多速率环境网络编码性能优化研究

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网络编码的提出“颠覆”了人们对基于路由存储转发的数据传输方式的传统认识,并因其在提高网络吞吐量、充分利用网络资源等方面显著的优势,得到了国内外众多业内外学者广泛的关注与研究。多速率组播技术是为应对当前复杂多变的网络环境提出的,其在实际应用中已得到广泛的认可。面对当今计算机科学技术日新月异的发展现状,基于网络编码的多速率组播技术已成为学术界广泛研究的一个热门课题。但是,目前已有的方案在多速率组播网络的性能优化问题上仍有许多急需改进的地方与提升的空间。如网络吞吐量距达到理论上界还有很大提升空间,网络数据编解码复杂度过高,网络中存在大量冗余数据以及网络带宽资源的利用不够充分等问题。本文针对上述存在的问题及目前的研究现状展开研究,提出了多速率网络编码目标反馈算法(Multi-rate Network Coding Object Feedback algorithm,MNCOF)来改进多速率组播网络性能。MNCOF算法包括网络数据信息管理算法、编码方式切换算法、目标确认反馈算法三大部分。(1)数据信息管理算法根据网络资源的实时使用状态,对网络资源全局状态的不同阶段进行划分,为MNCOF后续的改进算法进行基础性研究。(2)编码方式切换算法将层内网络编码与层间网络编码的优点进行了结合,使网络中数据包的编解码复杂度得到降低的同时,网络吞吐量也有了提高,并使其在复杂的异构性网络环境中更具有适用性。(3)目标确认反馈算法通过利用信宿节点的反馈信息进行目标节点的选择,解决了网络中数据大量冗余的问题,以此提高了网络带宽资源的利用率。综上所述,多速率网络编码目标反馈算法在网络吞吐量和网络带宽资源利用率等网络编码性能优化方面都有所提升。最后,本文搭建了基于NS-3模拟器的网络编码仿真实验平台。通过MNCOF算法与IntraLNC、InterLNC算法在吞吐量与编解码复杂度等方面分别进行的对比实验,验证了编码方式切换算法的有效性。并通过数据传输总时间对比验证了目标确认反馈算法的有效性。最终通过整体性能测评的实验结果表明,本文提出的多速率网络编码目标反馈算法在提高网络吞吐量与网络带宽资源利用率等方面的性能明显优于现已有的组播数据传输算法。
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