基于网络编码和多速率组播的多业务系统优化

This topic researches the problems of flow distribution and fairness for multi-service system based on network coding and multi-rate multicast(MSNCM)..Firstly,based on the inter-layer network coding techniques,the topic studies the flow distribution problem for multi-rate multicast communication,puts forward the distributed flow allocation algorithm with the clear physical meaning that satisfies the convergence and stability requirements,and using Lyapunov theorem proves the stability of the proposed algorithm..Secondly,the topic studies the flow distribution problem for multi-service system based on network coding and multi-rate multicast, derives the conditions that allow the multi-rate multicast services and other services to conduct network coding,and provides the distributed algorithms that has the clear physical meaning and satisfies the requirements of convergence and stability to solve the problem of flow distribution for the system when the conditions are satisfied..And thirdly,the topic considers the fairness between the different users for the network coding-based multi-rate multicast network and the fairness of MSNCM when network coding exists between the services which are belonged to MSNCM.The fairness are considered as the optimization targets to establish the corresponding optimization models.In the models, using game theory and ant colony algorithm,the topic proposes the distributed flow allocation algorithms with reasonable complexity meeting the fairness within/between the services.

本课题研究基于网络编码和多速率组播的多业务系统（MSNCM）的流量分配和公平性问题。 1. 基于层间网络编码技术，研究多速率组播通信的流量分配问题，提出物理意义清晰且满足收敛性、稳定性要求的分布式流量分配算法，利用Lyapunov定理证明所提算法的稳定性；2. 研究基于网络编码和多速率组播的多业务系统的流量分配问题，推导多速率组播与其他业务进行网络编码的条件，以及当编码条件满足时为系统的流量分配问题提出物理意义清晰且满足收敛性、稳定性要求的分布式算法；3.研究基于网络编码的多速率组播网络内不同用户之间的公平性以及MSNCM中当业务间存在网络编码时的公平性，通过以公平性为优化目标建立相应的优化模型，针对此类优化模型，利用博弈论和蚁群算法提出业务内/间的满足公平性要求的复杂度合理的分布式流量分配算法。

在数据日益增长和网络资源有限的的互联网环境下，如何优化现有的网络体系结构，提高网络资源的利用率，是现代通信网络研究领域的一个重要课题。网络编码和多速率组播技术在通信网络中各自具有非常大的优势，把网络编码与多速率组播技术相结合对系统网络进行优化将大大提高网络利用效率，提供一种更优的网络传输方案。本课题研究基于网络编码和多速率组播的多业务系统（MSNCM）的流量分配和公平性问题。首先研究了网络编码和多速率组播在异构网络中的实现方式，再针对网络异构性、流量分配公平性、系统的稳定性等建立适宜的优化模型，并基于所建立的模型设计出相应的权衡复杂度和收敛性的分布式优化算法，且通过仿真工具验证仿真证明所提算法的优越性。目前已发表和录用的论文共47篇。其中期刊36篇，会议11篇；SCI收录8篇，EI收录13篇，中文核心期刊录用17篇。专利3个，出版图书教材1部。取得了课题预期的理论研究成果。.首先，研究基于层间网络编码的多速率组播通信的流量分配问题，提出了物理意义清晰且满足收敛性、稳定性要求的分布式流量分配算法，利用Lyapunov理论证明算法的收敛性和全局稳定性。进一步研究基于网络编码和多速率组播的多业务系统的流量分配问题，通过原始分解和对偶分析，提出物理意义清晰的分布式流量分配算法，并从理论和仿真两方面共同论证算法的收敛性和稳定性。在研究基于网络编码的多速率组播网络内不同用户之间的公平性以及MSNCM中当业务间存在网络编码时的公平性方面，通过以公平性为优化目标建立相应的优化模型，并将反压（back pressure）原理和蚁群算法结合，提出业务内/间的满足公平性要求的复杂度合理的启发式分布式流量分配算法。.此外，基于本项目研究基础，课题组还研究了相关分支领域：传感器网络、移动云计算通信、混合能源无线通信网络以及D2D通信的资源分配问题；无线传感器网络的时间同步问题；天文光变信号的分析问题以及可见光通信与定位等问题，并取得了很好的成果。这些分支领域都可以结合本项目的主要研究内容，成为课题下一个研究方向。