基于网络编码的无线网络多路径机会路由算法

提出了一个效用优化模型,以最大化整个网络的吞吐量,并在各个流之间均衡分配带宽资源。基于该模型,结合无线网络的广播特性和机会路由的思想,构造单播多路径路由,并应用网络编码简化数据调度。性能分析与仿真实验表明,算法在稠密网络及存在多个流的条件下,可以取得比同类协议更大的吞吐量、更低的网络整体开销和更合理的带宽资源的分配。     

多单播模型下的网络编码研究

每个信源-信宿对之间只有一个商品流(Commodity)唯一地表示从信源到信宿的流量,该模型称为多单播模型.由于无线网络、P2P等应用均可看作基于多单播模型,所以如何在多单播模型下提升网络的性能成为研究的重点.网络编码近年来作为能有效提升网络性能的方法之一,其应用于多单播模型下的各种科学问题成为研究热点.本文研究多单播模型下的网络编码关键理论,主要内容包括网络容量区域、编码构造算法和联合编码等方面,最后讨论基于多单播模型下网络编码的研究前景.     

网络编码调度算法的研究

近年来,网络编码作为提高通信系统吞吐量一种手段。在多播的通信网络,网络中各个传送节点结合动态变化的网络情况,对不同信息流的数据包进行编码处理,从而减轻局部节点的阻塞,提高了整个通信系统的性能。文章主要工作要体现在典型无线通信网络中,引入动态网络编码调度算法,提高无线通信系统的网络编码增益和系统吞吐量;探讨在自适应无线通信系统下,如何适当的使用自适应技术,使得动态网络编码调度算法的作用发挥到最大。各个节点间的发送端更应选取适合的自适应技术,来提高无线通信系统性能。通过MATLAB仿真显示,带有自适应技术的无线网络,在动态网络编码调度算法作用下,对改进系统性能有着更加重要的现实意义。     

基于Inter-Flow网络编码的多Sink无线传感器网络Anycast路由

以最大化时间驱动型传感器网络的生命周期为目标,基于Inter-Flow网络编码,提出了多Sink环境下编码感知的交叉路径任播路由协议CodeMesh.首先分析多跳无线网络下单播流间编码条件,提出并证明了多Sink任播网络模型下的编码规则;进而提出多流编码簇的概念,以及确定编码簇个数和优化编码簇成员的方法;定义了统一量化编码和非编码路径代价,并综合链路质量、负载平衡和编码收益的路由度量;最后设计了兼具反应式源路由和主动式路由特点的任播编码路由协议.CodeMesh充分利用Sink节点丰富的计算和通信资源,将路由优化与重构、路由更新与维护与周期性数据收集过程相结合,大大降低了路由开销.部署于实验床平台的实验结果表明,CodeMesh能够有效寻找到具有最多编码机会的路径,从而减少数据传输次数,提高网络传输效率,同时平衡节点负载和能耗,延长整个网络的生存时间.     

无线网络中一类多播网络的网络编码

提出一种无线网络空间构造的新算法,该算法借助基本图模拟网络节点状态,通过节点基本图的加入和离开动态实现无线网络.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,对于无线网络中的k冗余多播网络,从网络信息流分解的角度给出一种网络编码算法.     

无线多跳网络中吞吐量优化的多播路由算法研究*

现有网络中提高多播吞吐量的算法通常是以提高链路速率为目的,但单纯地提高链路速率而忽略多播树的度也限制了多播吞吐量的提高。主要研究了多跳无线网络中多播吞吐量最优化问题,深入分析了无线多跳网络特点,并在综合考虑链路速率和多播树度对多播吞吐量影响的基础上,提出了应用于节点发射功率相同环境下的UUP_MTOA算法和应用于节点发射功率不同环境下的UNP_MTOA算法。通过仿真实验与同类近似最优化算法相比,UUP_MTOA算法和UNP_MTOA算法能够获得更高的吞吐量,更适应于多跳无线网络环境。     

基于网络编码的无线网络容量分析

无线网络容量一直是无线网络领域的研究热点,而网络编码通过赋予中间节点对接收数据包进行编码、组合的能力,可以有效提高网络容量,达到最大流—最小割定理确定的理论上限.本文在Gupta和Kumar提出的信号干扰噪声比模型基础上,首先分析网络节点均匀分布时发送节点与目的节点进行多跳传输的无线网络容量计算方法;接着推导出了基于网络编码的无线网络容量计算公式,并利用MATLAB中求解线性规划问题的函数linprog()求解网络最大流及各链路流量,以此求出无线网络容量上界.通过对无线网络容量上界进行MATLAB仿真,得到如下结论:无线网络容量上界随节点数量的增加呈现先增加后减少的趋势;且当节点数量趋于无穷大时,网络容量趋于零;与传统的存储转发模式相比,采用网络编码有利于提高网络容量.     

