基于网络编码的延迟容忍网络路由协议研究与实现

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延迟容忍网络(DTN)是一种与Internet不同的新型网络,它具有链路频繁中断、网络拓扑不断变化、高传输延迟、高丢包率、资源受限等特点。DTN在军用通信、应急救灾、城市交通以及星际通信等领域都有广泛的应用前景,是无线通信领域的研究热点。网络编码在DTN网络中的应用是一个新的研究方向,本文在对DTN网络路由协议以及当前主流的网络编码算法进行充分研究的基础上,将增长码(Growth Code)编码算法应用于资源受限的DTN网络中,降低传输延迟和平均能耗,提高成功投递率,本文的主要研究内容和成果可以概括如下:1、对DTN主要的路由协议归纳总结,并分析其优缺点,研究目前主流的几种网络编码算法。在此基础上,将增长码编码算法与DTN传染路由协议(ER)相结合,提出增长码编码算法,同时改进其译码算法,提出基于降度的译码算法。2、在上述编译码算法基础上,设计并实现了基于增长码的传染路由协议(GER)。根据增长码的基本思想,设置以时间作为度量的度转折点,保证目的节点按照度递增的趋势接收编码包,有利于实时译码。在机会网络仿真器ONE中实现GER协议,并在节点缓存受限的DTN环境中进行性能仿真,从仿真结果来看,当节点缓存受限越严重,GER协议相比传染路由协议获得的增益越高,体现出增长码的优势。3、由于GER协议仍然是基于原始的传染路由协议的,所产生的编码包比原始数据包多,导致网络中编码包数量较大,网络负担重。因此,本文对GER进行了改进,提出了Improved-GER,延用RLC中“代”的概念,用固定数量的同源同目的节点的编码包构成一个“代”。根据增长码理论模型,设计度计算表和反馈表,通过收发双方的信息交互,来严格控制各个度编码包的数量,设计“代”状态表,既为每个“代”设置发送优先级,也实现了目的节点对已经成功译码的“代”的反馈机制,删除已经被成功译码的“代”,提高节点缓存利用率。使用仿真器ONE,在节点缓存资源受限的DTN环境中,对Improved-GER协议进行性能仿真。从仿真结果来看,相比GER和ER协议,Improved-GER协议在保证较高成功投递率的同时,传输延迟较和平均能量消耗也较少,是一种高效的DTN路由协议。
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