网络编码的研究进展

网络编码允许网络节点在传统数据转发的基础上参与数据处理,已成为提高网络吞吐量、鲁棒性和安全性的有效方法.在介绍网络编码基本原理的基础上,比较了集中式和分布式网络编码构造方法的优缺点,并对实用网络编码设计中涉及的同步、纠错、编解码速度等问题进行了评述;进而,对网络编码在无线网络、P2P系统、分布式文件存储和网络安全等领域的最新应用进行了总结;最后对网络编码的理论和应用研究的发展趋势进行了分析与展望.设计简单高效的实现机制,并与其他领域的技术如信道编码与调制、路由算法、队列调度以及流媒体技术等的结合,将是网络编码发展的一个重要趋势.     

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GA的网络最短路径多目标优化算法研究

针对现有基于遗传算法(GA)优化的网络最短路径算法存在优化目标单一、遗传编码质量低、搜索策略间平衡性差、适应度分配效率与灵活性较低等问题,建立一种多目标优化最短路径自适应GA模型,提出了优先级编码和优先级索引交叉算子,引入了遗传算子参数的模糊控制机制和基于自适应加权的适应度分配方法.实验结果表明,该算法的准确性和稳定性高、复杂度合理,实现了对网络设计优化中多目标最短路径问题的高质量求解.     

一种改进的多播网络编码算法

在多播网络通信中,网络编码的应用,实现了最大流最小割定理所决定的多播传输的最大理论传输容量。对这一问题,可采用线性multicast,线性broadcast,线性dispersion,以及generic等线性网络编码构造算法进行求解。但这些方法,计算复杂度较高。在研究generic线性网络编码算法的基础上,结合离散路由的使用,对其进行了改进,提出了一种改进的多播网络编码算法,并给出了算法的合理性证明。复杂度分析表明,该算法较generic线性网络编码算法,复杂度有显著的下降。     

网络编码下的编码开销-链路开销联合优化

网络编码是一种新的网络传输技术,能够充分利用网络的理论组播速率上限.讨论了在网络编码下综合考虑编码开销和网络链路开销的网络总开销优化问题,将由网络编码引起的编码开销同样纳入优化问题的考虑范围.给出了2种各有优劣的网络信息流模型描述这一问题,并在不同模型下定义了2种开销的一般形式.由于这一优化问题属于NP难问题,目前一般采用启发式算法获得近似的优化解.随后的实验中,在不同规模的拓扑下对比了基于2种不同信息流模型的启发式算法的性能.由于考虑了编码开销使得联合优化问题远比链路开销优化问题复杂,模拟实验显示,只有当编码开销与链路开销价值系数之比达到1000以上时,才能获得比单纯链路优化更小的总开销.在提出基于遗传算法的方案之前,还简单地讨论了联合优化问题的复杂度.     

基于网络编码的无线网络容量分析

无线网络容量一直是无线网络领域的研究热点,而网络编码通过赋予中间节点对接收数据包进行编码、组合的能力,可以有效提高网络容量,达到最大流—最小割定理确定的理论上限.本文在Gupta和Kumar提出的信号干扰噪声比模型基础上,首先分析网络节点均匀分布时发送节点与目的节点进行多跳传输的无线网络容量计算方法;接着推导出了基于网络编码的无线网络容量计算公式,并利用MATLAB中求解线性规划问题的函数linprog()求解网络最大流及各链路流量,以此求出无线网络容量上界.通过对无线网络容量上界进行MATLAB仿真,得到如下结论:无线网络容量上界随节点数量的增加呈现先增加后减少的趋势;且当节点数量趋于无穷大时,网络容量趋于零;与传统的存储转发模式相比,采用网络编码有利于提高网络容量.     

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.     

基于布尔型粒子群优化算法的网络编码优化

针对布尔型粒子群优化算法存在容易陷入局部极值和收敛速度慢的缺点,提出一种带扰动因子的自适应调整惯性权重和学习因子取1概率的布尔型粒子群优化算法,并把这种改进的布尔型粒子群优化算法用于网络编码的优化以得到具有最小编码边的编码方案.对两个人工拓扑进行优化得到的结果表明,基于布尔型粒子群优化算法最小化编码边方案的收敛速度和精度都优于基于遗传算法最小化编码边的方案的速度和精度,能有效用于网络编码的优化.     

基于网络编码的无线多跳网络寿命优化模型研究

针对无线多跳网络的寿命优化问题,通过将无网络编码、双向网络编码和侦听网络编码的寿命优化问题转化为线性约束规划问题,提出一种基于网络编码的无线多跳网络寿命优化模型。在该模型中,基于功率控制模型、数据流个数、业务需求分布和每个节点初始能量的随机拓扑模型,首先对这三种不同情形下的网络寿命优化问题进行建模。然后使用内点法对这些问题进行求解,最后评估网络寿命。通过对多种情况下网络编码对网络寿命的影响进行仿真,验证了模型的有效性。仿真结果表明,在弱功控情况下网络编码可以取得较好的网络寿命增益,且该增益随数据流个数的增加而增加,相对于侦听网络编码方法,双向网络编码方法在取得相近性能的同时,具有更低的计算开销。     

网络编码在无线Mesh网中的应用综述

网络编码是近年来通信领域的一种新的技术.网络编码允许中间节点将接收到的信息进行编码并发送出去,提高了网络吞吐量、健壮性等.无线Mesh网可以使用网络编码技术显著提高多跳链路的传输性能.文中简要介绍网络编码的基本原理和线性网络编码,总结了网络编码在无线Mesh网中的最新研究进展,评述了网络编码对无线Mesh网通信性能的影响,包括提高网络吞吐量、健壮性和安全性,最后对其发展趋势进行了展望.     

