koorio.com
海量文库 文档专家
当前位置:首页 >> >>

网络编码技术在无线网络中的运用

第9卷 %第7期

软 件 导 刊

2010年 7 月

Software Guide

Vol.9 No.7 Jul. 2010

网络编码技术在无线网络中的运用
邹平辉
(深圳职业技术学院 电信学院,广东 深圳 518055 ) 摘 要:将随机网络编码与无线网络的空间多样性结合起来 ,并且采用超路径进行通信子网的选择和建立 ,提高无

线网络的可靠性。 通过仿真结果表明:在超路径上使用网络编码后,无线网络的可靠性得到了较大的提高,并且还能 带来较高的吞吐率。 关键词:网络编码;无线网络;超路径 中图分类号:TP393.09 文献标识码:A 文章编号:1672-7800 (2010 )07-0132-02

0

引言
相对于有线网络,无线网络的可靠性一般较低。 网络编码

S-A-T 、S-B-T 或 S-C-T 中只任选一条进行传输, 无论选择哪
一条路径传输, 数据包能成功从 S 传输到 T 的概率都为 20% , 而 S 传输 K 个数据包的传输次数的期望为 10K 次, 其中包括

与无线信道的广播特性充分结合起来可以提高分布式无线网 络传输可靠性。 在多跳的无线网络中,使用传统的重传方式会 造成很大的延时,严重影响数据的传输效率。 而使用网络编码 后, 路由器可以将缓存中所有的数据包放在一起进行编码 ,目 的节点在可以解码时对所有的数据只进行一次确认即可。 Lun 等人研究对比了目前己有的 5 种可靠性保证机制 : 端 到端 重 传、向前纠错编码、链路重传、链路网络编码、完全网络编码,以 每个数据包的平均发送次数来衡量以上各种机制的性能。通过 仿真发现 ,端到端重传机制的性能最差 ,链路重传和向前纠错 编码机制两者的平均发送次数相差不大,但两者较端到端重传 机制有了显著的提高。 后两种策略采用了网络编码技术,较前 面 3 种机制能够进一步地提高网络可靠性。本文将随机网络编 码与无线网络的空间多样性结合起来 , 提高无线网络的 可 靠 性。

5K 次数据包的传输和 5K 次和 10K 消息的传输。 这种传输的
效率是比较低的。 当利用无线的空间多样性后 ,S 可以在同一 个时隙内以广播的方式向节点 A 、B 、C 发送数据包。 网络中从 源节点到目的节点的路径越多,可靠性也会提高得越多。

图1

空间多样性

1.2

网络编码与网络空间的结合 将网络编码引入无线通信领域之后,网络编码能充分利用

空间多样性达到提高网络性能的目的 。 把要传输的 K 个数据 包作为一个数据块进行随机网络编码后, 若编码有限域 Fq 足 够大, 可以认为源节点 S 不同时隙发送的数据包线性无关。 T 只需要正确接收到 K 个线性无关的数据包后就可以依据数据 包中携带的全局编码向量, 并利用高斯消元法解出这 K 个数 据包,因此,要使 T 能接收到 K 个线性无关的数据包,源节点 S 需要发送数据包数量的期望为:

1
1.1

网络编码与网络空间的多样性
网络空间的多样性 国内外许多学者已经研究得出空间多样性对提 高 无线 网

络可靠性的作用 ,其核心思想就是利用无线节点的协作 ,建立 起多径传输的通信子网,并以此提高网络的可靠性。 图 1 为空 间多样性图示 ,源节点 S 不能直接与目的节点 T 通信,必须使 用节点 A 、B 或者 C 作为中继节点才能将数据包转发给 T 。 采 用端到端重传机制时,即源节点 S 在收到目的节点 T 对每个数 据包的确认信息后才会转入下一个数据包的发送。如果从路径

K/ (1-0.83)≈2.0K

(1 )

目的节点 T 并不关心是否能正确的接收到每 一 个 编 码数 据包,T 只需在收到任意 K 个线性 无 关的 数 据 包 后 就 能解 码 , 目的节点能够解码后只需向源节点 S 发送一次信息 确 认 收 到 了整个数据块即可。 使用完全编码机制时,若从 S 发送 K 个线

