网络多播路由的改进编码软件设计与实现

传统网络多播路由编码方法采用多播分布树进行编码,但链路容量遭遇瓶颈,致使编码节点较多,导致浪费带宽资源的问题。在此提出基于Koetter指数时间的网络多播路由改进编码算法对编码软件进行设计,分析多播路由的总体设计,通过数据包编码转发模块在多播拓扑不相交路径上进行编码和转发多播数据包,利用输入模块实现网络多播路由和上游节点的信息交换,通过开关仲裁模块判断能够向特定输出端口传输信息的输入端口,利用死锁控制模块对出现死锁现象的路由节点进行检测,一段时间后使多播路由恢复正常的数据交换,通过输出模块对数据的输出进行管理。以降低带宽资源为目的,采用Koetter指数时间算法实现网络多播路由编码,并给出编码的详细代码。实验结果表明,所提方法不仅节省网络资源,而且显著降低多播路由时延,增强网络吞吐量。     

DTN网络环境下基于蚁群算法的数据编码分发

提出了一种DTN多源多宿网络的数据编码分发机制(Data Dissemination Mechanism with Network Coding Based on Ant Colony Algorithm,DDM-NC).在发布/订阅机制的基础上,通过对主题数据的编码运算和传输,充分利用网络容量进行数据多播,使得数据传输具有更好的安全性和传输效率;同时,针对编码包洪泛传输过程中信息冗余大,无效投递较多等问题,设计了基于蚁群算法的编码包路由策略,引导编码包向信宿聚集,降低编码投递过程中的数据冗余,减少投递延迟.仿真实验表明,相比传统的DTN传染病路由策略和随机网络编码传输方法,DDM-NC方法有更好的数据投递性能.     

基于网络编码的无线多播速率选择机制

在无线多播通信系统中,每个接收节点与源节点(例如基站)之间的信道状态不相同。因此,过高或者过低的多播速率都会导致较大的传输延迟。而且,信道状态随节点运动而变化,仅仅基于当前信道状态信息(CSI)和接收节点已接收数据状态信息(DSI)的多播速率选择机制无法达到最优性能。该文根据节点CSI和DSI提出了一种基于信道预测多播速率选择算法(MDCP)来最小化传输延迟,并结合网络编码提高数据重传效率。仿真结果表明,与基于最差信道状态节点的多播速率选择算法和没有信道预测的基于最大延迟节点的多播速率选择算法相比,MDCP能够获得10%-20%延迟增益。     

一种基于散列邻域搜索网络编码的机会中继重传方法

在无线多播网络中,传统的方法没有考虑某些接收节点与源节点及其他接收节点之间可能具有更好的链路质量.为此提出了一种基于散列邻域搜索网络编码的机会中继重传方法,该方法动态选择数据分组接收情况最好的且信道质量优于源节点的接收节点作为中继,并采用散列邻域搜索网络编码策略进行其他接收节点的丢失分组重传.仿真结果表明,相对于现有的其他网络编码重传方法,该方法能有效减少平均重传次数,提高重传效率,尤其当一些接收节点因受到干扰与源节点之间的信道质量变得很差时,该方法能取得很高的重传增益.     

一种适用于虚拟机网络的数据包高效传输方法

为了提高数据包在云计算数据中心中基于虚拟机构成网络中的传输性能,提出了一种基于网络编码的高效数据包传输方法.基于网络编码机制,采用对传输过程中丢失数据包高效的编码组合策略,多个虚拟机终端可以在一次多播或广播传输中获取多个从交换机优先传输的数据包,因此,提出的方法可以提高基于虚拟机网络的多播及广播业务的数据包传输延迟,并提高多播及广播业务的网络吞吐量.仿真结果表明提出的方法在典型信道条件下均获得了较好的数据包传输时延及网络吞吐量性能.     

k冗余多播网络中网络编码算法设计与分析

k冗余多播网络采用网络编码可实现最大多播速率k的信息传输。该文利用最大距离可分码已有成果,给出k冗余多播网络在不同发送速率下所需的最小有限域,构造最大距离可分码[n, k]生成矩阵,将其列向量作为信源输出链路的全局编码向量,设计网络码字,实现网络编码。应用实例表明该网络编码方法相对现有的通用网络编码算法而言,具有更低的计算复杂度。     

一种最小化编码节点的网络编码优化算法

网络编码能有效地提升多播网络的传输性能,但编码的引入增加了节点的计算开销。为了克服网络编码带来的额外开销,该文提出了在代数网络编码框架下的网络编码优化模型,并在此模型基础上给出了基于改进遗传算法的最小化编码节点算法-(MCN,Minimizing Coding Nodes)。MCN在简单遗传算法的基础上增加了一些新的策略,避免了局部性问题和降低了算法寻优时间。模拟实验结果表明,MCN是有效的而且运行的更快,输出的网络编码方案所需要的编码节点也更少。同时将MCN应用到具有实际意义的网络中,同传统的网络编码相比,吞吐率仍可达到25%以上,而网络的平均延迟和网络开销却大大减少。     

