基于网络编码的高吞吐量无线多跳网络关键技术研究

目前的无线多跳网络分组传送技术的主要局限性之一是其可支持的网络吞吐量非常有限。该局限性很大程度上限制了无线多跳网络的大规模应用。到目前为止，一些开拓性研究已经初步表明：网络编码技术具有显著提升无线多跳网络吞吐量的潜力。本项目的主要目标是研究开发基于网络编码的高吞吐量无线多跳网络中的关键技术。具体内容包括：在MAC层，设计基于网络编码的媒体访问控制协议以显著增加网络编码机会；在数据链路层，设计更加有效的队列结构及其相应的调度策略，以充分利用潜在的网络编码机会并实现网络编码技术下的数据链路层QoS 控制；研究编码子层的最佳编码问题，分析该问题的复杂性(是否NP-complete)，并提出低复杂度、高性能的编码算法；研究网络编码子层和物理层的跨层联合设计，以进一步提高网络吞吐量。本研究旨在合理、充分地利用网络编码技术来提升无线多跳网络的吞吐量，既具有理论和技术上的前瞻性，也注重实际应用的有效性。

目前的无线多跳网络分组传送技术的主要局限性之一是其可支持的网络吞吐量非常有限。该局限性很大程度上限制了无线多跳网络的大规模应用。网络编码技术具有显著提升无线多跳网络吞吐量的潜力。本项目的主要目标是研究开发基于网络编码的高吞吐量无线多跳网络中的关键技术。具体内容包括：基于网络编码的可靠高效多播重传方案的设计；基于网络编码的可靠高效多播确认机制的设计；面向网络编码的队列结构及调度策略的设计；物理层网络编码的设计;等等。 本项目的开展取得了以下重要成果： 首先，针对单跳无线可靠多播通信，提出了基于网络编码的数据块重传的可靠高效传输协议。在传统的基于网络编码的多播方案中，在接收节点上接收的数据包只要有一个比特出错就会被扔掉，其实该包中绝大多数比特是正确的，因此大大浪费了带宽。我们的协议只重传出错的数据块，而且利用网络编码来减少这些出错数据块的重传次数，从而大大节省重传带宽消耗。接着，设计出用于基于网络编码的单跳可靠多播的MAC层确认机制。与传统多播一样，基于网络编码的多播方案大多数是存在“确认风暴”问题，不仅要求发送节点需要较大的处理能力，也消耗了可观的带宽。对于该问题，我们分析研究基于网络编码的方案特点，提出适用于基于网络编码的多播方案的累积确认机制，通过在多播方案中的发送阶段末期发送少量的累积确认来告知发送节点有哪些数据包尚未正确接收，来有效减轻“确认风暴”问题，减小确认包所消耗的总带宽。另外，设计了面向网络编码的基于流的队列结构及相应的调度策略。该队列结构非常有利于达到QoS的要求，同时能制造更多的网络编码机会。然后，我们进一步联合设计数据包编码的方案和队列调度策略，做到既满足不同流所需要的不同QoS要求、也充分利用网络编码的机会来提高吞吐量。本研究合理、充分地利用网络编码技术来提升无线多跳网络的吞吐量，有效地解决了无线多跳网络的低吞吐量问题。