面向无线网络优化的高效实用网络编码技术研究

无线介质的易受干扰特性使得设计一个高吞吐率的多跳无线网络面临巨大的挑战。近年来关于网络编码的研究已经证实了其在提高无线网络性能方面的优势,但现有研究中存在着模型假设条件过于理想化,各层次编码技术的研究相对分离的问题,使得网络编码在无线网络协议中的实现面临很大的问题。本项目旨在研究多种网络编码策略中影响无线网络性能的关键因素，结合实际无线网络自身的特点展开理论分析与实用优化目标的研究，基于跨层优化的思想，提出结合考虑吞吐量、可靠性、可解码性、延迟和节点存储计算代价等多因素的实用优化算法，并进一步在无线网络协议中实现。具体研究内容包括针对单播、组播环境下流内、流间的高效实用线性编码、局部编码和在线编码技术，流内与流间编码共存的多层次网络编码体系，无线网络编码通用测试平台的研究和开发。为网络编码应用于实际无线网络奠定理论与应用研究基础。

在本基金的资助下，我们针对高效实用网络编码的目标，从影响网络编码性能的多个关键因素出发展开研究，取得了很好的研究成果。面向优化流间网络编码的目标，从克服MAC机制的短期不公平性以及减少通知包附加开销出发，提出了跨层优化的局部网络编码机制和自适应的轻量级通知发送机制，增加了编码机会，提高了吞吐量；面向优化流内网络编码的目标，从接收确认机制和链路相关性等因素出发，提出了基于累积编码系数反馈确认的网络编码机会路由协议和结合相关性计算的改进网络编码机会路由协议，减少了冗余发送，提高了编码效率；从理论上分析了有损网络中多代混合网络编码方案与性能之间的定量关系；针对802.16网络中资源分配问题，结合应用网络编码和协作通信机制，提出了一种能较好平衡吞吐量和资源分配优化的中继选择算法。为了验证协议性能，我们扩展了NS2模拟器关于局部网络编码和流内网络编码机会路由的实现，同时在无线节点上实现了网络编码功能，构建了无线测试平台，并完成了相关研究的测试。研究内容上，我们还扩展了基于网络编码的云存储方案研究，提出了基于预计算修复矩阵的网络编码云存储修复方案和基于零空间的网络编码云存储数据完整性校验方案，有效降低了存储修复的计算开销和提高了安全性。本课题的研究为将网络编码应用于无线网络高效传输提供了新的研究思路，奠定了良好的研究基础。