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网络编码利用其在网络节点上对所要求传送的消息作适当的线性或非线性处理来改善网络的传输效率、可靠性、鲁棒性、安全性、节点能耗等性能,是有别于传统方法的一种新的思路,因而受到高度重视,成为当前网络信息论中一个重要的研究方向。网络编码是一种新颖的网络传输技术,它从网络总体或系统性的角度出发,能有效解决最大流量、路由策略等问题。与多数技术一样,网络编码在充分利用其优势的同时,也伴随着相应的开销。因而,尽可能地减少各种开销,是网络编码在实际应用中所要解决的重要问题。
本文首先对内容分发网络进行了综述,包括理论背景、研究概况和发展趋势,重点讨论了BitTorrent的基本原理、算法及缺陷等。接着介绍了网络编码的基本原理和数学模型,包括线性网络编码、随机网络编码的概念,以及网络编码的性能、优点和应用范围。针对目前网络编码在内容分发应用方案中存在的缺陷,提出了相应的改进思路,目的在于提高文件分发系统的整体性能,降低运算或处理的复杂度。
在本文设计的系统中采取了三个方面的改进措施:(1)采用多代混合方式(MGM)的编码技术对文件进行分组预处理,文件以分组为编码单位在网络中传输,可以降低解码的运算复杂度;(2)在节点传送编码块之前设置一个判断机制,当判断出来自源节点只拥有一个编码块,这时无需进行二次编码,直接将编码块发送给目的节点,以减少编码开销,进而缩短节点的编码时间;(3)采用了一种改进的数据传输方案,即源节点在发送编码块之前,先向目的节点发送随机产生的编码系数,当目的节点确认编码系数与自己拥有的系数线性无关时,源节点再发送生成的编码块,藉此减少线性相关编码块的产生,从而减少重复数据的传输。
本文最后在比较和分析各种P2P仿真工具的基础上选择OPNET作为仿真工具,并设计系统的应用层模块,建立系统的仿真框架。随后仿真比较了现有和改进文件分发系统在下载成功率、编码时间、文件下载速度和文件丢块率等方面的性能。仿真结果表明改进的内容分发系统虽然会增加一些时延,但在整体上具有更好的文件分发性能。
最后,论文就今后研究工作的发展方向提出了一些个人的观点。