基于网络编码的延迟容忍网络路由协议研究与实现

摘要

延迟容忍网络（DTN）是一种与Internet不同的新型网络，它具有链路频繁中断、网络拓扑不断变化、高传输延迟、高丢包率、资源受限等特点。DTN在军用通信、应急救灾、城市交通以及星际通信等领域都有广泛的应用前景，是无线通信领域的研究热点。网络编码在DTN网络中的应用是一个新的研究方向，本文在对DTN网络路由协议以及当前主流的网络编码算法进行充分研究的基础上，将增长码（Growth Code）编码算法应用于资源受限的 DTN网络中，降低传输延迟和平均能耗，提高成功投递率，本文的主要研究内容和成果可以概括如下：
　　1、对DTN主要的路由协议归纳总结，并分析其优缺点，研究目前主流的几种网络编码算法。在此基础上，将增长码编码算法与DTN传染路由协议（ER）相结合，提出增长码编码算法，同时改进其译码算法，提出基于降度的译码算法。
　　2、在上述编译码算法基础上，设计并实现了基于增长码的传染路由协议（GER）。根据增长码的基本思想，设置以时间作为度量的度转折点，保证目的节点按照度递增的趋势接收编码包，有利于实时译码。在机会网络仿真器ONE中实现GER协议，并在节点缓存受限的DTN环境中进行性能仿真，从仿真结果来看，当节点缓存受限越严重，GER协议相比传染路由协议获得的增益越高，体现出增长码的优势。
　　3、由于GER协议仍然是基于原始的传染路由协议的，所产生的编码包比原始数据包多，导致网络中编码包数量较大，网络负担重。因此，本文对GER进行了改进，提出了Improved-GER，延用RLC中“代”的概念，用固定数量的同源同目的节点的编码包构成一个“代”。根据增长码理论模型，设计度计算表和反馈表，通过收发双方的信息交互，来严格控制各个度编码包的数量，设计“代”状态表，既为每个“代”设置发送优先级，也实现了目的节点对已经成功译码的“代”的反馈机制，删除已经被成功译码的“代”，提高节点缓存利用率。使用仿真器ONE，在节点缓存资源受限的DTN环境中，对Improved-GER协议进行性能仿真。从仿真结果来看，相比GER和ER协议，Improved-GER协议在保证较高成功投递率的同时，传输延迟较和平均能量消耗也较少，是一种高效的DTN路由协议。

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缩略词表

第一章 绪 论

1.1引言

1.2延迟容忍网络概述

1.3论文的研究目的及主要工作

1.4论文结构

第二章 延迟容忍网络路由算法以及网络编码概述

2.1引言

2.2 DTN网络路由算法

2.3网络编码

2.4本章小结

第三章 基于增长码的DTN路由协议研究

3.1引言

3.2增长码

3.3基于降度的译码行为描述

3.4基于增长码的传染路由协议（GER）

3.5改进的基于增长码的传染路由协议（Improved-GER）

3.6本章小结

第四章 性能仿真与分析

4.1仿真平台-ONE简介

4.2性能指标

4.3基于增长码的传染路由协议（GER）性能评估

4.4改进的基于增长码的传染路由协议（Improved-GER）性能评估

4.5本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

个人简历、攻硕期间取得的研究成果