光网络中的一种基于虚拟源的动态多播保护算法

随着各种多播业务的不断出现,如何在网络的光层实现多播业务的可靠性传输已成为光网络研究中的一个热点问题,而多播保护算法是这一问题的核心.目前多播保护算法的研究都是在假设网络所有节点具有多播功能的条件下进行的,然而由于成本的限制,实际光网络往往是一个稀疏多播光网络,即网络中只有部分节点具有多播功能.针对这一问题,提出了一种基于虚拟源的动态多播保护算法.仿真结果表明:该算法不仅能在稀疏多播光网络中满足多播业务可靠传输的要求,还具有较高的网络资源的利用率和较低的时间复杂度.     

基于网络编码的多播路由算法性能分析

多播传输是目前通信系统中的一项关键技术,可以将相同的信息同时传向多个接收节点。该文提出一种基于网络编码的新的多播路由算法,该算法利用Dijkstra约简网络搜索源节点到各接收节点的路径族。仿真结果表明,该算法在资源消耗和负载均衡方面较传统的多播路由算法有更好的表现,同时性能也更接近基于网络编码的最小费用多播算法。最后,数学分析表明该算法具有较低的计算复杂度。     

基于主动网络层次的多播体系结构

研究了多播路由协议及多播源分发数据报文的机制,提出一种新型的基于主动网络层次的多播体系结构,在自治系统AS中的分枝节点,亦可以根据该策略,构造以分枝节点为根的动态管理方式,从而可以动态地构造层次多播体系结构,在动态层次多播路由的具体实现中引入了agent和主动网络的概念,从而可以动态的加载多播路由,使得网络体系结构灵活与可编程.     

DTN网络中基于生灭模型的节点运动模式检测

提出了一种DTN网络中基于生灭模型的节点运动模式检测方法(MMD-BDM, mobility model detection method based on birth and death model)。在节点数据传输过程中,根据数据传输量计算得到各个连通链路采样时刻的信道容量,在本节点构建以信道容量构成的三维时变连通矩阵,并在此基础上推导出基于边连通的节点连通性生灭模型,然后分析节点连通边的生灭特征并以此判断节点的运动模式,以优化DTN网络消息投递过程中的路由转发策略。最后,将该运动模式检测方法应用在喷射路由(SWR, spray and wait routing)和随机网络编码路由(RNCR, random network coding routing)算法中进行了仿真实验,实验表明,该方法能提高DTN网络机会路由的投递率和投递延迟等数据投递性能。     

网络拓扑未知环境下确定性网络编码数据传输

针对网络拓扑未知且宿点具有至源点的反馈路径的单源组播问题,提出了确定性网络编码数据传输的编码构造方法.把组播连接过程分为试播与数据传输两个阶段,在试播阶段,源点作为中心控制节点,采用随机线性网络编码策略反复组播试验包至网络,宿点反馈信息至源点,分别测试出组播容量和各信道的编码向量.在数据传输阶段,利用试播阶段获得的参数,采用确定性网络编码数据传输策略传输数据.理论分析表明了方法的可行性,仿真测试结果表明了方法的有效性.     

基于共享路径和网络编码的光组播容量优化

为了降低光组播路由 的光域网络编码代价和提高达到理论最大光组播容量的 概率,提出一种基于共享链路和网络编 码的优化光组播容量方法。首先设计一种从多条源－ 宿最短路径中选择能达到最大光组播容量的最短路径簇,然后在 最短路径簇中计算路径的共享度,选择共享度高的组播路径传输网络编码信息,构造网络编 码次数最少的光组播编码子图, 解决传统的网络编码组 播路由和最大共享度链路组播路由中存在的网络编码次数过多和达到最大光组播容量概率过 低的问 题。仿真结果表明:本文提出的方法具有最低的网络编码代价,能以最大的概率达到光组播 理论最大容量。     

基于网络编码的双路径组播树生成算法

 为了将网络编码技术引入到全光组播网络中,提出了能够在多项式时间完成的基于网络编码的双路径组播树生成算法.该算法主要包括两大步骤:首先,从给定的组播网络中根据节点间度平衡的原则为源节点和每个目的节点之间确定一条有向路径,从而建立一棵传统有向树并保证有向树中任意节点的出度尽可能小,减少节点之间的关联性;其次,在所建立的传统有向树的基础上,从每一个目的节点到源节点根据冲突回溯原则建立源节点和每个目的节点之间的第二条路径,并保证源节点到任意目的节点间的两条路径为分离路径.算法中包含的约束原则能够保证所建立的双路径组播树包含最少的编码节点,从而使得所建立的组播树支持光域网络编码高效率实现,实现基于网络编码的全光组播并提升全光组播的性能.     