基于最大干扰网络编码的应用层多播算法

构建于终端系统的应用层多播具有网络层多播不可比拟的优势,为了提高应用层多播的效率和性能,提出一种基于最大干扰网络编码的应用层多播算法。该算法在采用网络编码的基础上,在多播路径选择上通过考虑源到多个目的节点路径间的最大干扰,来提高编码的利用效率,有效节省带宽。仿真表明,相比较一般应用层多播算法和基于网络编码的多播算法,本算法在提高网络吞吐量和资源利用率方面都有更好的表现。     

基于流量特征的流调度策略研究综述

软件定义网络将网络的数据层和控制层相分离,具有可编程性强和全局网络视图的优点,这一优点被越来越多的应用于数据中心网络流调度中。然而,数据中心网络中大象流和老鼠流共存的流量特征是流调度技术的一大挑战。对基于流量特征的流调度策略进行了综述,首先梳理了基于软件定义网络的数据中心网络的理论基础,然后对大象流、老鼠流、大象流与老鼠流三个方面的流调度策略进行了分析和总结,并探讨了相比于传统的流调度技术,在软件定义网络架构下基于流量特征的流调度策略的优势。最后针对目前基于流量特征的流调度技术面临的若干主要问题进行了讨论,指出了下一步的研究方向。     

基于网络编码和多访问点协作的视频多播方案

随着智能手机和平板等无线设备的普及,基于互联网的视频浏览成为无线设备的重要功能。然而,由于无线网络的链路间存在干扰、可靠性较低,为了提高视频多播传输的可靠性,文中分析了覆盖区域发生重叠的访问点间相互协作对于提高系统增益和系统公平性的作用,提出一种基于网络编码和多访问点协作的视频多播方案。该方案首先将每个视频划分为大小相同的报文段,并利用RLNC机制对每个段的报文进行编码。然后以使用户接收到的报文数量的期望值最大化的同时,实现公平调度为目标,考虑了访问点间的完全干扰和非完全干扰两种模型,将访问点间的传输范围发生重叠时的视频多播问题建模为线性规划优化问题,提出了双阶段启发式算法来进行求解,该算法通过利用多个访问点来获取空间和时间分集增益,提高了数据传输的可靠性,通过允许发生干扰的访问点并行传输数据,提高了系统效用。最后的仿真实验也验证了本文方案在接收报文总量、解码报文数量和公平性方面的有效性。     

无线Mesh网中编码感知组播路由协议CAMR

网络编码是一种能够提高网络吞吐量的新技术,将网络编码应用于无线Mesh网组播对Mesh网络进一步实用化有重要意义.编码感知路由是一种能够充分识别和利用网络中的编码机会的路由.虽然已有若干个基于网络编码的单播路由协议,但无线网络中编码机会并没有被充分利用,到目前为止还没有无线Mesh网络中的编码感知组播路由协议.提出一个编码感知组播路由协议CAMR(coding-aware multicast routing).CAMR协议利用了一个新奇的编码感知路由度量CAM(coding-awarerouting metric),可以度量无线Mesh网络中节点的实际编码机会和编码能力的大小.基于CAM设计的CAMR协议可以充分利用无线Mesh网络中节点的编码机会,提高了无线Mesh网络组播的吞吐量.模拟实验验证了CAMR协议的优势及其有效性.     

网络编码下的编码开销-链路开销联合优化

网络编码是一种新的网络传输技术,能够充分利用网络的理论组播速率上限.讨论了在网络编码下综合考虑编码开销和网络链路开销的网络总开销优化问题,将由网络编码引起的编码开销同样纳入优化问题的考虑范围.给出了2种各有优劣的网络信息流模型描述这一问题,并在不同模型下定义了2种开销的一般形式.由于这一优化问题属于NP难问题,目前一般采用启发式算法获得近似的优化解.随后的实验中,在不同规模的拓扑下对比了基于2种不同信息流模型的启发式算法的性能.由于考虑了编码开销使得联合优化问题远比链路开销优化问题复杂,模拟实验显示,只有当编码开销与链路开销价值系数之比达到1000以上时,才能获得比单纯链路优化更小的总开销.在提出基于遗传算法的方案之前,还简单地讨论了联合优化问题的复杂度.     

网络编码的研究进展

网络编码允许网络节点在传统数据转发的基础上参与数据处理,已成为提高网络吞吐量、鲁棒性和安全性的有效方法.在介绍网络编码基本原理的基础上,比较了集中式和分布式网络编码构造方法的优缺点,并对实用网络编码设计中涉及的同步、纠错、编解码速度等问题进行了评述;进而,对网络编码在无线网络、P2P系统、分布式文件存储和网络安全等领域的最新应用进行了总结;最后对网络编码的理论和应用研究的发展趋势进行了分析与展望.设计简单高效的实现机制,并与其他领域的技术如信道编码与调制、路由算法、队列调度以及流媒体技术等的结合,将是网络编码发展的一个重要趋势.     

