基于网络编码的MAC协议研究

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近年来,如何将网络编码应用到现实网络中成为人们的研究热点。在无线网络中,无线传输具有天然的广播特性,恰好契合网络编码所需的基本条件。传统的网络节点在接收到目的地为非本节点的MAC帧后,选择将其丢弃。从直观的角度考虑,这是一种对资源的极度浪费。因此,我们可以考虑令节点将侦听到的MAC数据帧缓存起来,中继节点在转发时将多个待转发的MAC帧编码为一个帧进而转发,各目的节点可以根据自身缓存的MAC帧对接收到的编码帧进行解码,从而获得自己需要的MAC帧。但上述策略存在着一些问题:中继节点若要进行编码,就需要知晓各目的节点的侦听结果,若由目的节点一一通告其侦听报告将给网络带来极大的开销;中继节点在获取到目的节点的侦听报告后,其需要适当的编码算法以进行编码;中继节点与目的节点应采取何种交互方式来完成有效的编码转发。针对上述问题,本文提出了基于网络编码和信任度机制的无线MAC协议(WMNT, Wireless MAC protocol based on Network-coding andTrust-degree-mechanism):中继节点只需要周期性地获得各目的节点向其报告的链路质量信息作为其对各链路质量的信任度;然后根据信任度对各目的节点的侦听结果进行猜测,进而根据编码算法进行编码转发;通过目的节点的反馈信息,中继节点实时地动态调整其对链路的信任度,以适应网络的动态变化。针对WMNT协议,本文对其做了仿真分析,结果证明:当选择了适当的参数后,中继节点的有效吞吐量最大可提高1.35倍。最后,本文在GNU Radio+USRP软件无线电平台上实现了WMNT协议,并通过实验验证了WMNT协议的可实现性。
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