基于编码感知的COPE方案研究

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在传统网络中,信息的传输是依据存储.转发的模式在中间节点进行路由交换的,而网络编码技术允许和鼓励中间节点对接收到信息进行编码处理,从而能够很大程度上地提高网络的传输性能。网络编码是信息论研究领域的重大突破,在学术界引起了广泛的关注和高度的重视。   COPE是Katti等人提出的首个实用无线网络编码方案[18]。COPE方案将网络编码的思想与无线网络环境相结合,利用无线网络环境下节点的广播特性,使每个节点机会侦听一定范围内的传输媒体信息,并保存至本地缓存;中间路由节点根据邻居节点的缓存数据信息以及输出队列中数据信息进行机会式的异或编码;目标节点就可以通过接收到的编码包和本地缓存的数据包解码得到需要的原始信息。COPE方案通过这种机会式的编码有效地增加了网络吞吐量,降低了传输时延。但同时COPE方案被动地等待编码机会,存在着一定局限性。对此,本文开展了深入的研究,论文的主要研究内容和成果包括:   1、调研并归纳了网络编码的优缺点和研究现状,分析了无线网络环境下COPE方案的实现原理和关键技术,总结了基于编码感知的无线路由技术。   2、基于NS2平台对COPE方案进行了仿真设计与实现。结合文献[18],分析了本文中COPE方案设计算法的不同和优点:文献[18]中,为了获取邻居节点缓冲区的数据包列表,COPE要求在节点的接收报告中附上本节点所存储的数据包的情况,而这些附加内容占用了大量的比特信息,从某种意义上这将削弱COPE带来的网络性能提升;本文根据邻居节点列表和记录邻居节点的发送情况来猜测判断邻居节点数据包的存储情况,同时通过周期性地同步各节点存储的邻居节点数据包列表来确保判断机制的正确性,这种机制就避免了文献[18]中大量的冗余比特信息。论文分别对实现COPE方案的两种基本拓扑进行了仿真,从编码增益和MAC增益的角度对COPE带来的网络性能的提升进行了分析和验证。仿真结果表明,COPE方案在两种拓扑情况下都有效地增加了无线网络平均端到端吞吐量,降低了平均端到端传输时延。   3、论文中分析了COPE方案的局限性:编码过程局限在两跳路由范围内;编码机会受限于特殊的网络拓扑结构。这两种缺陷大大减少了实际网络中的COPE编码机会。针对这两点局限性,论文对COPE的两种基本拓扑进行扩展,提出基于编码感知的COPE改进方案--COPE+CAR方案。文中基于NS2平台在COPE的基础上对COPE+CAR方案进行了仿真验证,仿真结果表明,基于编码感知的COPE+CAR方案有效地弥补了COPE方案的局限性,增加了实际网络中的编码机会,比COPE方案更进一步提升了网络的整体性能。   本文的仿真测试结果虽然具有一定的局限性,但是对于COPE模型研究与实现提供了一定的依据和方法,在今后的研究中应进行大量的测试,并根据测试结果进行优化和改进。
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