多跳无线网络启发式网络编码协议研究

当前许多研究表明,在多跳无线网络中,网络编码技术可以显著提高网络通信性能.首先深入分析研究现有的机会网络编码机制及存在的问题,在此基础上,提出一种通用启发式网络编码协议(GHNC).该协议包含机会转发节点选举、吞吐量计算和动态调整三个过程.其核心思想是:根据网络状况的变化,采用启发式方法自主地改变参与竞争转发节点的个数,以最大化网络吞吐量.另外,考虑到多跳无线网络的动态变化特性以及对服务质量的需求,分别提出动态启发式网络编码协议(DHNC)和快速启发式网络编码协议(FHNC).仿真结果表明,GHNC、DHNC以及FHNC能够快速适应网络环境的变化,显著提高网络性能.     

多跳无线网络中基于网络编码的多路径路由

提出了一种基于网络编码的多路径路由机制CAMP(network coding-aware multi-path routing).该机制能够根据路径的可靠性和编码机会,动态地在多条路径上进行数据包的传输.CAMP的路由发现机制能够向源节点返回多条可能的路径以及各条路径的每条边上的ETX(expected transmission count).与以往的多路径路由机制不同, CAMP可以通过转换它的传输路径来动态地创造而非仅仅等待编码机会.利用这一独特的路由机制,CAMP可以让多条路径分摊网络流量负载,并且最大化路径转换收益,从而改进网络的吞吐量.实验结果表明,在无线网络的数据传输过程中,CAMP能够取得比其他路由机制高得多的网络吞吐量.     

基于博弈论的多跳无线网络拓扑结构控制

为了构建低耗能、高连通性、低干扰并具有合理路由的多跳无线网络,应用基于博弈论的网络拓扑结构控制解决方案,为节点设计了一种新颖的收益函数。理论分析表明,根据此收益函数,网络将收敛于一个理想的稳定状态（纳什均衡点）,并通过最佳响应算法可获得该稳定状态。仿真结果显示,应用此方案和收益函数进行拓扑控制能形成性能良好的网络。     

基于网络编码的无线多跳网络生存时间优化研究

在能量有限的无线网络中,网络生存时间往往需要尽量延长.针对网络生存时间优化问题,综合考虑了随机拓扑环境中的无网络编码场景、双向网络编码场景和侦听网络编码场景,结合功率控制模型、数据流个数、业务需求分布和每个节点的初始能量,使用内点方法对这些场景下的网络生存时间进行评估和优化.仿真结果说明了在弱功控情况下,网络编码可提高生存时间增益,该增益和计算开销都随数据流个数的增加而增加,而业务需求分布和节点初始能量对生存时间性能影响可忽略,另外也说明了双向网络编码对生存时间的改进性能与侦听网络编码相似,而计算开销更低.     

无线多跳网络中吞吐量优化的多播路由算法研究

现有网络中提高多播吞吐量的算法通常是以提高链路速率为目的,但单纯地提高链路速率而忽略多播树的度也限制了多播吞吐量的提高。主要研究了多跳无线网络中多播吞吐量最优化问题,深入分析了无线多跳网络特点,并在综合考虑链路速率和多播树度对多播吞吐量影响的基础上,提出了应用于节点发射功率相同环境下的UUP_MTOA算法和应用于节点发射功率不同环境下的UNP_MTOA算法。通过仿真实验与同类近似最优化算法相比,UUP_MTOA算法和UNP_MTOA算法能够获得更高的吞吐量,更适应于多跳无线网络环境。     

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.     

一种基于部分网络编码的无线网络机会路由算法

结合机会路由和网络编码两项新技术各自的优势,提出了一种新的基于部分网络编码的机会路由算法(Opportunistic Routing Algorithm for Wireless Network Based on Partial Network Coding,ORAPNC)。为了避免数据包分叉传输,同时利于执行转发节点间协调机制,ORAPNC首先以期望传输次数作为路由度量建立一条固定路由,并将候选转发节点集中在这条固定路径附近;为了充分减小网络中的冗余数据包,ORAPNC采用一种新的转发节点间协调机制(Forwarding Nodes Coordination Mechanism,FNCM)来实现每跳的数据包传输。仿真结果表明,与其他相关路由协议相比较,ORAPNC可以有效提高网络吞吐量,减小目的节点解出原始数据包的平均时延。     

无线网络中的多跳协作机制*

现有的协作机制过度地依赖于信道状态信息,而无线信道状态瞬时变化,使得信道状态信息在实践中很难获取。提出一种新的多跳协作机制,该机制不依赖信道状态信息,而是充分利用无线网络的广播特性,使得系统中的节点缓存其前面节点发送的信号,并对接收到的信号进行最大比合并,恢复原信号再转发。通过理论分析以及仿真分析验证所提方案的可行性和有效性,并与多跳非协作机制进行比较,仿真结果表明,多跳协作机制可以获得额外的分集增益,有效地提高了交付率以及增大系统中的端到端的平均吞吐量。     

一种基于网络编码的无线网络机会路由算法

机会路由和网络编码是近几年出现的两项新技术,它们能使有损网络达到较高的吞吐量.然而,已有的研究两者大多是分离的,这样不能同时发挥两者的优势.提出了一种基于网络编码的无线网络机会路由算法- MinACK( Minimum ACKnowledgement),它结合了机会路由和网络编码各自的优势,能够在网络中同时传输多个段的...     

