水声网络编码技术研究

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目前水声通信网络在海洋开发探测、污染处理、灾难预报预防、以及海上军事作战等方面广泛应用,建立安全、可靠、高效的水下通信网络还具有关键的军事意义。水声通信具有传输速率低,时延大的缺点,本文网络编码技术应用于水声环境中,进行网络编码NCR(Network Coding Routing)协议的仿真,提高数据传输效率,减小时延,减小冲突率,使网络性能获得改善。  首先,研究网络编码算法的基本原理,其主要内容包括:(1)线性网络编码的编码原理及构造方法;(2)随机网络编码的构造方法、解码方案及解码条件。线性网络编码方法是否可以实现关键是要确定网络的拓扑结构,不适用于节点数量多的网络,实际中一般采用随机网络编码方法。采用随机网络编码方法,设计NCR协议,节点对数据包编码、转发并解码得到原始数据。  其次,在三种拓扑结构:环形拓扑结构、方形拓扑结构、随机拓扑结构仿真NCR协议。分析数据包投递率、数据包投递平均时延、协议开销、冲突率四个重要指标参数,发现与传统泛洪方法相比,NCR协议的数据包投递率大约提高了50%~120%,在节点数量很多的大型网络中,时延获得大幅度的降低,同时冲突率也减小。  最后,在NCR协议中加入定时器方案和伪广播机制,在编码前加入一个等待时间,以使编码后的组合包含更多信息,加入定时器使NCR协议不仅获得更好的数据包投递率,在多节点的网络中时延和协议开销有一定程度的降低。伪广播方案通过邻居节点回复确认信息,保证至少有一个节点收到发出的数据包,提高了数据发送的可靠性。  通过在不同拓扑结构中进行NCR协议以及改进的NCR协议的仿真,并对仿真结果进行比较分析,评价网络性能,验证了网络编码协议不但显著地提升了数据包投递率,在节点数量多的结构中有效的减小了数据传输的时延和冲突率。
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