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网络编码关键技术及其应用研究

郝琨  
【摘要】:网络编码打破了通信网络中传统的信息处理方式,网络节点对信息进行编码等处理,使得信息传输速率达到网络的最大流,提升网络的吞吐量、节约传输带宽和均衡负载等。但是,网络编码系统中的编解码操作,必将给网络带来额外的开销。因此,减少网络编码操作的额外开销,对网络编码的传输过程进行优化,对推动网络编码的实际应用有重要的意义。 论文以网络编码理论及其优化机制为基础,对网络编码优化及其在不同领域下的应用进行了研究。研究成果包括以下几方面: 基于遗传算法的网络编码优化:针对网络编码的单目标优化建立了优化模型,并在模型基础上设计了基于简单遗传算法的最小化编码节点的优化算法MCN。仿真结果表明,算法有效地减少了参与编码的节点数量。针对网络编码的多目标优化问题,综合考虑编码消耗和链路消耗问题,设计了基于NSGA-II算法的网络编码的多目标优化算法MOONC。仿真结果表明,该算法能有效得到Pareto解,并降低了网络的整体开销。 结合机会路由的部分网络编码优化:针对无线网络中广播通信能量效率、网络编码延迟问题,设计了部分网络编码优化算法。考虑当前链路状况和节点的能量状况,提出了基于部分网络编码的能量约束机会路由协议PNCOR。仿真结果表明,部分网络编码与机会路由相结合,在降低网络延迟、提高网络吞吐量方面均有显著的优势。同传统的路由机制相比,吞吐量提高了22%,投递率提高了23%左右,网络延迟降低25%左右,提高了无线网络传输性能。 基于确定性网络编码的文件分发:以P2P文件分发系统为研究背景,设计了一种新的网络编码文件分发模型及算法DLNCCD。该模型在保证编码解码成功的前提下,采用确定性编码方法降低了网络编码的复杂度。同时,将该编码方法应用在特定的网络拓扑结构上,在保证达到最大的网络编码增益的前提下,有效地解决了拓扑带来的线性相关编码块的问题。仿真结果表明,以该模型建立的文件分发系统同传统的文件分发系统相比吞吐量提高20%左右,平均下载时间节省了20%左右,提高了文件分发系统的性能。


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