编码分组网络的效用最大化研究

对基于网络编码方案的分组网络(即编码分组网络)的效用最大化问题进行研究。利用网络编码和网络流的对应关系以及组播树分解方法提出单通话编码分组网络效用最大化模型。基于对偶分解理论推导出解决单通话编码分组网络效用最大化问题的分布式次梯度投影算法,找到一个有效的Lipschiz常数从而得到算法收敛的充分条件。通过仿真验证了该算法的正确性。     

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。     

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.     

基于网络编码的无线网络多路径机会路由算法

提出了一个效用优化模型,以最大化整个网络的吞吐量,并在各个流之间均衡分配带宽资源。基于该模型,结合无线网络的广播特性和机会路由的思想,构造单播多路径路由,并应用网络编码简化数据调度。性能分析与仿真实验表明,算法在稠密网络及存在多个流的条件下,可以取得比同类协议更大的吞吐量、更低的网络整体开销和更合理的带宽资源的分配。     

基于擦除编码和节点社会特征的机会社会网络路由机制

为了在机会社会网络中实现高效的数据转发,提出了基于节点社会特征和编码的混合路由算法.该算法的核心思想是先将源文件编码成较小的数据块,进而在节点的转发选取上采用基于节点社会特性的效用值转发,利用贪心选择使数据沿着网络中效用值大的路径转发,直到目的节点.理论分析和仿真结果证明,该算法网络吞吐量大,转发成功率更高,网络时延小,信息冗余度低.     

一种基于网络编码的组播路由算法

网络编码是2000年提出的一种新算法,其主要优点是使组播传输速率能达到理论上限值.介绍了传统组播路由算法的局限性,分析了现有网络编码算法的优点和不足,在某个改进的网络编码数学模型上,提出了一种静态分布式分层网络编码SDLNC算法(Static Distributed Layered Network Coding).模拟实验表明,该算法可以显著提高组播路由的数据传输速率.     

基于多播的线性网络编码

网络编码是网络中间节点对网络信息流进行存储转发的基础上实行编码操作,从而达到提高网络吞吐量,改善网络均衡负载,节省网络带宽等效果.网络编码在国内外已成为研究热点.本文在介绍网络编码基本原理的基础上,分析了线性网络编码的构造算法,包括指数时间算法,多项式时间算法和随机网络编码构造算法,最后对网络编码的研究趋势进行了展望.     

无线多跳网络视频流的联合源编码优化算法

由于网络媒体的共享性和不可靠性,对无线多跳网络中视频流的支持面临更大的技术挑战.研究了视频流优化问题并提出了一种联合源网络编码机制.该机制将视频流的源分段,并分为不同的世代,以达到视频流质量的最大化.算法首先分析世代规模对网络性能如源速率、编码效率和解码延时的影响,然后为了使源速率较大,在源端产生较多数据分组,并设计一种联合网络编码机制确定各个中间节点发送到网络中分组的最佳数量,使视频流的质量达到最高.仿真实验结果表明,在世代规模合适的情况下,使用所提联合源编码机制可以增强无线多跳网络视频流的性能.     

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。     

基于机会约束规划的无线Mesh网跨层优化算法

以无线Mesh网的联合拥塞控制与功率控制为优化目标,针对网络中的不可控数据流与无线传播环境的时变随机性两类随机性因素,结合随机网络效用最大化理论,建立了无线Mesh网的跨层联合优化模型。将无线Mesh网络中的不可控数据流和时变无线传播的干扰建模为随机变量,采用机会约束规划方法进行分析,最后利用遗传算法求解该随机优化问题,并进行了仿真验证。仿真结果反映了网络速率、节点发射功率与链路置信水平三者之间的定量制约关系。     

Ad Hoc 网络节能型功率控制与拥塞控制的跨层优化

有限的节点能量和通信带宽,是Ad Hoc网络的两个重要的特点.节点能量是影响网络容量的关键因素,也是制约网络寿命的决定因素;而有限的通信带宽使得网络更容易产生拥塞.因此,节能型的功率控制与拥塞控制联合优化在Ad Hoc网络中显得尤为重要.首先,设计了节能型的网络效用最大化问题,即在目标函数中引入能量消耗成本函数,从网络效用和网络寿命两个方面来综合优化网络性能.其次,运用对偶分解与梯度投影方法,提出了相应的节能型功率控制与拥塞控制联合优化算法.另外,分析和证明了所提算法的收敛性.最后,详细的仿真结果表明了所提算法的有效性:在保持网络吞吐量基本不变的同时,可以有效地减少节点的能量消耗,从而延长网络寿命.     

