无线环境下基于网络编码的多播数据传输研究

摘要

随着无线通信业务的迅速发展，无线带宽已经成为稀缺资源，如何提高无线带宽利用率已成为最受关注的研究热点之一。已有研究表明多播可以有效提高无线带宽的利用率，但在无线环境下多播数据尤其是可靠多播数据的传输还存在一些挑战。接收节点信道状态的异构性使得不同接收节点丢失的数据不同，源节点重传某个节点的丢失数据会造成已经接收到该数据的接收节点的数据重复接收，从而导致无线带宽的浪费；接收节点信道状态的异构性还使得源节点数据发送速率的选择变得更加复杂，而不合理的发送速率同样会造成无线带宽的浪费。另外，源节点传输的数据也可能具有异构性，即不同的数据对服务质量具有不同的影响，这也对多播数据传输提出了更高的要求，即在传输时要对数据进行区分，保证节点获得的服务质量与其信道状态相匹配；此外，数据还可能具有一定的延迟要求。因此，在接收节点信道状态异构的情况下，源节点如何选择发送速率，并且根据数据的异构性和延迟约束来确定传输策略，以最大化无线信道的利用率，是多播数据传输迫切需要解决的问题。本文将围绕以上问题展开研究。
　　 首先，本文利用无线信道的广播特性，通过在多播中结合网络编码来提高接收节点信道状态异构情况下的无线信道利用率。接收节点信道状态异构导致不同接收节点丢失的数据不同，源节点重传包含所有数据的线性编码包，而不是某个节点丢失的数据包。每个接收节点接收到足够多的线性独立编码包后，都可以解码出自己所需要的数据包，从而提高传输效率。结合网络编码后多播速率的选择对无线信道的利用率有决定性的影响。当发送数据量一定时，多播系统延迟取决于最后一个完成所有数据接收的节点。接收节点信道状态不仅仅表现出异构性，而且还具有时变性，特别是在移动环境下。因此，每个接收节点完成指定数量的数据接收所需要的时间，不仅受当前信道状态的限制，还取决于其将来的信道状态变化，这也意味着最小化多播系统延迟的源节点发送速率应该是时变的。本文根据接收节点当前信道状态预测其变化，并结合接收节点的数据接收状态，提出一种最小化多播系统延迟的速率选择算法。
　　 其次，在以上研究的基础上，本文还对数据异构情况下的多播传输策略进行了研究，具体考虑基于可伸缩视频编码技术的应用场景。视频数据和普通数据相比具有更强的延迟约束，需在规定的时间内到达接收节点，而且经过可伸缩视频编码后具有可伸缩性，不同层数据对视频质量具有不同的影响，基础层数据对服务质量影响大，要求可靠传输，而增强层数据则可以尽力传输。本文综合考虑数据的异构性和接收节点信道状态的异构性，提出一种基础层数据和增强层数据混合网络编码重传策略，使信道较差的接收节点在接收基础层数据的同时，信道较好的接收节点能够接收增强层数据，从而为不同节点提供不同层次的服务质量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 无线多播

1．1．2 问题的引入

1．1．3 相关研究

1．2 本文解决的问题和研究意义

1．3 论文结构介绍

第二章 无线网络编码技术

2．1 概述

2．2 线性网络编码技术

2．2．1 随机线性网络编码

2．2．2 机会网络编码

2．3 随机线性网络变和机会网络编码比较

2．4 本章小结

第三章 基于网络编码的无线多播速率选择机制

3．1 概述

3．2 无线多播数据传输模型

3．2．1 无线信道模型

3．2．2 有限状态马尔可夫信道模型

3．3 速率选择

3．3．1 无线单播速率选择

3．3．2 无线多播速率选择

3．3．3 无线多播数据传输

3．4 实验结果及分析

3．4．1 实验场景

3．4．2 实验结果与分析

3．5 本章小结

第四章 基于网络编码的可伸缩视频数据多播传输

4．1 概述

4．2 可伸缩视频编码概述

4．3 基于网络编码的可伸缩视频数据多播传输

4．3．1 数据广播发送

4．3．2 数据重传

4．4 实验结果及分析

4．4．1 实验场景

4．4．2 仿真结果与分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果