无线网络广播方式中的网络编码技术的研究

摘要

随着无线网络应用的增加和规模的日益扩大，如何更好地提高网络带宽利用率变得愈加重要，从而促进了网络编码的诞生和发展。网络编码是一种新型的传输方法，与传统的存储转发方式不同，它是在中间节点上对需要转发的信息包进行编码，在接收端进行相应解码，最后得到所需要信息的方法。因此它出现在各个方面的研究领域中，如用于提高网络的吞吐量、如何确保信息的安全以及能量的利用率等方面。由于无线网络链路的不可靠性，非常适合使用网络编码技术，因此网络编码被视为无线网络研究的重要方向，对未来的信息传输具有重要意义。
　　 本文首先对网络编码的基本原理进行了详细介绍。然后对前人提出的无线网络中基于网络编码的重传方法，即遍历接收节点的网络编码重传策略进行了研究，该策略的基本思想是通过中间节点对在传输中丢失而需要重传的信息包进行编码组合后再重传，该方法可以有效地减少信息包的重传次数，从而提高网络带宽利用率。然而，进一步的研究发现该方法存在如下缺点：(1)生成的编码分组在接收端会出现不可解码的情况，因此需要二次或多次重传操作，降低了编码效率、增大了网络开销；(2)中间节点要等到收到所有接收节点反馈的回复包后，才能判断进行编码组合，增大了传输时延；(3)接收节点要通过发送反馈(ACK/NACKs)信息，将数据分组是否成功传输到接收节点的情况告知发送节点，增大了网络开销。
　　 针对编码分组可解性和传输时延的问题，本文提出一种基于滑动窗口的连续网络编码方案，即在待重传数据分组矩阵中设计一个按时间顺序滑动的编码窗口并在其中选择参与网络编码的分组，以期达到既能减少数据分组的重传次数和传送时延，又能同时保证编码分组的可解性的目的；针对接收节点同时发送反馈ACK/NACKs信息导致的网络开销过大问题，本文提出接收节点仅反馈ACK信息、中心节点等待一段时间后对未接收到反馈ACK信息的节点进行编码重传的方案，减少了网络开销。为了验证改进的编码方案，本文使用OPNET仿真工具对普通重传策略、遍历接收节点的网络编码重传策略及改进后的基于滑动窗口的网络编码算法进行了仿真建模和仿真实现，对改进前后算法的结果进行了比较和分析。仿真结果表明改进后的算法能够减少网络的重传次数、缩短端到端的平均时延、减少网络总开销，从而使网络总能耗也随之降低。
　　 本文最后展望了基于滑动窗口的网络编码策略的进一步研究方向，并对全文进行了总结。