多跳无线网络中基于网络编码的协作重传算法研究

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在物联网与移动互联网系统中,无线传输是其中最重要的通信方式,从而无线传输被应用于多种领域中。多跳无线网络作为一种特殊的无线网络,在传输数据时由于无线链路的不稳定性和多跳无线网络的多跳因素,经常带来较高的信道误码率,使得信息传输容易丢失或受损,导致传输效率较低。因此,为了提升无线信道的传输成功率和传输效率,重传技术被广泛研究用以解决上述问题。其中,应用网络编码和协作技术的无线重传技术因其较好的重传效率,成为当前无线通信中的一个热点研究课题。本文对现有多跳无线网络中基于网络编码的协作重传算法做了深入的研究分析,针对重传次数较多、时延较长等问题提出了两种新算法,具体研究内容以及创新工作包括下述两个方面。第一,针对现有基于网络编码的单中继协作重传算法中存在编码机会利用率低、节点发送缓存空间利用率低和编码组合搜索方式效率低等问题,本文提出一种基于机会式网络编码的动态连续协作重传算法——DCCR-ONC。该算法在设计上主要包括三个改进策略:(1)最佳协作中继节点选择策略通过选择与上游节点以及下游节点间链路质量均为最佳的节点做协作节点;(2)动态连续NC-ARQ策略中在完成原始数据首次传输后,采用数目动态的连续传输策略传输原始包;(3)利用哈希汉明方式更高效地搜索最优编码组合,以最大化每次重传的增益值。理论分析和仿真实验表明,DCCR-ONC算法在编码机会利用率、重传次数以及吞吐量等方面优势明显。第二,深入研究现有的多点协作重传策略,针对这类策略存在的高计算开销和高复杂度以及重传完成时间较长等问题,本文提出一种基于混合网络编码的多点协作重传算法——MCR-HNC。该算法设计的主要策略包括:(1)根据各接收端的包接收情况、自身通信覆盖范围和在其通信覆盖范围内的其余接收端的包接收情况确定重传协作端集;(2)混合编码重传策略中将原始丢失包划分为丢失数较多的丢失包和丢失数较少的,对丢失数较多的采用基于随机线性网络编码的重传策略;对丢失数较少的采用基于机会式网络编码的重传策略;(3)在基于机会式网络编码的重传策略中对编码组合的搜索选择应用了无向图理论,将其转化为无向图的最大团搜索问题。通过理论分析和仿真验证表明,MCR-HNC算法在重传次数、整体传输完成时间等性能方面有明显改善。在文章结尾,对全文工作进行了总结,并对未来的研究方向做了进一步展望。
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