传输合同约束下编码分组网络的效用最大化研究

研究在传输合同约束条件下当编码子图给定时编码分组网络的效用最大化问题。基于提出的网络效用最大化模型,通过对偶分解理论,提出了分布式的次梯度投影算法,证明了算法收敛的充分条件,最后通过仿真验证了算法的正确性。     

流间编码与流内编码相结合的机会路由算法

文中提出了一个无线Mesh网络上的、结合流内和流间网络编码的MWS优化结构。在该优化结构中,编码分组的虚队列长度,即“信用度”积压,由信用度分配算法决定,节点根据信用度积压对编码方式进行选择,旨在各个流之间均衡分配资源,实现网络效用的最大化。同时,给出了该优化结构对偶算法的启发式实现MiiCode,该算法不使用确定路径,具有更大的灵活性,也有利于获得更多的流间编码机会。流内网络编码具有的良好本地补偿特性减少了源节点发送补偿分组的数量,降低了网络的整体开销。最后,在OMNET++仿真实验中将MiiCode与基于确定路由的COPE和LOR进行了比较。     

基于价格的联合拥塞和竞争控制算法

提出一种联合拥塞和信道接入控制的跨层优化方法,以降低多播流的分发时延,建立网络效用最大化模型,采用基于效用的定价机制,通过拉格朗日对偶分解获得基于价格的分布式算法,并以该算法为核心进行链路的信道接入竞争控制和拥塞控制。仿真实验结果表明,该算法是可行的。     

虚拟MIMO传感器网络中一种联合网络效用和生存时间优化的分布式算法

虚拟(协作式)MIMO技术被认为是传感器网络中有效的节能解决方案之一,然而,现有虚拟MIMO传输策略的设计大多只关注如何有效降低网络能耗,而很少关注反映网络性能的其他指标,例如网络效用(Network Utility),该指标反映了网络数据采集和传输量的多少.为了联合优化网络效用和网络生存时间这两个网络性能参数.本文首先分析虚拟MIMO传输能耗特点,然后基于网络效用最大化(Network Utility Maximization)思想对虚拟MIMO传感器网络进行联合网络生存时间和网络效用的优化建模.在该模型的求解过程中,通过使用对偶分解技术将原需要集中计算的优化问题分解为可以在不同节点上进行计算的子优化问题,并得出一种联合优化网络效用和生存时间的分布式优化算法.该算法的仿真结果显示,网络中的虚拟MIMO节点仅需要交互邻居节点信息,通过有限次的迭代计算,就能收敛到全局最优的发送速率以及功率值.从而使系统总的效用和网络生存时间之间能够达到帕累托(Pareto)最优平衡.     

基于效用优化的网络编码拥塞控制模型

描述一类多编码组播情形下的网络效用最大化问题,引入用于稳定发送节点窗口和中间节点队列的约束。基于问题的原始及原 始-对偶形式,分别提出2种网络编码拥塞控制模型,并通过Lyapunov判据证明了模型的全局渐近稳定性。该模型是完全分布式的反馈控制系统,所描述的算法只要求端到端的信息交换,能应对网络的动态变化,且具有类TCP拥塞控制的形式,从而显示其与现行网络架构的兼容性。     

基于网络编码的分布式无线光网络在线优化

最近, 一种集成骨干光传输网络、无源光网络和无线接入网的混合宽带无线光网络被提出。这种网络具有大带宽、低费用和无处不在的信息接入等特点。考虑在这种网络中的基于网络编码的多播会话的设计问题, 使得网络效用最大化, 而布网的费用最小化。这个问题被转换为一个混合的整数非线性规划问题, 精确求解极其困难。为了使得问题简化, 采用了一种两步优化方法进行求解, 交替地为多播会话选择光网络单元和网关。在每一次迭代过程中需要解决两个问题：光网络的网络编码设计问题和无线网络的用户和带宽分配问题。前者通过基于拉格朗日对偶分解的分布式方法实现; 后者通过广义Benders分解实现。通过仿真验证了所采用的方法的有效性。     

mesh网络中基于效用转发的网络编码算法

在已有的无线Mesh网络路由算法的基础上,针对网络的动态变化性和差异性等因素带来的问题进行了研究,提出一种基于效用转发的网络编码算法.首先利用节点间的历史通信数据,动态获取不同网络环境下影响效用值的各因素所占的权重值;然后在簇头节点和汇聚节点处进行二维随机线性网络编码,结合节点的剩余能量、效用值和丢包率判断节点能否进行编码,并且采用编码包优先传输的策略转发数据包;最后综合利用网络时延、效用值和节点间的跳数,选择最优的下一跳转发节点.仿真结果表明,该算法能更好地提升数据包的转发效率,降低传输时延,提高网络的性能.     

