基于网络编码的无线多跳网络路由算法研究

摘要

随着经济社会的迅猛发展和现代通信技术的日新月异，无线网络尤其是无线多跳网络为人类提供的服务已经深入到人类工作和日常生活的每个角落。无线网络链路不可靠、网络节点能量以及网络带宽受限等因素对无线网络实现数据高效可靠传输提出了挑战，因此设计高效可靠稳定的路由协议一直是无线多跳网络的研究热点。网络编码改变了传统路由的存储转发模式，允许网络节点对数据包进行编码操作，它可以给无线网络带来多方面的好处，例如减少数据包传输次数，提高网络带宽利用率，提升网络吞吐量，降低数据包传输能耗。本文在现有研究工作的基础上，研究如何利用网络编码技术进一步提高无线多跳网络性能的路由策略。
　　本文研究工作成果如下：
　　1.针对无线Ad Hoc网络节点能量受限对全网路由的影响，提出了一种基于流间网络编码的能量感知路由策略ERINC。ERINC采用数据流速率匹配的方法利用节点编码机会降低能量消耗，同时通过节点剩余能量值和节点能耗速度预测节点剩余生存时间，并结合路径总能耗和节点剩余生存时间提出新的路由评价函数和路由发现策略。此外， ERINC通过引入本地路由维护策略，减少断链和路由中断情况的发生。仿真结果表明， ERINC可以有效降低路径传输能耗，均衡网络能量消耗，延长网络寿命，提高网络吞吐量。
　　2.针对现有基于流内网络编码的机会路由算法的不足，提出了一种新的基于部分网络编码的无线多跳网络机会路由算法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FNCM实现每跳的数据包传输。对本算法的仿真结果表明，本文所提出的算法能有效提高网络吞吐量，减少目的节点解出原始数据包的平均时延。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文主要研究工作

1.4 本文内容安排

第2章 网络编码技术概述

2.1 最大流最小割定理

2.2 网络编码的基本原理

2.3 网络编码的应用

2.4 网络编码应用于无线网络路由的基本模型

2.5 本章小结

第3章 基于网络编码的无线多跳网络路由协议

3.1 无线多跳网络组网方式

3.2 无线多跳网络路由算法设计指标

3.3 两种典型的基于网络编码的无线多跳网络路由协议

3.4 本章小结

第4章 基于网络编码的无线Ad Hoc网络能量感知路由策略

4.1 引言

4.2 路由评价标准

4.3 路由发现过程

4.4 本地路由维护策略

4.5 复杂度分析

4.6 实验仿真与结果分析

4.7 本章小结

第5章 基于部分网络编码的无线多跳网络机会路由算法

5.1 引言

5.2 基于部分网络编码的机会路由

5.3 ORAPNC路由算法

5.4 复杂度分析

5.5 实验仿真与结果分析

5.6 本章小结

第6 章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 未来展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文和参加的科研项目