基于网络编码的大型无线网络资源保障机制

网络编码是一种可有效改善网络性能的新型传输技术。大型无线网络中，网络编码技术一方面利用无线广播特性增加链路容量，另一方面增加了无线传输的空间干扰区域，深入分析这两方面的折中机制，是有效利用网络编码技术的前提。本申请课题考虑基于网络编码的资源保障机制，量化分析实时的网络空闲资源，解决资源保障机制的理论问题；考虑算法复杂度和资源利用率之间的折中机制，提出简单可行的分布式资源分配算法，既能为所有业务提供资源保障，又能提升网络的接纳性能，给出算法有效性的理论分析方法；设计高效的资源感知方法，理论分析提出的资源感知协议的开销，在大型网络仿真平台上实现资源感知协议以及资源保障功能实体，通过大量仿真实验验证提出的算法和协议的有效性，充分展现网络编码技术在无线网络应用中的优势，为大型无线网络的应用与发展提供新的技术支撑。

本项目深入研究了干扰对于无线多跳网络端到端性能的影响，分别借助先进的干扰利用技术研究有效提升网络性能的方法：1）提出了基于网络编码的端到端可用带宽的计算方法，设计了基于网络编码的路由协议，理论证明协议的最优性，并基于NS2平台验证了提出协议的有效性；2）研究了基于网络编码的无线资源调度机制，首次考虑了网络编码所引入的缓存开销。为了降低缓存，提出了一种基于传输方式预分配的调度机制，并利用Lyapunov方程理论证明了提出方法的吞吐量最优性；3）针对具有严格时延要求的组播业务，研究无线干扰对端到端时延的影响，提出了新型干扰冲突图正确建模组播过程中的相互干扰，基于提出的冲突图设计了降低端到端时延的调度机制；4）研究基于串行干扰抵消的密集小区调度机制，提出了基于图论的调度建模方法，证明了其最优性；5）首次考虑将迫零预编码应用于无线网络中所引入的监听开销问题，提出了新型链路模型和节点模型，既能有效利用迫零预编码所引入的带宽增益，又能避免由于监听所引入的冲突，并且提出了一种基于Belief Propogation的快速调度算法。.当前提升无线网络的另一种途径是采用蜂窝传输和ad hoc传输相结合的网络，即混合无线网络。混合无线网络中的路由策略是影响网络吞吐量性能的关键，即决定哪些业务采用ad hoc传输，哪些采用蜂窝传输。本项目针对具有社交特性的业务模型，研究了混合无线网络的网络容量与路由策略之间的数学关系，给出了制定最优路由的策略。.综上所述，本项目围绕无线干扰问题，借助先进的干扰管理技术，如网络编码、串行干扰抵消、迫零预编码等，研究了无线网络端到端性能提升的方法，共计发表SCI论文12篇，EI论文17篇，申请专利11项。