机会网络中高效的文件传输机制UH-EC

为高效地在机会网络中进行文件(音、视频)传输,提出一种基于节点性质特征的编码与效用值混合的路由算法UH-EC。将源文件编码成较小数据块,在节点的下一跳转发选取上采取基于节点特征的效用值,不断寻求转发能力强的节点承担转发任务,直到数据转发到目的节点。理论分析与仿真结果证明,与经典的H-EC路由算法相比,该算法能有效降低网络开销、分组端到端时延与黑洞节点对文件传输成功率的影响。     

基于非对称网络编码的无线多媒体广播重传算法*

现有的网络编码广播重传算法都没有考虑对长度不等的数据分组进行编码重传时的编码效率及相应的编码算法优化问题。为此,针对性地提出一种基于非对称网络编码的无线多媒体广播重传算法(wireless multimedia Broadcast Retransmission algorithm based on Asymmetric Network Coding,BRANC)。BRANC在编码包可解条件限定下将不等长的数据分组进行拼接,并自适应地选择数据分组进行编码,从而有效地减少重传次数。同时,BRANC增加标志位的数据分组分割方式减小了传输的控制开销。理论分析和仿真结果表明,BRANC算法较对称网络编码广播重传算法可以有效地提升网络性能。     

基于拟牛顿方法的异步拥塞控制算法

针对当前网络中的拥塞问题,通过最优化问题引出网络效用最大化框架,在满足链路容量的约束下,最大化关于用户速率的效用函数,从而达到用户的最大满意程度。提出一种基于对偶原理的分布式速率异步控制算法,在链路算法设计过程中,用拟牛顿算法代替梯度算法,并且允许反馈延时时变。仿真结果表明,该算法收敛速度更快且满足公平性。     

无线网络中基于网络编码的重传机制

鉴于目前网络编码在单跳无线网络重传中的应用研究都是基于单发-多收场景的局限性,提出一种应用于多发-多收无线网络中的重传机制NCWRM。该重传机制中,网络节点既可以是发送方也可以是接收方,节点发送的数据包在直传和第一次重传中都失败后,第二次重传时广播发送由多个丢失数据包编码组合得到的编码包。多个接收方通过解码编码包得到丢失的数据包,从而实现一次重传获得多个丢失的数据包,可以有效提高重传效率。理论分析和仿真结果表明,NCWRM算法能够明显提高系统的饱和吞吐量,同时减小开销及丢包率。     

适合网络传输的鲁棒小波低比特率视频编码

提出了一种适合包交换网络传输的基于离散小波变换的视频编码方案,通过对SPIHT小波系数编码算法进行复杂度降低、纹理分割等修改,来适应视频编码在编码效率和鲁棒性方面的要求,为解决网络数据包丢失造成的帧质量骤降,方案对数据包的重要性进行了均衡,每一个数据包中均包含帧内信息和帧间信息,利用改进的SPIHT算法生成混合比特流。试验表明,该方案运算复杂度低,对网络传输中的包丢失不敏感,并且能很好地抑制错误传播。     

应用累积系数确认的网络编码机会路由协议

在无线mesh网络中,机会路由通过高效使用无线传输的广播特性显著地提高了无线网络的吞吐量.引入网络编码,使得机会路由协议可以避免复杂的调度,更加易于实现.然而,网络编码的引入给机会路由协议带来新的问题：转发节点应该发送多少编码包?MORE等协议依据平均链路状况信息来预计节点转发编码包数目的方法,无法准确判定发送的冗余.以CCACK为代表的研究采用逐跳反馈的方式来减少编码包的冗余发送.首先,针对采用正交向量确认的CCACK机制进行分析,说明了CCACK尽管可以减少确认开销,减少误判,但却带来了“信息空间已覆盖而无法正交”的漏判问题.在此基础上,提出了一种基于累积编码系数反馈确认的网络编码机会路由协议CFACK.该确认机制中转发节点通过侦听下游节点的编码系数向量,并与来自上游节点的编码系数向量进行相关性分析,从而获知下游节点信息是否覆盖自身信息.证明了在无差错网络环境下该确认机制不存在误判和漏判的可能,同时,在有差错网络环境下对该确认机制的有效性进行了分析.结果表明：在一般节点分布情况下,利用额外的一次携带确认,可以确保90%以上的准确性.仿真测试结果表明：CFACK相比CCACK,显著提高了网络的吞吐量,平均提高率为72.2%,同时在编码计算、存储和包头开销上都少于CCACK.     