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.     

MAC-layer proactive mixing for network coding in multi-hop wireless networks

Network coding is a recent research topic in wireless networking. By combining multiple packets in a single broadcast transmission, network coding can greatly improve the capacity of multi-hop wireless networks. Packet mixing, when applied with traditional routing, can only be performed at the junctions of the paths determined by the routing module. This limits significantly the coding opportunities in the network. This paper presents a novel MAC-layer mixing method, named BEND, which proactively seizes opportunities for coding. Without relying on fixed forwarders, BEND allows each node in the neighborhood to be a potential coder and forwarder and coordinates their packet transmissions for higher coding gain. By taking advantage of redundant copies of a packet in the neighborhood coding repository, the number of mixing points, and thus the coding opportunities, can be significantly increased. This high coding gain is verified by our simulation studies.     

无线多跳网络下解码率可控的匿名网络编码

无线网络易于受到外界攻击,现有的匿名通信方案均无法满足资源受限的无线网络,网络编码的自然匿名特性能够较好地解决这一问题,但是其解码率很难控制。LT码的编解码特性可以有效控制可解码率,但是它对于多级传输过程无法适应。结合LT码和网络编码的思想,采用LT码的编解码方式,通过控制各节点编码包的度分布和对系数矩阵的重新构造完成再编码,完成多级匿名通信,使得信宿在解码时解码率接近1－δ。     

无线Mesh网中网络编码的研究进展

无线Mesh网络是一种具有广泛应用前景的无线接入系统,网络编码允许网络节点对接收的数据报文进行加工处理,为解决Mesh网网络问题提供了一条新途径。通过对比在单播中网络编码和传统路由的不同,阐述了网络编码基本原理;然后总结了网络编码的发展现状;分析和归纳了网络编码提高无线Mesh吞吐量、可靠性、安全性等性能的应用;最后对网络编码在Mesh网络中的进一步研究方向进行了展望。     

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。     

无线多跳网络的延迟性能分析

多跳无线网络技术具有广阔的应用前景。研究如何精确地分析、预知和保证多跳无线通信路线的端到端延迟性能非常重要。通过引入一个延迟违约概率的下限,扩展链路层等效带宽模型,并在不同的信道服务速率和无线信道条件下进行模拟。分析和仿真发现,与信道服务速率相比,最大多普勒频移对多跳延迟性能的影响更大。     

无线多跳网络安全路由算法

针对窃听者相互合作下的无线多跳网络,提出一种考虑物理层安全的路由算法.该算法在假定未知窃听者位置及其信道状态信息(CSI)的前提下,得到系统端到端安全连接概率(EESCP)表达式,通过最大化网络EESCP,得到一种使用传统Bellman-Ford算法即可实现的最短路径路由算法,并在此基础上进一步提出一种改进的Bellman-Ford算法.仿真结果表明,所提出的算法不仅适应于不同规模的网络,而且相较于传统算法能够极大地提高网络的安全性能.     

A cross-layer multi-hop cooperative network architecture for wireless ad hoc networks

In this paper, a novel decentralized cross-layer multi-hop cooperative network architecture is proposed and presented. This cross-layer architecture introduces a new cooperative flooding scheme and two decentralized opportunistic cooperative forwarding mechanisms based on randomized coding, and a Routing Enabled Cooperative Medium Access Control (RECOMAC) protocol that enables cooperative forwarding, while incorporating physical, medium access control (MAC) and routing layers. RECOMAC employs randomized coding to realize cooperative diversity, so that relay selection and actuation mechanisms are alleviated and the MAC costs are reduced. The coded packets are routed in the network via the proposed cooperative forwarding schemes, which opportunistically form cooperative sets within a region, not needing a prior route to be established. Essentially, in the RECOMAC architecture, the routing layer functionality is submerged into the MAC layer to provide seamless cooperative communication, while the messaging overhead to set up routes, select and actuate relays is reduced. We evaluate the performance of RECOMAC in terms of network throughput, delay and MAC and routing overhead, in comparison to the conventional architecture based on the well-known IEEE 802.11 MAC and Ad hoc On Demand Distance Vector (AODV) routing protocols. RECOMAC is shown to provide quite significant improvement by an order of magnitude difference in all investigated performance metrics, under a variety of scenarios, considering different network sizes, static and mobile scenarios and networks with multiple flows.