本文關(guān)鍵詞： 無線網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)編碼 可靠傳輸 編碼機(jī)會 馬爾科夫決策　出處：《電子科技大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：網(wǎng)絡(luò)編碼(Network Coding)是通信網(wǎng)絡(luò)中,尤其是無線網(wǎng)中改善數(shù)據(jù)傳輸性能,如提高吞吐率、增強(qiáng)可靠性等的最新途徑之一。本論文研究多種數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境中的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)編碼問題,提出了新的數(shù)據(jù)包緩存反饋機(jī)制,設(shè)計(jì)了基于馬爾科夫決策過程(Markov Decision Process,MDP)理論的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)編碼算法,為數(shù)據(jù)恢復(fù)中的最大編碼效率問題提供了有效的解決途徑。本文主要研究內(nèi)容與成果概括如下。(1)針對單播傳輸場景,本文提出一種新的編碼數(shù)據(jù)包緩存反饋機(jī)制。依據(jù)該機(jī)制,接收節(jié)點(diǎn)在收到不可解編碼數(shù)據(jù)包時(shí),不僅存儲這些數(shù)據(jù)包,而且向源節(jié)點(diǎn)反饋相應(yīng)的緩存確認(rèn)信息�；诖藱C(jī)制,本文設(shè)計(jì)的新編碼算法允許對編碼數(shù)據(jù)包和原始數(shù)據(jù)包進(jìn)行混合編碼,以利用傳統(tǒng)單播傳輸中因部分接收節(jié)點(diǎn)處不可解碼而被忽略或丟棄數(shù)據(jù)包中的編碼機(jī)會,實(shí)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)對不可解編碼數(shù)據(jù)包的二次使用。仿真結(jié)果表明,在多單播數(shù)據(jù)流傳輸場景中,采用新的重傳算法能夠減少8%~21%的重傳次數(shù)。(2)針對多播傳輸場景,本文建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)編碼優(yōu)化模型。依據(jù)該模型,數(shù)據(jù)重傳過程建模為序貫決策過程。基于此機(jī)制,本文設(shè)計(jì)出一個(gè)基于MDP的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)編碼算法,將最優(yōu)編碼決策問題轉(zhuǎn)化為動態(tài)規(guī)劃問題。進(jìn)一步地,為減少迭代次數(shù)以及每次迭代的計(jì)算量,提高算法實(shí)時(shí)性,構(gòu)造一種基于前向搜索的在線規(guī)劃算法。仿真結(jié)果表明,在單源多播傳輸場景中,采用新算法能夠減少5%~14%的重傳次數(shù)。(3)針對不完美反饋場景,本文提出一種新的網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會評估機(jī)制。借助于部分可觀察馬爾科夫過程(Partial Observable MDP,POMDP)理論,本文對不完美反饋下的重傳過程進(jìn)行了模型分析和構(gòu)建,并采用置信狀態(tài)(Belief State)來估計(jì)網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會�；诖藱C(jī)制,本文設(shè)計(jì)出一種基于單步前瞻的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)編碼算法。該算法根據(jù)估計(jì)信息,通過量化不同編碼組合對編碼機(jī)會的影響以決定最佳數(shù)據(jù)包組合方式。仿真結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼算法,采用新算法能夠在反饋信息受限的多播傳輸網(wǎng)絡(luò)中減少1%~7%的重傳次數(shù)。(4)針對單源單多播混合傳輸場景,本文提出一種新的數(shù)據(jù)恢復(fù)機(jī)制。該新機(jī)制可使源節(jié)點(diǎn)在一定條件下使用網(wǎng)絡(luò)編碼方法來同時(shí)恢復(fù)單播節(jié)點(diǎn)和多播節(jié)點(diǎn)丟失的數(shù)據(jù),以彌補(bǔ)無網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用時(shí)需獨(dú)立處理單播和多播重傳而導(dǎo)致重傳次數(shù)陡增的缺陷。仿真結(jié)果表明,通過有效使用單播與多播數(shù)據(jù)流間的編碼機(jī)會,能夠在單源多播傳輸場景中減少20%-45%的重傳次數(shù)。本文針對不同的無線單播與多播傳輸場景,對網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行了深入研究,建立了以減少重傳次數(shù)為目標(biāo)的優(yōu)化模型,并提出了多種的數(shù)據(jù)重傳機(jī)制和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)編碼算法。本文中的研究成果,能夠?yàn)闊o線單播與多播網(wǎng)絡(luò)中減少重傳次數(shù)、降低傳輸時(shí)延和提高傳輸可靠性等問題的完善和解決提供重要的理論分析基礎(chǔ)和算法實(shí)現(xiàn)途徑。
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【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.2
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本文編號：1530850