无线网络的网络编码节点优化技术

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在组播网络中,应用网络编码(networkcoding,NC)技术,可以在满足组播最大流前提下,提高网络资源利用率。近年来,在无线网络中网络编码应用越来越广泛。由于网络编码中引入编码节点,增加了无线网络的实际开销和传输延迟。所以,在满足组播最大流的前提下,尽量使网络编码节点的数目减少,可以有效提高网络资源利用率,提高网络的传输性能。本文对于无线网络编码存在的编码节点开销问题,做了以下研究工作:(1)针对目前无线网络中的网络编码开销过大,网络资源利用率较低的问题,本文在已有的无线网络编码节点选取算法的基础上,提出了一种改进算法——基于最短路径的编码节点选取算法。算法的主要思想是:在传统Ford-Fulkerson最大流算法的基础上,在其搜寻增广路径的过程中应用广度优先寻找最短路径的最大流算法Edmonds-Karp算法,并在Edmonds-Karp算法中加入容量差的概念。首先应用广度优先查找算法寻找出网络中从源节点到目的节点的最短路径,比较路径中容量差的大小,选择容量差最大的路径进行增广,从而找出从源节点到全部目的节点的最大流路径。然后在查找出的最大流路径上寻找出编码节点。通过实例分析,在满足组播最大流的前提下,与传统的Ford-Fulkerson算法相比,该算法查找最大流路径的步骤明显减少。最后,通过分析无线网络的特征,在Matlab仿真平台上建立无线网络模型。在无线网络模型的基础上应用本文提出的算法,分别仿真了算法寻找出的最大流路径、应用本算法编码节点的分布特征和应用传统最大流算法的编码节点分布特征。通过仿真结果比较可知,应用本文给出的算法编码节点数目为1时,出现的次数最多,传统最大流算法编码节点数目为3时,出现的次数最多。所以,本文算法有效减少了编码节点个数,降低了网络开销。(2)针对无线传感器网络,在传统的网络编码的基础上进行改进,结合组播最大流路径的查找算法和节点中心性,给出一种基于节点中心性的网络编码节点选取方案。首先分析了无线传感器网络特点和传感节点的限制,并给每个节点设置编码功能触发设备;其次,分析了无线传感器网络中节点的社会性,根据网络业务量不同,动态选择中间节点进行信息传输;之后,从组播最大流路径上选取出共享节点,通过编码节点判定准则,判断哪些共享节点作为编码节点,然后在满足条件的编码节点上开启编码功能,完成编码功能后则关闭触发器。最后通过Matlab仿真平台,建立无线传感器网络模型,然后比较了应用改进NC算法、传统NC算法之间在目的节点数目不同时,所应用的中间节点的数目分布趋势。当目的节点数目为8时,改进NC相比于传统NC,中间节点数目要减少将近36.4%。
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