Minimum cost multiple multicast network coding with quantized rates

In this paper, we consider multiple multicast sessions with intra-session network coding where rates over all links are integer multiples of a basic rate. Although having quantized rates over communication links is quite common, conventional minimum cost network coding problem cannot generally result in quantized solutions. In this research, the problem of finding minimum cost transmission for multiple multicast sessions with network coding is addressed. It is assumed that the rate of coded packet injection at every link of each session takes quantized values. First, this problem is formulated as a mixed integer linear programming problem, and then it is proved that this problem is strongly NP-hard on general graphs. In order to obtain an exact solution for the problem, an effective and efficient scheme based on Benders decomposition is developed. Using this scheme the problem is decomposed into a master integer programming problem and several linear programming sub-problems. The efficiency of the proposed scheme is subsequently evaluated by numerical results on random networks.     

基于联合编码且负载均衡的AODV路由策略

在无线网状网中,为使AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector routing)路由协议支持流间编码并解决流间编码带来的负载不均衡问题,提出了一种优化的路由策略 CLAODV (Coding-aware and Load balanced AODV)。该策略允许编码节点的多个下游节点共同解码同一个编码包,以增加路径上的编码机会。同时,设计了一个可以同时体现路径上编码增益、路径丢包率以及路径负载程度的新路由度量参数(Expected Coding-aware Transmission Count and Load balancing,ECTXL)。CLAODV路由策略可根据该参数进行路由选择。仿真结果表明:与其他相关路由策略相比,文中提出的CLAODV路由策略不仅能有效增加路径的编码机会,提高网络吞吐量,而且可以明显降低路由时延与带宽资源开销。     

RANC: Relay-aided network coding in multi-hop wireless networks

This paper proposes a relay-aided network coding (RANC) scheme that considers how to improve the performance gain of network coding by exploiting the physical layer multi-rate capability in multi-hop wireless networks. In RANC, nodes are allowed to transmit at different rates according to the channel condition. Different from the recently proposed opportunistic overhearing and coding schemes by COPE [S. Katti, H. Rahul, W. Hu, D. Katabi, M. Medard, J. Crowcroft, XORs in the air: practical wireless network coding, in: Proc. of ACM SIGCOMM’06, September 2006.], each node may either send its own packet or relay the packets received from its neighbors in form of a coded packet. Since the relayed packets can usually be transmitted at a high rate, the total packets that are necessary for decoding can be delivered to each destination node much faster than direct transmissions. We conduct rigorous analysis to find the design principles and study the tradeoff in the performance gain of RANC. Based on the analytical results, we provide a practical solution by decomposing the original design problem into two sub-problems, which are the flow partition problem and the scheduling problem. The performance of RANC is also evaluated via simulations. The simulation results show that, compared to COPE, RANC can significantly improve the performance gain of network coding.     

基于SPIHT的感兴趣区域的多描述编码

提出了一种感兴趣区域的多描述SPIHT编码方法．该方法将具有分层内嵌特性的SPIHT码流编码成多个描述子,通过对所有零树重新进行重要性排序,为每个描述子分配不同编码速率的完全编码码流和冗余码流．在分配速率时,优先对感兴趣区域分配较多的冗余,而对背景区域或非感兴趣区域分配速率较低的冗余,以进一步增强感兴趣区域的抗误码以及抗分组丢弃能力．文中对编码过程中零树、冗余树及其编码速率之间的关系进行了定量分析,并给出了重要性排序和冗余树分配的具体算法．实验证明,该文方法同其它感兴趣区域编码方法相比．可以进一步提高感兴趣区域在分组丢弃情况下的恢复图像质量．