一种改进负载均衡的网络编码多播路由算法

已有研究证明,在多播网络中使用网络编码可以显著提高多播通信的性能。总结了网络编码多播理论的研究进展,同时对网络编码多播路由问题进行了研究与分析。考虑到影响链路负载和资源消耗的因素,提出了一种改进链路负载均衡的网络编码多播路由算法,优化了路径间链路的共享。通过使用常见的Waxman网络拓扑模型,产生随机网络拓扑。在这些拓扑中,分别针对传统IP多播路由、低速率网络下的网络编码多播路由以及提出的路由算法进行性能仿真。仿真结果表明,与其他两种路由算法相比,该算法在可达吞吐量、资源消耗和负载均衡等性能上均有很好的表现。     

一种Ad Hoc下的网络编码模型NCMA

在Ad Hoc无线网络上实现网络编码是当前网络编码研究的热点之一,如何高效地选取编码节点已经成为网络编码研究的瓶颈。提出了一个适应用Ad Hoc网络的网络编码模型NCMA,NCMA将编码节点的选取与路由紧密结合,并给出了一种基于路由的编码节点选取方案,该方案可以在数据传输过程中简单、高效地选取编码节点,编码节点选取算法可以有效地控制因编码节点选取带来的延迟;NCMA实现了传统数据传输方式和编码数据传输方式的结合,可以将编码损益控制在一个单跳网络范围内,方便于无线节点之间的侦听操作,有利于减少复杂传输路径带来的各种失误。分析表明,该模型具有效率高、通用性好、实现简单等特点。     

面向众核GPU加速系统的网络编码并行化及优化

网络编码允许网络节点在数据存储转发的基础上参与数据处理,已成为提高网络吞吐量、均衡网络负载和提高网络带宽利用率的有效方法,但是网络编码的计算复杂性严重影响了系统性能。基于众核GPU加速的系统可以充分利用众核GPU强大的计算能力和有效利用GPU的存储层次结构来优化加速网络编码。基于CUDA架构提出了以片段并行的技术来加速网络编码和基于纹理Cache的并行解码方法。利用提出的方法实现了线性随机编码,同时结合体系结构对其进行优化。实验结果显示,基于众核GPU的网络编码并行化技术是行之有效的,系统性能提升显著。     

基于网络编码的拓扑推断研究综述

拓扑结构是重要的网络性能参数之一,尤其是对网络监控和管理而言,获取网络拓扑是一个很有意义的基础问题。网络编码技术的出现为网络拓扑推断提供了新的思路,中间节点的网络编码操作使得编码数据与网络拓扑结构之间存在着紧密的联系,基于网络编码的拓扑推断正是利用这种联系对网络拓扑结构进行分析识别。与利用网络层析成像实现拓扑推断相比,基于网络编码的拓扑推断有许多优势,如提高拓扑推断的准确性、降低推断算法的复杂度等。总结了网络编码技术在网络拓扑推断中的应用及研究现状。     

无线Mesh网中网络编码的研究进展

无线Mesh网络是一种具有广泛应用前景的无线接入系统,网络编码允许网络节点对接收的数据报文进行加工处理,为解决Mesh网网络问题提供了一条新途径。通过对比在单播中网络编码和传统路由的不同,阐述了网络编码基本原理;然后总结了网络编码的发展现状;分析和归纳了网络编码提高无线Mesh吞吐量、可靠性、安全性等性能的应用;最后对网络编码在Mesh网络中的进一步研究方向进行了展望。     

Network Coding in Live Peer-to-Peer Streaming

In recent literature, network coding has emerged as a promising information theoretic approach to improve the performance of both peer-to-peer (P2P) and wireless networks. It has been widely accepted and acknowledged that network coding can theoretically improve network throughput of multicast sessions in directed acyclic graphs, achieving their cut-set capacity bounds. Recent studies have also supported the claim that network coding is beneficial for large-scale P2P content distribution, as it solves the problem of locating the last missing blocks to complete the download. We seek to perform a reality check of using network coding for P2P live multimedia streaming. We start with the following critical question: How helpful is network coding in P2P streaming? To address this question, we first implement the decoding process using Gauss-Jordan elimination, such that it can be performed while coded blocks are progressively received. We then implement a realistic testbed, called Lava, with actual network traffic to meticulously evaluate the benefits and tradeoffs involved in using network coding in P2P streaming. We present the architectural design challenges in implementing network coding for the purpose of streaming, along with a pull-based P2P live streaming protocol in our comparison studies. Our experimental results show that network coding makes it possible to perform streaming with a finer granularity, which reduces the redundancy of bandwidth usage, improves resilience to network dynamics, and is most instrumental when the bandwidth supply barely meets the streaming demand.     

基于网络编码的无线传感器网络数据可靠性分析*

分析了网络编码在提高无线传感器网络数据传输可靠性的途径,并在不同的数据传输路径方式下应用网络编码进行数据传输。在使用网络编码的多路径传输中,提出一种新的传输机制,通过选择源节点的编码数据包数,在对可靠性影响较小的情况下,降低冗余数据包的数量。通过理论分析和计算机模拟给出了网络编码在不同的传输路径下对数据可靠性的效益,得出在数据传输率较高或适中时,在单路径传输下使用网络编码的可靠性优于不使用网络编码的可靠性。