融合网络编码的无线协作中继网络资源分配与实现机制研究

This project focuses on (1) resource allocation strategies for wireless cooperative relaying networks with network coding in cloud computing environment, and (2) associated resource-allocation-centred systematic optimization framework, as well as (3) physical testbed design, to explore new approaches building efficient and practical optimized schemes for resource allocation. Through analyzing the influencing mechanisms of digital network coding and physical network coding to resource allocation for cooperative relaying networks, we plan to design a network coding module that works adaptively with multiple kinds of network coding. Then, considering imperfect channel state information, robust network coding-aware resource allocation strategies including optimized, sub-optimized and distributed versions will be proposed. After that, we will analyze interaction between resource allocation module and its adjacent modules, i.e., media access control protocol and routing protocol, and then build a resource-allocation-centred systematic optimization framework with high scalability via cross-layer optimization methods. Based on the outcomes of those theoretical researches, we intend to build a testbed that implements the proposed strategies and optimization framework using the reconfigurable universal software radio platform (USRP), and obtain a series of improving proposals by thoroughly analyzing observed data from the actual testbed to attain optimized practical approaches. As the outcomes of this project, it is expected that (1) in theory, revealing both the influencing mechanism of network coding to resource allocation for cooperative relaying networks and synergetic principle for merging resource allocation into the practical system, and (2) in practice, obtaining system-level practical optimization approaches for network coding-aware resource allocation.

重点研究云计算环境下融合网络编码的协作中继网络资源分配策略及以其为核心的系统级优化框架和实际系统实现机制，为构建高效实用的资源分配优化方案开辟新的研究途径。拟分别分析数字网络编码和物理层网络编码对协作中继网络资源分配的影响机理，设计能混合应用多种编码模式的网络编码模型;结合非完美信道状态信息模型，提出高鲁棒性的网络编码感知资源分配策略；分析所提资源分配策略与媒质接入控制协议和路由协议的相互影响机制，运用跨层优化方法构建以资源分配为核心的扩展性较强的系统级优化框架。基于以上理论研究结果，运用可重构通用软件无线电(USRP)平台搭建集成所提资源分配策略和优化框架的实测平台，提出基于实测数据的改进方案以得到最优化实用方案。 通过本项目的研究，可望在理论上揭示底层网络编码对协作中继网络资源分配的影响机理以及资源分配在实际系统中的优化融合机制，构建系统级的高可用性的网络编码感知的资源分配优化方案。

重点研究云计算环境下融合网络编码的协作中继网络资源分配策略及以其为核心的系统级优化框架和实际系统实现机制，为构建高效实用的资源分配优化方案开辟新的研究途径。分析数字网络编码和物理层网络编码对协作中继网络资源分配的影响机理，设计能混合应用多种编码模式的网络编码模型;结合非完美信道状态信息模型，提出高鲁棒性的网络编码感知资源分配策略；分析所提资源分配策略与媒质接入控制协议和路由协议的相互影响机制，运用跨层优化方法构建以资源分配为核心的扩展性较强的系统级优化框架。基于以上理论研究结果，运用可重构通用软件无线电(USRP)平台搭建集成所提资源分配策略和优化框架的实测平台，提出基于实测数据的改进方案以得到最优化实用方案。.通过4年的研究，课题组针对网络编码在中继传输中的特性，根据网络系统中协作模式、网络编码使能情况、MAC层队列状况、应用层用户需求等，结合信道条件等特征，以提高网络吞吐量、优化频谱利用率和能耗以及提高传输服务质量为目标，设计以融合网络编码为核心的协作中继网络系统中资源优化分配算法与机制，使其适用于资源受限协作中继网络场景中，满足不同的性能需求，充分发挥网络编码的技术优势。同时，也对算法的性能以及融合网络编码的协作中继网络系统中的边界条件进行理论分析，保证算法的最优性或近似最优性，以及算法的有效性。通过仿真模拟结果与其他算法性能进行比较，进而分析融合网络编码的协作中继系统的技术特点相比较于传统的协作中继系统的性能优势。然后根据融合网络编码的协作中继系统的技术特点设计系统级优化框架，并将框架部分内容在USRP平台上进行测试。.截止撰写结题报告时为止，课题组共发表期刊论文24篇，国际会议发布论文6篇，总计30篇，其中SCI收录17篇，EI收录12篇。申请发明专利6项，培养博士研究生2名、硕士研究生10名。