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第
31
卷增刊
2
2011
年
12
月
计算机应用
Vo
l.
31
Suppl. 2
Dec.2011
Joumal of Computer Applications
文章编号
:1001
-9081(2011)S2
-0001-04
多跳无线网络通用网络编码结构研究
赵蕴龙,要彬彦,董钊,姚爱红,高振国
(哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院,哈尔滨
15
∞
01)
(
zhaoyunlong@
hrbeu.
edu.
cn)
摘
要:编码结构是决定运用网络编码与否的一个重要因素。根据多跳无线网络的特点,在现有的网络编码结
构的基础之上,提出三种可以在元线网络中进行网络编码的通用编码结构:泛
I
型、泛
Y
型和泛
X
型结构。研究了网
络节点对于这三种编码结构的发现、编码和解码的具体算法和过程,并对所提出的三种通用编码结构的编码有效性
进行了实验仿真,仿真结果表明,编码结构的使用可以有效提升元线网络的平均吞吆量。
关键词:网络编码;多"'1J
t
元线网络;编码结构;网络吞吐量
中图分类号
:1
四
91
文献标志码
:A
Research
on
general network coding structure in multi-hop wireless networks
ZHAO
Yun-Iong
,
YAO
Bin-yan
,
DONG
Zhao
,
YAO
Ai-hong
,
GAO
Zhen-guo
(School
of
Co
叩
uter
Sc
Îe
nce
and
Technology, Harbin Engineering University, Harbin Heilongjiang
15
∞
01
,
China)
Abstract:
Network coding structure
was
an important factor to decide
if
applying network coding or not in delay nodes.
Basing on the characters of multi-hop wireless networks and the existing coding structures
, three general network coding
structures were firsùy proposed to
be
used in wireless networks, which were Pan-I-Structure, Pan-Y-Structure and Pan-X-
Structure.
Th
en, the detailed algorithms and
pr'
∞
esses
of the coding structure discovery, coding and decoding were given.
At
last, the analysis and simulation
on
the coding efficiency of the proposed three general coding structures were
provided.
白
le
simulation results show that the wireless networks throughput could be e
f!
ectively improved with the use of the proposed three
general coding structures.
Key
words:
networks coding; multi-hop wireless network; coding
struct
山
'e;
network throughput
0
引言
网络编码川概念的提出被认为是信息传输理论领域的
一大突破,它被证明了是一种可以逼近网络容量理论传输极
限的有效方法,通过在网络中间节点处对传输的数据包进行
编码处理从而获得各方面的网络增益。多跳无线网络是一种
灵活可靠的无线组网技术,被广泛地研究和应用。由于无线
链路的不可靠性和其物理层广播特性,使其非常适合于应用
网络编码技术,网络中所有节点都广播转发收到的数据包,这
为网络中间节点编码数据包创造了条件。目前,有关网络编
码的研究大多也都是基于无线网络模型的。
网络拓扑结构是影响网络编码技术应用的因素之一,有
效的编码结构是网络编码应用的前提。本文将从分析编码结
构出发,针对三种可运用网络编码技术的典型网络拓扑结构
进行论述,包括编码结构的发现和具体的编解码过程。最后,
结合无线链路的不稳定性,对三种可编码结构进行实验仿真,
并给出仿真结果。
1
相关研究
Sach
山
i
吞吐量的网络编码方法
COPE
o
COP
阻
E
协议首次研究了网络
收稿日期
:2011-04-14;
修回日期
:2011
-06
-14
。
编码在无线环境中协议层面上的具体实现问题。在
COPE
协
议中,每个节点对传输媒体进行侦听,获得其邻居节点的状态
信息,决定进行编码的机会,并在本地的先进先出(
First In
First Out ,
Fl
FO
)缓存结构内进行编码,然后进行基于机会的
路由选择。
COPE
协议完成了在经典链式拓扑结构中进行编
码机会的寻找。
文献
[5J
提出了基于潜在的编码机会决定是否转发每个
数据包的算法
CAOR
(Coding Aware Opportunistic Routing)
;文
献
[6J
提出了独立于
MAC
层的编码机会决定:文献
[7J
提出
了
BFLY(
ButterFLY)
协议,它充分利用局部拓扑信息和数据
包头中的源路由信息,允许中间节点转发编码数据包,以便在
多跳之后进一步利用网络编码机会;文献
[8J
提出的
MI
泪
T
将机会性路由的处理单元由包降为符号,采用预期传输计数
(Expected Transmission Count ,
E
四)作为路由量度,进行编码
发现;文献
[9J
中运用探视~式的算法来确定无线网络中存在
编码机会的节点。
本文针对网络编码的通用拓扑结构进行深入的探讨。
2
通用网络编码结构
在图
l
中,假设节点
Aß
、
C
,
D
是终端节点,节点
0
1
...0.
是网络中间节点,下标
n
表示在网络中可能有无限多个中间
基金项目:国家自然科学基金资助项目(
61
∞
3235)
;黑龙江省自然科学基金资助项目(目
00902)
;黑龙江省教育厅科学技术研究项目
(11553047)
;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(
HEU CFl 00607)
;哈尔滨市科技创新人才研究专项资金资助项目
(2011
RFQX
G0
12)
。
作者简介:赵蕴龙(1
975
- )
,男,黑龙江哈尔滨人,副教授,博士,
CCF
高级会员,主要研究方向:无线网络、移动计算、可信计算:
要彬彦
(1
983
寸,女,黑龙江哈尔滨人,硕士研究生,主要研究方向:元线
Mesh
网络、网络编码;
董钊
(1987-)
,男,河南南阳人,硕士研究生,主要研
究方向:元线网络、网络编码;
姚爱红
(1972-)
,女,湖北武汉人,副教授,博士,主要研究方向:嵌入式系统;
高振国
(1976
-),男,山东济南
人,教授,博士,主要研究方向:元线网络、网络编码。