Integrating Random Network Coding with On‐Demand Multicast Routing Protocol

We propose integrating random network coding with the Enhanced On‐Demand Multicast Routing Protocol (E‐ODMRP). With the Network Coded E‐ODMRP (NCE‐ODMRP), we present a framework that enables a seamless integration of random linear network coding with conventional ad hoc multicast protocols for enhanced reliability. Simulation results show that the NCE‐ODMRP achieves a nearly perfect packet delivery ratio while keeping the route maintenance overhead low to a degree similar to that of the E‐ODMRP.     

线性网络编码研究

最大流最小割定理决定了网络的最大吞吐量.近来研究表明,网络编码可以使这-理论在多播方式的网络环境中得以实现.网络编码的提出彻底地改变了计算机通信网络中的信息处理方式,其研究结合了信息论、计算机通信网络、组播技术、多用户信息论和图论等很多方面的知识.文中简要介绍了网络编码的基本原理,线性网络编码的基本概念及其发展,并且提出一种实现线性网络编码的算法.     

线性网络编码运算代价的估算与分析

对伽罗华域代数运算的时间复杂度进行了精确分析,在此基础上,对线性网络编码的工作机理进行了剖析,针对单源多播连接,以运算延迟衡量运算代价,在确定网络编码数据传输方式与随机网络编码数据传输方式下,分别建立了估算运算代价的数学模型,揭示了运算代价与环境参数(多播率、有限域的阶以及数据块长度)之间的关系,并对影响运算代价的关键因素进行了理论分析。分析结果表明,合理地选择环境参数可以减少运算代价。数值计算与仿真测试结果表明了提出模型的正确性,并验证了理论分析的结论。     

一种适用于动态/移动环境的新的组播协议

组播协议由于能够有效的利用网络带宽并降低服务器的负担因而受到广泛的关注.其中的共享树组播协议由于具有良好的扩展性而得到更多的支持,然而目前的共享树组播协议在动态移动环境中的性能很差,一些改进协议(单核移动协议)虽然可以很好的提高原有协议的性能但是所需要的额外开销很大.针对这种情况,本文提出了一种新的共享树组播协议-动态多核协议,该协议能够根据组播成员的分布动态的渐进的调整组播树的形状,从而能够在低开销的情况下为移动用户提供良好的性能.计算机仿真和数学分析都表明动态多核协议要明显优于共享树组播协议和单核移动协议.     

A practical network coding and routing scheme based on maximum flow combination

Network coding is a novel field of information theory and coding theory. It is a breakthrough over the traditional store‐and‐forward routing methods by allowing coding of two or more packets together. From an information flow aspect, multiple flows could be overlapped in a routing scheme. Hence the theoretical upper bound of multicast capacity could be achieved by network coding. In this project, a complete routing and coding scheme is constructed to realize the maximum multicast transportation task. In order to implement the scheme, the paths of multiple max‐flows are determined. Edges are divided into overlapped and normal type based on the merged max‐flows. The transmitting data are represented using packets in a specific format. Multicast, forward and coding operations are defined to transmit data at the nodes. The nodes are classified according to the type of operation. A dynamic coding and routing algorithm is proposed to route packets gradually from source node to destinations in topological sorting order by the three operations on the path of merged max‐flows. We show that the use of simple XOR operations can satisfy most of the network topologies. The running time of the algorithm presented here is less than 1 second for most of the benchmark and random datasets. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Multiple multicast for a half‐duplex butterfly network: a deterministic approach

We investigate the multicast throughput of a butterfly network, which may be a promising topology for network coding application in next‐generation wireless communication systems. The butterfly network consists of two sources, two destinations and a relay, where each destination requires decoding of data from two independent sources. It is assumed that all the nodes are operated in half‐duplex mode. Each end‐to‐end packet transmission should be completed in a two‐phase period. In order to reduce processing complexity and multiple interference, other nodes should keep silent when the relay transmits a signal. By using Avestimehr, Diggavi and Tse's deterministic model, we first introduce a deterministic butterfly network and demonstrate that its maximal multicast rate region can be achieved by employing a network coding policy. According to the results obtained in deterministic case, we then put forward a near‐optimal design on the transmitted signal and decoding scheme for Gaussian scenarios based on a nested lattice code. It is proved that the gap between the achievable rate region and an outer bound is less than 3bits/s/Hz, which is not related to the signal‐to‐noise ratio. That is, the proposed scheme can approach the maximal multicast throughput. Finally, numerical results demonstrate that the gap is robust to both channel gains and time division of the two phases. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.