一种无线传感器网络的优化速率控制方法

拥塞控制是无线传感器网络中的一个关键性问题。从解决拥塞问题出发,提出了一个基于优化速率的拥塞控制算法ORCC。算法构建了一个分布式的分簇网络结构,利用缓冲的占用情况进行拥塞检测,并使用基于优化理论的速率调节策略来保证网络吞吐量的稳定,从而通过求解出的最优解来实现簇内节点效用的最大化。仿真实验表明,ORCC算法不仅能有效缓解网络拥塞,降低平均延迟,还具有较好的网络传输公平性。     

NOMA系统异构网络中联合用户关联和功率控制协同优化

针对非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)系统的两层异构网络,提出了基于效用函数最大化模型的用户关联与功率控制协同优化问题.在该问题中将系统总能效作为效用函数,在一定的用户服务质量要求(QoS)和最大功率限制约束下,提出一种联合用户关联和功率控制的算法.该算法首先将原问...     

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。     

基于二阶分布式算法的无线传感网络效用最大化问题研究

高效分布式算法设计是保证无线传感网络性能的关键问题。提出了一种基于信道容量约束的无线传感网络效用最大化问题模型。针对传统一阶算法存在收敛速度慢、步长选择敏感等缺点,文章设计了具有二阶收敛速度的快速分布式牛顿算法。研究和仿真实验表明,该算法在与传统一阶算法交互几乎相同信息的情况下具有二次收敛速度,算法迭代次数和运行时间改进了近两个数量级。     

Utility maximization for communication networks with multipath routing

In this paper, we study utility maximization problems for communication networks where each user (or class) can have multiple alternative paths through the network. This type of multi-path utility maximization problems appear naturally in several resource allocation problems in communication networks, such as the multi-path flow control problem, the optimal quality-of-service (QoS) routing problem, and the optimal network pricing problem. We develop a distributed solution to this problem that is amenable to online implementation. We analyze the convergence of our algorithm in both continuous-time and discrete-time, and with and without measurement noise. These analyses provide us with guidelines on how to choose the parameters of the algorithm to ensure efficient network control.     

求解传感器网络生存时间最大化问题的遗传算法编码设计

求解传感器网络最大生存时间是设计高性能路由协议和拓扑控制协议的理论基础,在实践上有很重要的意义。目前主要通过近似算法求解,而且没有考虑到接收功耗。本文对生存时间优化问题进行了形式化描述,给出了最佳传输方案和最大生存时间的定义,从遗传算法角度给出了求解该问题的两个编码方案并进行了比较。     

Rate-lifetime tradeoff for reliable communication in wireless sensor networks

The network lifetime and application performance are two fundamental, yet conflicting, design objectives in wireless sensor networks. There is an intrinsic tradeoff between network lifetime maximization and application performance maximization, the latter being often correlated to the rate at which the application can send its data reliably in sensor networks. In this paper we study this tradeoff by investigating the interactions between the network lifetime maximization problem and the rate allocation problem with a reliable data delivery requirement. Severe bias on the allocated rates of some sensor nodes may exist if only the total throughput of the sensor network is maximized, hence we enforce fairness on source rates of sensor nodes by invoking the network utility maximization (NUM) framework. To guarantee reliable communication, we adopt the hop-by-hop retransmission scheme. We formulate the network lifetime maximization and fair rate allocation both as constrained maximization problems. We characterize the tradeoff between them, give the optimality condition, and derive a partially distributed algorithm to solve the problem. Furthermore, we propose an approximation of the tradeoff problem using NUM framework, and derive a fully distributed algorithm to solve the problem.