基于网络编码的无线路由算法研究

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无线网络相对于有线网络在很多资源和性能方面受到约束,例如:有电池供应电量的节点能量有限,节点的存储容量和计算能力受到制约,通信能力相对下降等。无线网络链路的物理层广播特性和不可靠性为网络编码的产生奠定了基础条件,网络编码在传统的节点存储-转发模式的基础上给节点增加了可以加工数据后再转发的功能,极大的提高了网络吞吐量。为了充分利用网络编码的思想增加网络编码的机会,编码感知路由算法应运而生。一系列基于被动等待编码机会的网络编码和主动寻找编码机会(编码感知)的路由协议研究都开展而来,将无线网络受限的资源和网络编码考虑在一起设计出一种合理有效的无线网络路由协议能够有效改善无线网络性能。由电池供应电量的无线网络受能量因素的制约,通信过程中数据需要通过作为路由的中间节点进行传输,部分节点电量耗尽不仅致使节点本身不能正常工作,而且可能因为缺少中继的中间节点造成整个网络的分割,严重时将导致大部分生存下来的节点之间不能相互通信,所以这些中间节点的能量消耗对整个网络的生存有很大的影响。本文从延长网络生存时间的目的出发,设计出一种能将能量和编码机会结合在一起的度量机制,提出了一种能量优化的编码感知路由协议COER(Coding-aware based Optimal Energy Routing),利用能量门限值以及相对剩余能量来均衡网络节点能量的消耗,同时用网络编码来减少能量的消耗,并将两者统一来实现网络能量的优化。将这种机制运用在编码感知路由协议中来提高网络吞吐量,减少能量的消耗。Matlab仿真实验结果表明:COER能够减少传输能耗,均衡网络能量消耗,延长网络生存时间。在实际的网络编码中,每个节点都缓存侦听或者转发的数据包在一个缓冲区(称为解码缓冲区)中,并根据缓存在解码缓冲区中的数据包判断是否能够执行网络编码功能。目前对网络编码路由协议的研究大部分都是假设节点缓冲区足够大的。但在实际网络中,缓冲区的大小是有限的,较小的缓冲区会导致网络编码机会的丢失,减少网络编码机会。将理论研究的路由协议应用到实际网络中并不能达到理论上的效果,甚至会降低网络性能。从无线网络受缓冲区有限因素制约的角度出发,让缓冲区得到合理有效的利用才是切实可行的。为了合理的利用缓冲区,提高网络编码性能,本文介绍两种缓冲区管理的方法:一跳编码网络中解码缓冲区选择性缓存方法SCDBO(the Selective Caching Method of Decoding Buffer in One-hop Coding Network)和基于源路由的多跳编码感知网络中解码缓冲区选择性缓存方法SCDBM(the Selective Caching Method of Decoding Buffer in Multi-hop Coding-Aware Network based on Source Routing)。这两种方法都能让节点根据编码条件选择能够参与编码的包进行缓存,避免了缓冲区空间的浪费。仿真实验结果表明:SCDBO相对于COPE, SCDBM相对于DCAR能够充分利用解码缓冲区提高网络吞吐量。本文除了提出以上两种算法外,还对对今后的工作方向做了一个简单的规划,希望将来能提出更完善的路由方案。
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