基于网络编码的无线网络重传方法研究

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随着新一代移动通信技术的迅猛发展以及便携式终端的深入普及,无线网络的应用越来越广泛。无线网络给人们生活带来方便的同时,其自身存在的缺陷也越来越受到人们的关注,其中链路易受干扰、节点移动等因素造成丢包率较大,网络服务质量差等问题日益突出。如何实现无线网络的可靠传输,提高网络整体性能已成为一个迫切需要解决的问题。通过重传丢失数据包,实现无线网络可靠传输的研究工作已经取得了比较显著的研究成果,网络编码的提出为进一步优化重传效率、减小网络延迟指明了新方向。现有的基于网络编码的无线网络重传算法,在编码条件判断时都使用贪婪算法,最大化编码在一起的丢失包数量,导致接收节点不具有完全可解性;而且大部分的重传算法都没有考虑数据包延迟约束条件,导致接收节点收到较多失效的数据包,网络服务质量差。本文对基于网络编码的重传算法进行研究。主要工作如下:(1)对于重传效率要求高的应用场景,提出一种基于散列值计算的编码重传算法(Network Coding Retransmission Based on Hash calculation, NCRBH)。首先将数据包接收状态矩阵的行值散列映射为对应的二进制序列,以便将编码组合包的判断简化为二进制运算,然后计算序列的汉明重量,用来表征数据包的需求度。最后对贪婪算法编码条件进行改进,将汉明重量的和最大且二进制序列“与”运算为0的数据包进行线性编码,实现编码包在接收端的完全解码,减少重传次数。在Matlab仿真平台上,以信道擦除概率、接收节点总数和数据包总数为实验变量,对NCRBH算法进行仿真,结果表明该算法明显提高了重传效率,实现了最小化重传次数的目标。(2)对于时间关键的应用场景,通过调整NCRBH算法的编码策略,改进成一种低延迟的编码重传算法NCRBH-LD (NCRBH-Low Delay)。在发送端计算反馈信息中数据包延迟约束条件的平均值,并在编码判断时以此为首要判断标准,可减小数据包失效的可能性。在数据包重传阶段,首先重传即将到达平均延迟约束条件的数据包,实现最小化超过延迟约束数据包个数,减小网络延迟,提升服务质量(QOS)。为衡量减小网络延迟算法性能,综合考虑超出延迟限制的数据包数和重传总数两个因素,在评价算法性能时,引入由两者比值得到的超过延迟约束率ζ。以数据包延迟约束条件、接收节点总数和数据包总数为实验变量,对NCRBH-LD算法进行验证,结果表明该算法能够达到最小化超过延迟约束率的目的。
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