随着通信网络技术的快速发展和广泛应用，针对网络数据通信质量的要求不断提高，如何在现有网络条件下通过更有效地利用网络资源,提高网络数据传输的性能，已成为当今网络通信研究的重要课题之一。作为一种融合编码与路由的网络编码技术为实现这一目标提供了新的解决方案。网络编码允许网络中间结点对转发的数据分组进行编码组合操作，而不再限于网络数据传统处理模式中的存储转发操作，以此改善网络数据通信性能，如提高网络吞吐量和网络带宽资源的利用率、均衡网络流量负载，以及提高网络的健壮性等。因此，网络编码被认为是进入21世纪后信息处理和信息传输理论领域研究的重大突破，具有重要的理论价值和广泛的应用前景。论文工作是研究在应用网络编码的数据通信网络中，提高数据通信效率的机制和方法。主要研究网络编码在现有网络协议结构中的位置、网络编码方案的优化和降低网络编码负面效应等重要问题及解决方案。论文从三个方面研究基于网络编码的网络数据通信方案：网络编码与现有网络各层协议的结合、基于数据流传送模式控制的网络编码增益最大化、以及网络编码方案面临的数据传送时延控制与数据传送可靠性保证，以期使网络编码在与现有网络协议结合及最小化负面效应的条件下发挥最大的优势。论文的贡献体现在以下几个方面：1.网络编码跨层协议结构的研究：研究网络编码与现有网络协议的结合是完善网络编码研究、促进网络编码实用化的关键问题。对此，通过详细分析网络编码与网络各协议层现有协议的结合，论文提出了基于网络协议层参数联合调整的网络编码跨层协议结构模型；基于网络各协议层现有协议与网络编码关联的重要参数，模型构建描述网络编码增益的线性规划目标函数；通过对线性规划目标函数最优解的计算，取得对跨层网络编码协议参数的设置，从而取得基于网络编码的网络系统整体性能的最优化设计。理论分析表明模型具有显著的优势。2.基于数据速率匹配的网络编码优化机制的研究：对现有网络编码方案的优化和改进是网络编码研究中的一个重要问题，网络编码在网络数据传送中获得充分应用的一个重要环节是提高网络编码机会。相对于编码感知路由协议通过路径建立中编码结点的选择增大网络编码机会，论文从网络数据速率匹配的方面研究提高网络编码机会的途径，提出了数据速率匹配的网络编码优化机制。通过对关联编码数据速率的线性规划目标函数的求解和数据票参量的引入，在多条编码感知路径上实现数据速率匹配编码，提高了网络数据传送中的编码机会。同时，基于对反映目的结点数据解码状态的各数据批次解码时延的统计分析，通过信息反馈过程实现速率分配中的动态调整，提高模型的动态适应性。此外，数据速率匹配编码过程在提高网络编码机会及均衡网络流量负载的同时，在较大程度上降低了网络数据的传送拥塞。理论分析和仿真实验证明了模型的有效性。3.数据传送时延约束的动态网络编码机制的研究：由于数据传输速率的差异和网络链路状态的不稳定性，不同数据流分组到达网络各中间结点的时间不同，而为了提高网络编码机会，部分分组需要等待编码匹配分组的到达；同时，为解码当前批次数据，目的结点需要等待接收到足够数量的编码数据分组，这均增大了网络数据传送时延。对此，论文提出了一种基于时延约束的网络编码模型。模型通过对分组当前累积传送时延的实时检测，动态控制分组的编码机会，并依据分组所属数据流的服务优先级和分组的当前累积传送时延优先调度分组参与编码，保证高服务优先级数据的快速转发。为加快后继批次数据在网络各中间结点的传送，避免大量冗余数据的传送，模型引入了确认信息逐跳反馈传输机制，以控制网络编码过程中数据传送时延。仿真实验验证了时延的控制结果。4.基于邻结点协作的网络编码数据转发机制的研究：网络中传送的编码分组具有相对独立性，如何保证编码分组沿数据通信质量较高的多条路径进行传送，是提高编码分组转发可靠性的关键问题。论文提出以分组转发概率为参数的转发结点集构建模型，结合对转发结点集中结点数据转发信用度的测量，模型实现对数据传送可靠性较高的多径路由的建立及选择，通过引入分组转发概率统计模型和多径路由机制提高了网络数据传送的可靠性。仿真实验对提出的机制进行了分析和验证。