作者简介:邹平辉(1977- ),男,江西丰城人,硕士,深圳职业技术学院电信学院实验师,研究方向为计算机网络。

第7期

邹平辉:网络编码技术在无线网络中的运用

133

性 无 关 数 据 包 到 T 时 ,S 需 要 发 送 编 码 数 据 包 的 次 数 期 望 为

允许层时,中继节点也将其已缓存的属于同一数据块的数据包 进行随机线性网络编码运算,然后把编码数据包在自己的邻域 内广播。当目的节点收到足够的编码数据包使其能够解码当前 数据块时,就立即使用简单路径 P0 向信源节点发送确认消息, 这时在 P0 上可使用链路重传机制以保证传输的可靠性 。 当信 源节点接收到确认信息后就会转入下一个数据块的发送。在通 信完全结束时,目的节点就会通知子网中所有节点停止数据的 发送。 由于超路径能在局部给网络提供多条传输路径 ,利用无线 网络的广播信道就可以提高网络传输的可靠性。超路径包含越 多节点,网络则可能提供越高的可靠性。 有两种方法可以增加 超路径的节点数:① 通过提高节点的发射功率来增大节点的通 信半径,以增加每个节点的邻域节点的数量的办法来增加超路 径的节点数。这种方式非常直接但是它的使用可能会给节点带 来较大的耗能 ;② 每个节点可以使用较小的发射功率 ,只与 距 离较近的节点直接通信,通过选取更大阶数的超路径进行传输 来达到可靠性的要求。这种方式需要有一个建立高阶超路径的 过程,但是每个节点不必选取很大的发射功率也可以提高通信 的可靠性。 在节点数量达到一定程度后,由于节点数量的增加而带来 的可靠性的增益会非常有限,因此不论通过何种方法提高超路 径的节点数都可能会因为节点过多造成网络资源的浪费。因此 超路径的阶数和发射功率的选择都是非常重要的。

2.0K+5 次。 显然,如果不考虑数据包长度的限制,K 越大,利用
网络编码的优势也会越大。

2
2.1

通信子网的选择与建立
通信子网选择 在利用完全编码前需要在已知拓扑的前提下 利 用 线性 规

划的方式选择子网来进行通信。 这种方法的计算量一般 都 很 大,而且在实际的分布式无线网络中 ,往往并不能事先知道网 络的拓扑结构。本文将定义一种可以根据需求控制子网大小的 新型通信子网:超路径。 图 2 进一步说明超路径的定义。 若 P1(N1,A1)为超图 H (N ,

A )的子图,P0(N0,A0)是一条以源节点为起点 ,目的节点为终点
的简单路径。 设某超图 H 由 S ,A ,B ,C ,D ,E ,F ,T 节点组成。 信 源节点 S 向新宿节点 T 发送数据 , 可 以 选取 以 节 点 S ,B ,D ,T 组成的子图作为 S ,T- 路径 P0(N0,A0)。 组成 P0 的 1 阶超路径 P1 (N1,A1)的将节点将在 P1 基础上加入 A ,C ,F 3 个节点。 组成 P0 的 2 阶超路径 P2(N2,A2)的节点将在 P1 基础上加入节点 E 。 常 见的普通的点到点路径是超路径的一个子集, 即 P0 可以看成 是 0 阶超路径。 节点 A 、C 、E 的使用可以提高源节点 S 到 D 之 间的可靠性。 而节点 D 到目的节点 T 的可靠性 因 为有 节 点 F 的参与而得到了提高。 可以发现,超路径的使用在局部提高了 传输的可靠性。

3

仿真与结果
本文将仿真在无线网络中使用超路径改善网 络 可 靠性 的

方法,采用网络为方格网络 ,如图 3 所示,黑点表示节点 ,各 节 点只能与其相邻节点通信。设数据包在每条链路传输失败的概
图2 超路径

率 Pe 都相等。 S 和 T 都同处于行标号为 O 的直线上,数据包至 少需要 5 跳才能从 S 到达 T 。 选取从 S 到 T 所在直线上的节点 作为简单路径 P0。 由超路径的定义可知,R 阶超路径的节点都 处于以标号 -R 至 R 之间的各行上 。 在仿真中 ,每个数据块的 大小都包含 32 个数据包,每个数据包长度均为 1000 字节。 随 机网络编码的系数选取的有限域为 Fq,其中 q=28 ,即每个编码 符号占用 1 字节。 仿真开始后源节点 S 以 1Mb / s 的恒定速率 发送数据包。

2.2

通信子网的建立 建立一条从信源节点到目的节点的简单路径,首先把这条

简单路径 作 为 P0, 并 将 P0 所 有 的 节 点状 态 设 为 “激 活 ”(Ac-

tive ),利用已知的 R-1 (R≥l )阶超路径生成 R 阶超路径。 ①PR-1 上的各点向周围节点广播探测信息包 REQ ,探测包
中包含了发送节点的阶数和地址; ② 收到 2 个以上 REQ 探测 包的节点则将自己状态设为 “激活”并保存所有相邻节点的地 址,然后向自己相邻的节点报告状态。超路径 PR 则由 PR-1,加上 所有处于激活状态的节点共同组成; ③ 当通信完全结束时,目 的节点就会利用广播的方式通知超路径上的节点立即停止 发 送数据,并将其状态设为“停止”。 其中,步骤 1 保证了新加入的 节点都为 PR-1 的邻节点,步骤 2 保证了在 PR-1 上至少有 2 以上 的节点与新加入 PR 的节点相邻。 建立超路径以后,采用完全编码方式进行随机网络编码操 作。 当通信开始时,信源节点首先将欲传输的数据组织成数据 块的形式,随后只要 MAC 层允许,源节点就向其邻域广播经过 随机线性网络编码后的数据包。当中继节点接收到编码数据包 后就会把数据包线性无关的数据包缓存起来 。 同样在其 MAC

