网络编码统一性缓存管理与流匹配理论和应用研究

本课题目标是探索网络编码统一性缓存管理理论和网络编码数据流匹配理论,获得网络编码缓存管理和流匹配的实用化解决方案和性能分析手段。本课题致力于解决网络编码统一性缓存策略的理论问题，将缓存策略抽象建模为一个统一性的(Generic)数学分析模型，通过由缓存效率统一表征评价缓存策略是否为最优的各种性能参数，把缓存策略设计问题转化为缓存效率最优化问题。在此基础上设计最优缓存策略、缓存最优淘汰算法和最大化数据编码机会的编码方案。然后研究网络编码中最大化编码机会的数据流匹配理论，包括设计支持缓存编码包的最优延迟策略、网络编码流匹配的数据包调度策略等问题。本课题提出的理论是具有普适性的分析模型，具有广泛的应用前景，比如在网络编码多速率MAC协议设计和WSN中应用Growth-codes网络编码的场景中，应用该理论可以提高网络吞吐量、降低编码数据时延，提高网络在可靠性、健壮性、能耗及安全等方面性能。

在本项目研究中，深入研究了缓存资源对机会性网络编码性能增益的影响，通过分析我们将缓存资源与解码性能之间的关系归结为一个最优化数学模型，并提出了一种分布式的机会性网络编码缓存策略；多速率特性是无线通信环境的天然特性，之前对于网络编码的研究为了确保数据包的可靠投递，网络节点一般简单地采用最低的传输速率来发送原始数据包和编码包，从而极大地降低了网络编码的性能增益，因此我们在无线自组网环境下，将网络编码技术结合缓存资源管理问题和高能效绿色通信算法进行了分析和研究，同时研究了协作缓存场景下结合网络编码技术的机制设计；接着针对无线介质访问的随机性和各条编码数据流速率的不匹配导致编码机会不足问题，提出了一种结合调度和网络编码的框架SNC，该框架由延迟数据包传输策略DTP和基于网络编码组的调度策略GSP两部分组成；最后，我们提出了具有编码意识的队列管理机制DQM。.本项目深入研究了网络编码统一性缓存管理的理论问题以及网络编码流匹配理论，获得网络编码缓存策略和流匹配的实用化解决方案，实现了多种无线网络应用场景仿真平台，并完成了理论结果的性能分析比较，撰写了大量有创新性的高水平的相关学术论文。本项目研究完成了各项指标要求，在无线网络环境中的网络编码数据缓存机制和网络编码数据流匹配等问题的研究上有较大理论突破，并在本领域的国际期刊和会议上发表了学术论文，全面地完成了研究计划的内容。在国内外重要学术期刊和会议一共发表学术论文22篇，其中SCI论文6篇，EI论文22篇；申请国际发明专利11项；培养博士2名，硕士8名。通过本项目的研究，我们对网络编码在无线网络里的应用有了深刻的理解，对相关的数据缓存机制以及传输流匹配理论进行了深入的研究和分析，为后续网络编码在无线通信中的应用起到积极的推动作用。