9、碼，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，可靠通信，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)本文的研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金(No．61073185&No．60673171)的資助。AbstractRecently,wirelessnetworkshavegainedmoreandmoreattentionsduetothepricereductionofwirelessdevicesandtheeasydeployment．However，wirelesslinksalevulnerabletoseverechannelfading，interfer