基于网络编码的无线网状网容错机制研究与仿真实现

摘要

无线网状网作为一种新型的网络，在军事、环境、医疗、家居等许多领域具有广阔的应用前景和很高的应用价值。和其他无线多跳网络一样，它受节点能量、计算能力、信道衰减和传输带宽等诸多方面的限制，如何在有限的资源中保障数据可靠传输是无线网状网研究的重要问题。
　　无线网状网的容错性指的是当部分节点或链路失效后，网络仍然能够进行传输数据的恢复或者网络结构的自愈，从而尽可能减小节点失效或链路失效对网络性能的影响。传统的基于冗余资源配置的容错技术没有综合考虑延时、能量和吞吐量等特性，因而很难适用于无线网络中。
　　基于上述问题，本文研究了适合无线网状网的基于网络编码的容错技术，提出了两种网络编码容错算法。首先，本文第三章基于理想网络拓扑中，提出了基于树的网络编码容错算法，即编码树(Network Coding Tree，NCT)算法，为了使NCT算法适用于普通网络拓扑，本文设计了基于贪心分簇算法的网络拓扑逻辑划分方案，使分簇后的逻辑拓扑能使用NCT算法，扩大了算法的拓扑适用范围。然后，本文第四章提出了一种基于多路径的随机网络编码算法(Random NetworkCoding based on Multipath，RNCM)，该算法通过改进传统随机网络编码的编码节点选取方式，并将多径路由与随机网络编码结合，降低了资源冗余度和端到端延时，同时保证了较好的容错能力。
　　为评估算法的性能，本文基于VC++搭建了仿真平台，对提出的NCT算法和RNCM算法在数据包投递成功率、资源冗余度、端到端延时等性能指标上进行测试，并分别与传统容错算法进行对比。仿真结果表明，NCT算法在数据包投递成功率、资源冗余度、端到端延时等方面较传统的容错机制有优势;而RNCM算法则在数据包投递成功率、资源冗余度、有效吞吐率等方面较传统容错机制有优势。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 无线网状网概述

1．1．1 无线网状网的结构

1．1．2 无线网状网的特征

1．1．3 无线网状网的应用

1．1．4 无线网状网存在的问题

1．2 网络容错技术

1．2．1 容错技术概况

1．2．2 国内外容错技术研究现状

1．2．3 主要容错技术

1．3 研究意义

1．4 本文的结构安排

1．5 课题来源

第2章 网络编码概述

2．1 网络编码基本概念

2．2 网络编码的原理和模型

2．2．1 线性网络编码

2．2．2 数学模型

2．2．3 网络编码举例

2．3 网络编码的特点

2．3．1 提高网络吞吐量

2．3．2 均衡网络负载

2．3．3 提高带宽利用率

2．3．4 提高网络纠错率

2．4 无线网状网引入网络编码的优势

2．5 无线网络编码的研究意义与发展前景

2．6 本章小结

第3章 基于网络编码的无线网状网分簇容错机制

3．1 研究背景

3．2 网络模型

3．3 网络编码容错策略

3．3．1 容错思想介绍

3．3．2 编码算法设计

3．3．3 算法分析

3．4 贪心算法设计

3．4．1 贪心算法介绍

3．4．2 数学模型

3．4．3 算法步骤及分析

3．5 算法流程图

3．6 本章小结

第4章 基于网络编码的多路径容错机制

4．1 研究背景

4．2 问题描述

4．2．1 网络模型

4．2．2 失效模型

4．3 随机线性网络编码

4．4 容错算法设计

4．4．1 网络编码容错策略

4．4．2 算法步骤与分析

4．4．3 算法流程图

4．5 性能分析

4．6 本章小结

第5章 仿真实现与性能分析

5．1 仿真模块与主要数据结构

5．1．1 主要数据结构

5．1．2 主要仿真模块介绍

5．2 仿真环境

5．3 性能指标

5．4 仿真数据与性能分析

5．4．1 NCT算法仿真结果与性能分析

5．4．2 RNCM算法仿真结果与性能分析

5．5 本章小结

第6章 结束语

参考文献

致谢