图3

正方形格子网络

实验结果表明:Pe=27% 时, 利用简单路径 P0 和超路径 P1、

p2 进 行 随 机 网 络 编 后 的 吞 吐 率 的 均 值 分 别 得 到 为 0.40Mb / s 、 0.58Mb / s 和 0.60Mb / s 。 可以看出网络编码与无线网络的空间
多样性结合起来 ,提高了无线网络的可靠性 ,吞吐率也会随之 提高。 当 Pe 分别为和 50% 和 27% 时,在源节点发送的数据包个

第9卷 %第7期

软 件 导 刊

2010年 7 月

Software Guide

Vol.9 No.7 Jul. 2010

网络学习中异步交互的分析研究
陈雪柏,张浓芳
(浙江师范大学 教师教育学院,浙江 金华 321004 ) 摘 要:以浙江师范大学公共选修课程《现代教育技术》的学习论坛为研究对象,通过对该论坛上的帖子进行内容分 析,了解教师和学生在课程论坛中的参与情况 、探讨课程学习问题讨论的深度等 ,提出了一些网络学习中异步交互 的建议。 关键词:网络学习;异步交互;内容分析 中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1672-7800 (2010 )07-0134-03

0

引言
随着信息技术的发展 , 越来越多的人进入到网 络 学 习中

1

网络学习交互概述
交互 (interaction )存 在 于 一 切 活动 中 ,《中 国 大 百 科全 书

来 ,网络学习打破了传统教育模式时空条件的限制 ,是传统学 校教育功能的延伸。 影响网络学习的因素是多方面的,清华大 学开展的一项 “影响网络学习效果的因素 ”的调查表明:“交互 性 " 被排在影响与制约学习者学习质量诸因素的首位 。 我们要 改善网络教学的质量 ,提高网络学习者的学习效果 ,就需要对 网络环境中的异步交互进行更深层次的剖析。

社会学》对“交互”是这样界定的:交互首先是一个过程,一个由 自我交互、人际交互和社会交互三个阶段组成的过程。 “网络远 程教学交互过程是一个以学习者为中心的信息 循 环流 动 与 内 部加工处理的过程。 这个过程可以理解为一个实体到另一个实 体的传播循环。 所谓实体可以是教师、学习者、计算机系统及其 它一切可以接受和发送信息的实物。 ”

数相同时,链路越可靠的目的节点接收到的线性无关数据线多 说明网络可靠。链路越不可靠源节点需要发送越多的数据包才 能使目的节点解码。

参考文献: [1 ] [2 ] [3 ] 陶少 国,黄 佳 庆,杨 宗 凯 ,等 . 网 络 编 码 研 究 综 述 [J ]. 小 型 微 型 计 算机系统,2008 (8 ). 熊志强,黄佳庆 . 无线网络编码综述[J ]. 计算机科学,2007 (10 ).

4

结束语
本文将随机网络编码与无线网络的空间多样性结合起来 ,

LUN D.5 ,MEDARD M ,KOETTER R.Network Coding for Efficient Wireless Unicast [C ].International Zurich Seminar on Communications. 2006.

提高无线网络的可靠性。 通过仿真实验表明,较不使用网络编 码与在简单路径上编码和在超路径上使用网络编码后,可靠性 得到了较大的提高,具有较高的吞吐率。
[4 ]

谢希仁 . 计算机网络(第 3 版)[M ]. 北京:电子工业出版社,1999. (责任编辑:余 晓)

Applitation of Network Coding In Wireless Networks
Abstract :The text combined random network coding and space diversity of wireless networks. And it selected and the established the communication subnet through ultra path, which improved the reliability of wireless networks. The simulation results show that: after using network coding with the ultra path, wireless networks have been greatly improved reliability, and can result in higher throughput. Key Words :Network Coding ;Wireless Networks ;System ;Ultra Path
作者简介:陈雪柏(1980- ),女,吉林松原人,浙江师范大学教师教育学院硕士研究生 ,研究方向为网络学习 ;张浓芳(1985- ),女,浙江宁波人,浙江 师范大学教师教育学院硕士研究生,研究方向为社会网络。


网站首页 | 网站地图
All rights reserved Powered by 酷我资料网 koorio.com
copyright ©right 2014-2019。
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。3088529994@qq.com