本文關(guān)鍵詞：基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華中科技大學(xué)》 2010年

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

黃辰  

【摘要】： 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能受到多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特征的影響,包括嚴(yán)重的信號(hào)同頻干擾,有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬,終端的移動(dòng)性高,無(wú)線信道的不穩(wěn)定等等。網(wǎng)絡(luò)編碼自2000年被提出以來(lái),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(gè)領(lǐng)域中以提升無(wú)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(lái)自于多條入度鏈路的信息流融合為一個(gè)單獨(dú)的編碼信息流傳輸,通過(guò)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(lái)了一種新的思路,還有其它的一些優(yōu)勢(shì),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(gè)潛在的應(yīng)用領(lǐng)域,使其得到了來(lái)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(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)主要網(wǎng)絡(luò)層次中所出現(xiàn)的問(wèn)題。首先,本文研究了如何在網(wǎng)絡(luò)層上限制編碼次數(shù)以提高能量的有效性；然后,我們?cè)贛AC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(wú)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(wú)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(shí)延和傳輸數(shù)量的關(guān)鍵參數(shù)。文中對(duì)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(zhuān)注于網(wǎng)絡(luò)整體吞吐率的提高,忽視了用戶在解碼能力和信道狀態(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(huì)給吞吐率增益帶來(lái)負(fù)面影響。為此,FSNC機(jī)制引入了銀行信貸模型以平衡用戶在統(tǒng)計(jì)上的短期公平性。FSNC機(jī)制還根據(jù)包含有用戶知識(shí)空間信息的ARQ反饋消息,做出調(diào)度決策。仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí),FSNC機(jī)制可以在提供公平的服務(wù)時(shí)間的同時(shí),提升多用戶系統(tǒng)中每個(gè)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(wú)線信號(hào)之間的相互干擾,我們引入了基于信道參數(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(jì)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(shí)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)的雙向數(shù)據(jù)交換過(guò)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(shí)性差的問(wèn)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(lèi)似于勢(shì)能場(chǎng)的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中,控制編碼數(shù)據(jù)包的傳輸方向和數(shù)量。在NCHO機(jī)制中,通過(guò)建立移動(dòng)臺(tái)到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)之間的多跳多徑切換連接,可以極大提升了切換的魯棒性和靈活性。 本文的主要工作是研究了網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)的問(wèn)題。論文的研究成果將有助于加快網(wǎng)絡(luò)編碼的發(fā)展,具有一定的理論前瞻性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5
【目錄】：

摘要4-6

Abstract6-10

1 緒論10-28

1.1 引言10-12

1.2 網(wǎng)絡(luò)編碼概述12-16

1.3 網(wǎng)絡(luò)編碼的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍16-24

1.4 本文研究的意義與主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)24-25

1.5 本文主要工作及論文組織25-28

2 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制28-48

2.1 引言28-29

2.2 相關(guān)研究工作29-30

2.3 網(wǎng)絡(luò)基本模型30-34

2.4 基于受限編碼模型的數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制CRNC34-42

2.5 能量限制下的CRNC機(jī)制分析42-44

2.6 仿真分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果44-47

2.7 本章小結(jié)47-48

3 基于網(wǎng)絡(luò)編碼感知的無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)分組公平調(diào)度機(jī)制48-69

3.1 引言48

3.2 相關(guān)研究工作48-50

3.3 網(wǎng)絡(luò)模型50-51

3.4 FSNC機(jī)制的調(diào)度算法51-54

3.5 FSNC機(jī)制的編碼算法54-61

3.6 FSNC機(jī)制的協(xié)議分析61-65

3.7 仿真分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果65-67

3.8 本章小結(jié)67-69

4 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分布式協(xié)作通信機(jī)制69-87

4.1 引言69-70

4.2 相關(guān)研究工作70-71

4.3 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作通信機(jī)制71-73

4.4 中繼節(jié)點(diǎn)選擇算法73-80

4.5 協(xié)議分析80-83

4.6 仿真分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果83-85

4.7 本章小結(jié)85-87

5 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)切換機(jī)制87-103

5.1 引言87-88

5.2 相關(guān)研究工作88

5.3 多中繼協(xié)作切換88-93

5.4 基于層次化網(wǎng)絡(luò)編碼的切換機(jī)制分析93-99

5.5 仿真分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果99-102

5.6 本章小結(jié)102-103

6 總結(jié)與展望103-106

6.1 全文總結(jié)103-104

6.2 后續(xù)工作展望104-106

致謝106-108

參考文獻(xiàn)108-119

附錄1 攻讀博士學(xué)位期間主要學(xué)術(shù)成果119-121

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