網(wǎng)絡(luò)編碼收益研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)編碼是指在通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹虚g節(jié)點對數(shù)據(jù)進行編碼轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)。通過編碼，可以將多個信息流合而為一，從而達到減少帶寬消耗、增大端到端吞吐率的效果。在多播（一對多）通信中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼可以使多播吞吐率達到信源與信宿之間鏈路帶寬的最小割上界，而這一速率有時僅靠傳統(tǒng)的路由技術(shù)，即存儲轉(zhuǎn)發(fā)(Store-and-Forward)是不能達到的。
　　網(wǎng)絡(luò)編碼收益研究是比較網(wǎng)絡(luò)編碼相對于傳統(tǒng)路由所帶來的性能提升的研究，它的主要任務(wù)是回答“什么時候需

2、要網(wǎng)絡(luò)編碼來達到最優(yōu)性能”以及“相對于傳統(tǒng)路由，網(wǎng)絡(luò)編碼最大能夠使得性能提升多少”這兩個基礎(chǔ)問題。對網(wǎng)絡(luò)編碼收益的研究有助于加深對網(wǎng)絡(luò)編碼的理解，識別實際中適宜或是不適宜采用網(wǎng)絡(luò)編碼的場景，是網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用研究的前提條件。
　　多播通信中，網(wǎng)絡(luò)編碼對性能的改進主要在于提升吞吐率和減小多播代價，本文分別以速率收益比和代價收益比來衡量網(wǎng)絡(luò)編碼在這兩方面的收益，深入研究了三個現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)特性對最大編碼收益比的影響:全雙工通信鏈路特性、廣播通信

3、鏈路特性及網(wǎng)絡(luò)拓撲特性。
　　首先，對于全雙工通信網(wǎng)絡(luò)，本文采用雙向網(wǎng)絡(luò)建模并利用鏈路雙向帶寬（價格）差異比α(α')這一參數(shù)給出了最大速率（代價）收益比的上界和下界。所謂鏈路帶（價格）寬差異比，是指通信網(wǎng)絡(luò)中相鄰兩節(jié)點間兩個方向上鏈路帶寬（價格）的比值的最大值。本文證明了對于完全對稱的雙向網(wǎng)絡(luò)，即任意兩點間雙向通信帶寬都相等的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)編碼不能帶來多播速率的提升。而對于一般的雙向網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)編碼對多播速率的提升比不超過α。這一結(jié)論

4、改進了之前2（α+1)的上界。而雙向網(wǎng)絡(luò)中最大速率收益比的下界及代價收益比相關(guān)結(jié)論都是本文首次給出。另外，我們還給出了近似度為α的求解雙向網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)路由策略的多項式時間算法。
　　其次，對于具有廣播特性的網(wǎng)絡(luò)，本文采用超圖網(wǎng)絡(luò)建模，并結(jié)合鏈路最大連接節(jié)點數(shù)β這一參數(shù)給出了最大速率（代價）收益比的上界與下界。超圖網(wǎng)絡(luò)是指每條通信鏈路可能連接兩個以上通信節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)。采用超圖網(wǎng)絡(luò)模型，我們可以方便的描述具有廣播特性的鏈路，例如總線型以太

5、網(wǎng)，無線通信鏈路等。根據(jù)不同方向的通信是否共享鏈路帶寬，超圖網(wǎng)絡(luò)模型又可細分為無向超圖網(wǎng)絡(luò)和有向超圖網(wǎng)絡(luò)兩類。本文證明了無向超圖網(wǎng)路中網(wǎng)絡(luò)編碼收益不超過每條鏈路連接節(jié)點數(shù)目的最大值β，這一結(jié)論推廣了之前無向圖網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)編碼速率收益比不超過2這一結(jié)論。另外，我們還考慮了一類特殊的有向超圖，全向超圖網(wǎng)絡(luò)，并綜合鏈路帶寬（價格）差異比給出了全向超圖網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)編碼速率（代價）收益比的上界與下界。這些結(jié)論推廣了我們之前關(guān)于雙向網(wǎng)絡(luò)中編碼收益的結(jié)論

6、。
　　最后，本文首次從圖子式(Graph Minor)的角度研究了網(wǎng)絡(luò)拓撲特性對網(wǎng)絡(luò)編碼收益的影響。相對于前面兩部分的研究的是局部（單條通信鏈路）特性對網(wǎng)絡(luò)編碼收益的影響，本文最后試圖研究表示節(jié)點間鄰接情況的網(wǎng)絡(luò)拓撲對編碼收益的影響。圖子式是圖論中反映圖的子結(jié)構(gòu)的重要概念，圖中是否含有某個特定的圖子式常常被用來刻畫一類圖的性質(zhì)，例如連通圖是一棵樹當且僅當其不含完全圖K3圖子式，一個圖是平面圖當且僅當其不含K5和K3，3圖子式等等