基于网络编码的最小代价组播路由研究

摘要

随着Internet技术的迅猛发展和人们对新奇事务的不断追求，网络承载数据的压力越来越来大。现有网络资源在面对诸如音视频直播、点播、大文件下载等带宽消耗“大户”时显得日益紧迫。组播技术自从上世纪八十年代产生以来，一直是网络研究的热点。经过二十多年的发展，组播技术得到不断完善。现今很多网络设备都支持组播协议。然而另一方面，尽管音视频、大文件下载等网络服务符合组播技术的支持范围，但是现今真正使用组播技术进行数据传输的网络服务寥寥无几。形成这一局面的原因有很多，但作为组播基础的组播路由是主要原因之一。很多学者和科研机构都致力于寻找简单、高效、健壮的组播路由求解方法，但一直未能完全解决的。
　　 2000年网络编码技术的提出给组播技术带来了新的希望。通过使网络拓扑中的节点不仅拥有存储、转发、复制数据的能力而且还能对数据编解码，提高了组播的带宽利用率。对于组播路由而言，网络编码技术使组播路由中原本在不同组播树重合边上存在的链路带宽竞争不再存在，使组播能够以更小的代价完成数据传输。本文主要研究网络编码在最小代价组播路由方面的作用，通过分析网络编码技术针对最小代价组播路由的实质，提出了利用局部优化方法求解全局的最小代价组播路由的方法。
　　 本文首先对网络编码技术、最小代价组播以及现今基于网络编码技术求解最小代价组播路由的研究状况作了简要介绍。然后分析了网络编码技术给包括最小代价组播在内的组播网络优化带来的实质性变化。接着描述了网络编码环境下组播网络优化的现有方案。针对两个代表性方案和已成功申请的专利进行详细阐述和分析。指出现有方案存在的不足，并提出了改进思想。在本文的第四章，正式提出了利用局部优化求解全局最小代价组播路由的方法。本文提出的方法不仅拥有现有基于网络编码技术的方法在带宽利用率上的优势和可以分布、非同步地实现以外，由于本文提出的方法是建立在局部优化的基础之上，因此比起现有利的全局方法在对网络动态变化的健壮性、对节点加入的灵活性以及计算的复杂度等方面都有较大优势。在第五章，针对论文提出的方法、传统组播和网络编码的全局方法在VC++平台上作了仿真。通过仿真结果可以清楚地验证本方法相比传统组播方法和网络编码全局方法的优势，但同时也发现本方法相对于网络编码全局方法在解的精确性上仍然存在一点差别。
　　 在论文的最后对全文进行了总结，归纳了论文的主要贡献和创新点，并提出了进一步工作计划。并在附录里对第三章中描述的代表性方法用到的一些数学理论基础和优化算法进行了概述，方便对已有方法的理解。