無線多播中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的高效重傳方法研究.pdf

1、無線通信是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和移動互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中最重要的通信方式之一。隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)和深入，無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。多播是無線通信中最常用的數(shù)據(jù)傳輸方式之一。在無線多播通信中，由于無線信道容易受干擾及衰減、衰落等不可靠時變特性，常常導(dǎo)致較高的信道誤碼率，致使無線鏈路質(zhì)量較差且穩(wěn)定性較低，數(shù)據(jù)分組傳輸容易受損，嚴(yán)重影響了傳輸效率。為了提高無線傳輸?shù)目煽啃院蛡鬏斝?，重傳技術(shù)被廣泛研究，成為無線

2、多播通信中最主要的解決途徑之一。其中，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線重傳技術(shù)因在吞吐量方面的優(yōu)勢，成為目前無線通信領(lǐng)域研究的一個熱點(diǎn)課題。
　　然而，無線多播重傳中網(wǎng)絡(luò)編碼的引入帶來了許多新的問題，比如編碼方法、編碼策略和編碼時機(jī)等，迫切需要設(shè)計高效的編碼策略以提高重傳效率，并保障各種無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下編碼重傳的優(yōu)越性能。在這樣的背景下，本文基于聯(lián)合優(yōu)化、中繼協(xié)作等思想，對無線多播中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的高效重傳方法進(jìn)行了研究，其核心是在保持較低算法復(fù)雜

3、度下，找到丟失分組的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼組合，通過最大化每次重傳的增益來減少重傳次數(shù)或最大化系統(tǒng)平均重傳增益。本文的研究工作及貢獻(xiàn)主要包括：
　　1.較系統(tǒng)地研究并總結(jié)了基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線多播重傳技術(shù)中采用的各種網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，包括其提出、演進(jìn)及基本概念。從編碼優(yōu)化、解碼優(yōu)化、時延受限、鏈路質(zhì)量加權(quán)等多個方面，對基于機(jī)會網(wǎng)絡(luò)編碼的重傳技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了較全面深入的研究和總結(jié)。這些內(nèi)容有助于今后的研究者快速系統(tǒng)地了解課題技術(shù)背景。
　

4、　2.研究了編解碼聯(lián)合優(yōu)化的無線多播重傳方法以提高編碼效率。根據(jù)編解碼聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)，研究了丟失分組的網(wǎng)絡(luò)編碼問題，提出了基于散列鄰域關(guān)聯(lián)搜索的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)編碼重傳方法。該方法采用“鄰域關(guān)聯(lián)搜索-多分組聯(lián)合解碼”機(jī)制。在編碼優(yōu)化方面，通過散列鄰域關(guān)聯(lián)搜索進(jìn)一步挖掘最大可解碼丟失分組組合之間的編碼機(jī)會；在解碼優(yōu)化方面，除優(yōu)先從滿秩重傳編碼分組中恢復(fù)丟失分組外，允許接收節(jié)點(diǎn)從多個重傳編碼分組中恢復(fù)丟失分組。在保持較低的算法復(fù)雜度下，有效地減少了重

5、傳次數(shù)，提高了傳輸性能。在此基礎(chǔ)上，為了提高重傳編碼分組的傳輸成功率，將實(shí)時無線鏈路質(zhì)量引入到丟失分組編碼組合的選擇計算當(dāng)中，提出了一種加權(quán)的丟失分組優(yōu)化組合算法，使得編碼增益最大且能讓更多接收節(jié)點(diǎn)恢復(fù)其丟失分組的可解丟失分組組合被優(yōu)先編碼重傳，從而進(jìn)一步提高了傳輸效率。
　　3.研究了信道突變、連續(xù)分組丟失等無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的高效重傳方法以提高傳輸效率。當(dāng)某些接收節(jié)點(diǎn)因受到干擾出現(xiàn)信道突變導(dǎo)致與源節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量變差時，由源節(jié)點(diǎn)

6、進(jìn)行丟失分組重傳，重傳再丟失現(xiàn)象將非常嚴(yán)重，連續(xù)分組丟失將導(dǎo)致重傳性能急劇下降?；跓o線中繼系統(tǒng)的協(xié)作重傳思想，提出了基于網(wǎng)絡(luò)編碼的機(jī)會中繼高效重傳方法。該方法動態(tài)選擇數(shù)據(jù)分組接收情況最好且信道質(zhì)量優(yōu)于源節(jié)點(diǎn)的接收節(jié)點(diǎn)作為機(jī)會中繼，代替源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行其他接收節(jié)點(diǎn)的丟失分組重傳，從而獲得更好的重傳性能。實(shí)時鏈路質(zhì)量通過網(wǎng)絡(luò)測量估計獲得，機(jī)會中繼選擇基于分簇及就近合并原則。這種方法同樣適用于某些接收節(jié)點(diǎn)處于“中繼節(jié)點(diǎn)”位置的較好質(zhì)量無線多播網(wǎng)絡(luò)

7、環(huán)境。與現(xiàn)有重傳方法相比，該方法更好地利用了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源來提高傳輸效率，理論分析和仿真測試驗(yàn)證了其有效性。
　　4.研究了連續(xù)動態(tài)網(wǎng)絡(luò)編碼重傳方法以增加最優(yōu)編碼機(jī)會。針對批（塊，代）內(nèi)編碼機(jī)制導(dǎo)致的編碼機(jī)會浪費(fèi)、單次重傳效益無法最大化等問題，提出了基于機(jī)會網(wǎng)絡(luò)編碼的動態(tài)連續(xù)重傳方法。該方法通過第一緩存數(shù)據(jù)分組連續(xù)傳輸和后續(xù)逐分組傳輸來保證充分的最優(yōu)編碼機(jī)會，每次僅重傳丟失分組最優(yōu)編碼組合或滿足特定條件的最大化編碼組合，從而使得每次