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无线Ad Hoc网络中基于网络编码的数据广播协议设计与研究

作　者: 张烨彬
导　师: 舒炎泰
学　校: 天津大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线Ad Hoc网络 数据广播 网络编码 转发机制 伪广播机制
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


网络编码作为一种新的技术对无线网络的理论与实践研究都有着深远的影响。网络编码改变了传统的“存储-转发”模式,取而代之的是“存储-编码-转发”方式,能够提高网络容量,增强鲁棒性。无线网络的物理层具有广播特性,在这种条件下可以很方便的使用网络编码技术。网络编码技术还可以有效提高无线网络的可靠性,因此网络编码在无线网络中得到了广泛的研究和应用。本文设计了基于网络编码的数据广播协议ENCBP: Efficient Network Coding-Based Broadcasting Protocol,较好的解决了节点随机分布的无线Ad Hoc网络场景中数据广播的问题。ENCBP协议将网络编码技术与概率转发规则相结合,采用多种优化措施提高了协议的性能和自适应性。ENCBP采用了渐进式随机线性网络编码,在少量数据包到达后便开始编码,并随着数据包的持续到达逐步增加编码系数的长度,这种编码方式提高了目标节点的解码率。为了使ENCBP协议更好的适应节点随机分布的场景,本文研究了不同转发机制对于ENCBP协议的影响,包括固定概率转发机制,基于邻居节点数目的转发机制,以及基于距离的转发机制。通过对不同转发机制的分析,ENCBP最终采取综合转发机制。ENCBP协议是针对IEEE 802.11无线Ad Hoc网络所设计的数据广播协议。IEEE 802.11广播协议并无应答机制,ENCBP协议引入了伪广播的方式允许部分节点返回ACK从而提高了投递率。另外,本文引入延迟广播机制,要求节点在广播数据前随机等待一个时间间隙,从而减轻碰撞。最后,本文介绍了ENCBP协议在NS2平台下的实现,并通过仿真对ENCBP协议、传统概率转发协议,以及未经优化的基于网络编码概率转发协议进行比较。仿真结果表明,ENCBP协议能很好的适应节点随机分布的网络场景,在投递率、协议开销和平均延时三项性能指标上均表现出较好的效果。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-10
  1.1 研究背景和选题动机  8
  1.2 论文工作及安排  8-10
第二章 网络编码及相关工作  10-23
  2.1 网络编码  10-15
    2.1.1 网络编码的基本原理  10-12
    2.1.2 网络编码的优势  12-14
    2.1.3 网络编码相关的重要研究成果  14-15
  2.2 相关工作  15-23
    2.2.1 数据广播及其广播风暴问题  15-17
    2.2.2 常规解决方案及其不足  17-18
    2.2.3 基于网络编码的解决方案  18-19
    2.2.4 机会路由  19-23
第三章 基于网络编码数据广播协议的设计  23-34
  3.1 ENCBP 协议概述  23-26
    3.1.1 网络编码  23-25
    3.1.2 转发机制  25-26
    3.1.3 实际问题  26
  3.2 ENCBP 协议格式  26-27
    3.2.1 ENCBP 协议包头格式  26-27
    3.2.2 ENCBP 节点网络编码缓存格式  27
  3.3 ENCBP 协议中网络编码的设计  27-29
    3.3.1 源节点  27-28
    3.3.2 转发节点  28-29
    3.3.3 目标节点  29
  3.4 ENCBP 协议自适应转发概率的设计  29-32
    3.4.1 基于固定转发概率  30
    3.4.2 基于邻居节点数  30-31
    3.4.3 基于距离的转发机制  31-32
    3.4.4 基于综合因素的转发机制  32
  3.5 ENCBP 协议的优化  32-34
    3.5.1 伪广播的设计  32
    3.5.2 解决 MAC 层广播时的信道竞争  32-34
第四章 ENCBP 协议的仿真实现  34-44
  4.1 ENCBP 协议构架  34-38
    4.1.1 ENCBP 整体工作流程  34-37
    4.1.2 协议包头数据结构  37
    4.1.3 主体函数的实现  37-38
  4.2 网络编码的实现  38-42
    4.2.1 有限域运算  38-39
    4.2.2 基本存储单位与基本操作  39-40
    4.2.3 编码矩阵的维护与操作  40-42
  4.3 转发概率的实现  42-43
  4.4 伪广播的实现  43
  4.5 发送随机时隙等待的实现  43-44
第五章 性能评价  44-56
  5.1 仿真设计  44-45
    5.1.1 参数设定  44-45
    5.1.2 场景选择  45
    5.1.3 评价指标  45
  5.2 转发机制性能评价  45-49
    5.2.1 仿真描述  45-46
    5.2.2 参数设定  46-49
  5.3 伪广播机制性能评价机制  49-52
    5.3.1 仿真描述  49
    5.3.2 参数设定  49-50
    5.3.3 仿真结果与分析  50-52
  5.4 ENCBP 协议性能评价  52-56
    5.4.1 仿真描述  52
    5.4.2 参数设定  52-53
    5.4.3 仿真结果与分析  53-56
第六章 总结与展望  56-58
  6.1 论文总结  56-57
  6.2 研究展望  57-58
参考文献  58-61
发表论文和科研情况说明  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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