面向无线异构网络中多媒体信息组播的多速率网络编码理论和应用研究

For the access rates of different wireless terminals are often different in practical applications, this project tries to implement the rate allocation scheme for multimedia information multicast by using multi-rate network coding. Thereby, the rate demand of the different terminals could be satisfied, and the transmission throughput could be increased, as well as the user experience..This is an application-oriented project, and the research content covers four aspects of multi-rate network coding: firstly, we study the analysis model, and obtain the rate allocation scheme by calculating the optimal solution of the model; secondly, we design heuristic algorithms to obtain the multi-rate network coding approach for MRC scheme; thirdly, we study the performance optimization of multi-rate network coding, we try to achieve this goal by designing deterministic multi-rate network coding algorithm; fourthly, we study the practical application of multi-rate network coding, and we will implement a multi-terminal real-time video conference system based on this technology in WiFi networks..The research results of this project can be widely used in the distribution of multimedia information, network video conference, distributed storage of multimedia data and so on. Moreover, the results can enrich the theory and method of network coding in wireless heterogeneous networks.

本项目针对无线网络中异构终端接入速率具有多样性这一实际情况，拟通过多速率网络编码技术实现多媒体信息组播传输的速率分配。从而满足不同终端的速率需求，增加传输吞吐量，提升用户体验。. 本项目面向应用需求，研究内容涵盖多速率网络编码研究的四个层面：一是对分析模型的研究，通过求解模型的优化解获得多媒体数据传输的速率分配方案；二是针对MRC（多分辨率）方案，设计多速率网络编码方案的启发式构造算法；三是对多速率网络编码的性能进行优化，拟通过设计确定性多速率网络编码算法来实现优化；四是基于多速率网络编码技术的实际应用，本项目拟在WiFi网络下实现一套基于该技术的多终端实时视频会议系统。. 本项目的研究成果可以广泛应用于多媒体信息分发，网络视频会议，多媒体数据分布式存储等方面，并丰富网络编码在无线异构网络中应用的理论和方法。

该项目通过采用多速率的网络编码方案提高了异构无线网络数据传输的带宽效率，并且提出了一个启发式算法来构造多速率的网络码字，该方法能够显著地提升无线多跳网络的吞吐量。本文指出，在绝大数的实际应用中，该方法均能找到一个好的解决方案。此外，本文提出了一个“流对齐”的方法来分离出独立的路径，该方法能够显著降低网络的计算复杂度。注意到当在中间节点执行再编码时，采用的是随机策略从有限域 中选取元素。可能未来的工作包括寻找一种确定性的方法来构造多速率的网络码字，因此这能够显著地减少有限域的尺寸，意味着编解码的计算开销能够被降低。. 该项目提出了一种基于网络编码的视频会议系统。通过设计NCVCS的编码策略，缓冲区管理方案和速率控制策略，使用NCVCS时可以提高用户体验。实验结果表明，网络编码可以提高传输的可靠性，从而可以获得更流畅的视频。虽然引入网络编码时系统复杂度略有增加，但可以实现稳定的性能。特别是，当链路质量差时，性能增益更加显著。当在移动设备中执行网络编码时，重新编码和解码的开销可能成为NCVCS的瓶颈。虽然目前的移动设备可以为我们提供可接受的性能，但是计算资源被高度占用。随着硬件的发展，我们认为这个瓶颈可能被打破，然后在移动设备中使用网络编码将变得流行，这将引起更多的关注。. 为了实现移动设备间文件的快速共享，该项目探讨了一种利用网络编码技术，通过终端Sonft AP功能实现的文件共享系统。充分利用编码节点重新编码数据的功能。与传统的文件共享机制相比，此系统不仅缩短了文件在多台设备间传输的时间，也极大减少了网络能源的开销。