基于反馈的网络编码方案设计及其性能分析

123456aa · 发表于 2022-5-5 08:56:04

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关于网络编码理论的相关研究最初是为了在多播通信中达到最大流最小切定理所确定的网络容量。在发送链路丢包严重的情况下，往往采用反馈技术来提高系统可靠性。而当前绝大部分文献在设计网络编码方案时都是基于理想化反馈，忽略了反馈信道可能发生的分组丢包和时延。对使用网络编码技术的通信网络性能进行调研时，也假设源节点可以收到理想化反馈信息，即反馈信息没有差错、丢包和时延。在这种情况下，源节点可以根据所有目的节点的接收状况来做出编码决定，即是否编码以及如何编码。可是，在实际的有线或无线网络中，通信链路是非理想化的，并且存在传输错误，丢包和时延。基于这些考虑，本文主要研究结合了丢包反馈和延迟反馈的网络编码方案设计。主要内容如下： 1. 在实用反馈方式下，本文提出了改进的网络编码方案NCLDF（Network Coding with Lossy and Delayed Feedback）。与传统的ANC (ARQ for Network Coding)编码方案不同，NCLDF方案中，在源节点为每个目的节点保存一个系数矩阵G，用来存储对应目的节点确认收到的系数向量。每一时刻，系数矩阵G根据源节点发送的分组信息以及反馈信息进行更新，注意反馈信息可能会丢失或延迟到达。我们设计了健壮性较好的更新模块用于在反馈信息不完全的情况下更新系数矩阵。仿真结果表明在实用反馈方式下，与传统方案相比较，NCLDF取得显著的性能提升，可以有效减少分组投递时延。 2. 在实用反馈方式下，源节点需要花费时间等待所有目的节点的反馈信息，为了使反馈信息尽量同步到达源节点，本文设计了一种节点选取方案来优化源节点的位置，以使目的节点到源节点之间的距离尽量小，同时不同目的节点与源节点之间的距离的差距也尽量小。另外，针对目的节点资源受限的题目，我们提出一种新的网络编码方案，将目的节点的一部分解码工作的计算量转移到编码节点。此时编码节点需要发送操作信息给目的节点来指导其解码。这样编码节点发送的信息分为编码分组和解码操作分组两大类，且发送的编码分组信息不再包括全局编码向量。仿真结果表明，目的节点计算能力受限情况下的网络编码方案可以明显降低目的节点的计算复杂度；本文设计的基于粒子群算法的编码节点选取方案可以在较少的迭代次数后找到最优节点位置。

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