一种改进负载均衡的网络编码多播路由算法

已有研究证明,在多播网络中使用网络编码可以显著提高多播通信的性能。总结了网络编码多播理论的研究进展,同时对网络编码多播路由问题进行了研究与分析。考虑到影响链路负载和资源消耗的因素,提出了一种改进链路负载均衡的网络编码多播路由算法,优化了路径间链路的共享。通过使用常见的Waxman网络拓扑模型,产生随机网络拓扑。在这些拓扑中,分别针对传统IP多播路由、低速率网络下的网络编码多播路由以及提出的路由算法进行性能仿真。仿真结果表明,与其他两种路由算法相比,该算法在可达吞吐量、资源消耗和负载均衡等性能上均有很好的表现。     

基于网络编码的多播路由算法研究

网络编码的提出在一定程度上提高了多播通信的传输性能。简要总结了网络编码多播传输理论的研究进展,并对网络编码多播路由问题进行了研究。分析了已有算法的优势及不足,同时考虑影响资源消耗的因素,文中提出了一种基于最短路径和最大共享链路集的网络编码多播路由算法。通过在随机网络拓扑模型下的性能仿真实验分析,发现与传统的IP最短路多播和约简网络下网络编码多播路由算法相比,该算法可显著减少网络带宽资源消耗,同时能够有效均衡链路负载。     

基于Windows套接字编程的网络编码仿真实现

针对网络编码数据传输技术,采用Windows套接字编程工具,提出了一种仿真实现方法。在局域网内选取若干个终端模拟网络节点,逻辑上构成一个单源组播网络,各终端上采用socket套接字编程方法,按照网络编码数据传输策略进行收发数据。给出的例子是典型的蝴蝶网络,但容易扩充到一般的单源组播网络。与已有的网络编码仿真器相比,提出的方法具有简便、易于掌握的特点。     

多源多宿组播网络编码的可达信息率区域

为了解决多源多宿组播网络编码问题,提出了计算可达信息率区域的算法和构造线性网络编码的方法。在已有研究的基础上,把多源多宿组播网络编码问题转化为一个含有约束的单源组播网络编码问题,通过理论分析与推导,找出了各源点组播率之间的相互约束关系,进而构造了一个多目标优化模型来表征可达信息率区域的边界,提出了两种求解该多目标优化问题的方法:枚举法和基于遗传算法的多目标优化算法。从求出的Pareto边界可以导出可达信息率区域。选定了各源点的组播率后,通过求解含有约束的单源组播网络编码问题便可以构造出线性网络编码方案。仿真测试结果表明提出的方法可以求出可达信息率区域的整数点边界,并能构造线性网络编码方案。     

联合编码开销与安全性能的网络编码优化方案

网络编码技术在提高网络吞吐量和传输效率等方面具有很大优势,但该技术需要在节点处进行额外编码操作,增加了编码开销。针对在保证最大多播速率的前提下,降低编码开销的同时兼顾网络编码安全程度的问题,现提出一种联合编码开销与安全性能的网络编码优化方案。该方案首先在基于预选择机制的小生境遗传算法的基础上加入了预处理机制。其次,构建了新的适应度函数。最后采用了一种更科学的种群规模的确定方式。仿真结果表明,该算法比传统的基于遗传算法的网络编码优化方案在收敛时间、进化代数、编码开销和安全程度四个方面更具优势。     

基于网络编码的多射频Mesh网组播时延建模与分析

网络编码在提高多射频无线Mesh网组播吞吐量的同时也增加了组播传输时延.针对该问题,在建模分析基于网络编码的多射频无线Mesh网组播传输时延特征的基础上,设计了平均组播传输时延(AMTD)的计算方法并给出时延整体优化方案.首先提出1个由双排队系统串联构成的多射频组播模型.其次,运用该模型对组播传输时延特征进行分析,通过计算每个排队系统平均等待时间之和给出AMTD计算公式,得到时延与各网络参数之间的量化关系.最后通过理论分析和仿真实验指明如何调整多个网络参数以优化平均组播传输时延.结果表明,网络状态确定时,同样的射频比例在不同网络编码体积下未必总是最优,应用提出的AMTD公式恰当调整射频用于收?发的比值,可以最优化平均组播传输时延.     

基于最大干扰网络编码的应用层多播算法

构建于终端系统的应用层多播具有网络层多播不可比拟的优势,为了提高应用层多播的效率和性能,提出一种基于最大干扰网络编码的应用层多播算法。该算法在采用网络编码的基础上,在多播路径选择上通过考虑源到多个目的节点路径间的最大干扰,来提高编码的利用效率,有效节省带宽。仿真表明,相比较一般应用层多播算法和基于网络编码的多播算法,本算法在提高网络吞吐量和资源利用率方面都有更好的表现。     

基于网络编码的组播率与编码节点数的平衡

为探究单源组播网络编码的组播率与最少编码节点数之间的关系,利用线性网络编码的导出与扩展技术,对两者间的关系进行了理论分析和推导,得出了"最少编码节点数随组播率单调递增"的结论。构造了一个多目标优化模型用于精确地描述两者间的数量关系。为求解这个多目标优化模型,设计出能搜索所有可行编码方案的策略。运用该策略,并结合NSGA-II,提出了求解该模型的算法。在需要兼顾两者平衡的情况下,模型的解为确定编码方案提供了选择依据。所提算法不仅能搜索出整个Pareto集,而且能在指定可行组播率区域的前提下,以较小的运算代价得出相应的部分Pareto集。仿真结果验证了理论分析的结论,表明了所提算法的可行性和有效性。