【无线网络环境下网络编码模型Ncma及其实现】马尔可夫模型 人力资源

　　摘要：网络编码具有提高网络传输速率，逼近多播最大容量等优点。本文建立了一个无线环境下的网络编码模型Ncma，并提出了一种结合路由信息的编码节点选取方法，该方法比传统编码节点更简单、高效。对其实现是在现有的NS2系统上进行扩展，创建一个可以仿真各种网络编码算法的通用工具，为网络编码的进一步研究提供实验平台。
　　Abstract: Network coding could improve the transmission rate of network, almost realize the maximum capacity of multicast. The contributions are as follows: A model of network coding for wireless environment, named Ncma (Network Coding Model in Ad Hoc), is built, and then a method of choosing coding nodes is proposed based on Ncma. The operations of network coding are confined in a one-hop network by Ncma, and this makes the listening operation much easier which helps to reduce errors caused by the complex transmission routes.
　　关键词：网络编码；网络编码模型Ncma；NS2的网络编码扩展
　　Key words: model of netwrok coding；coding nodes selection method；extension of NS2 for network coding
　　中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）25-0202-02
　　1 简介
　　网络编码是指网络中的节点既具有存储转发的功能，还具有对来自不同链路中的数据包进行编码组合，将其压缩成一个数据包进行传输的功能。其优越性在于能够提高网络传输速率，逼近多播最大容量，节约网络带宽，改善网络负载均衡，提高网络信息安全性。不足之处是增加了节点的计算复杂性及网络传输时延，存在同步问题和安全隐患。
　　网络编码是在解决网络多播容量的环境中提出的，已有很多研究成果。目前存在两个问题：一是网络编码节点的选取算法复杂度高；二是缺乏能支持网络编码研究的仿真实验平台。针对这两个问题，本文的研究内容：一是在无线网络环境下的网络编码模型Ncma的建立，二是对NS2仿真工具的网络编码扩展，实现一个通用的网络编码模型的仿真平台。
　　2 网络编码模型Ncma的建立
　　网络编码的研究从有线网络发展到无线网络，相比于有线网络，无线网络的特点是网络节点能量有限，具有天然的广播特性，节点分布具有多维空间的随机性，节点之间连接受节点移动和分布地域的限制、空间域上相互制约的相关性、时间域上信号传输受时变衰落的影响等。
　　已有的网络编码模型COPE建立在无线mesh网络中，提出按需路由协议OCR。该模型及其优化可以提高网络性能，但不能实现重叠编码，并可能带来更大的计算开销。
　　本文利用COPE中最佳编码方案、节点对数据侦听和发送接收报告的思想，提出网络编码模型Ncma（Network Coding Model in Ad Hoc），使其有较强的扩展性和通用性。
　　2.1 模型简介
　　2.1.1 模型定义：
　　①网络节点：A、B、C、D……，为叙述方便，将“节点A”简称为“A” 。
　　②数据包：P1、P2、P3……，为叙述方便，将“数据包P1”简称“P1”。
　　③参编包和编码包：网络编码是要将若干个数据包进行编码组合，然后产生一个新的数据包，本文将这“若干个数据包”统一称作参编包，将“新的数据包”称作编码包。如P=P1?茌P2?茌P3?茌…?茌Pn，其中，诸如P1、P2等称为参编包，P称为编码包。
　　④用PP1表示原始数据P1经过某种编码操作之后得到的编码包。
　　2.1.2 模型说明 如图1所示，该网络拓扑由六个无线节点组成，它囊括了无线Ad Hoc网络通信中的基本通信情况。图1中，如果B作为源节点，A作为目的节点，则B和A的通信属于一个单跳通信；如果C作为源节点，A作为目的节点，则C和A的通信就属于一个两跳通信；如果C作为源节点，E作为目的节点，则C和E的通信就属于一个多跳通信。
　　2.1.3 编码节点选取方法 以往网络编码节点的选取有两个不足：一是算法非常复杂，二是对现有的路由协议改动太大。本文提出了一种新的网络编码节点选取方案，能够简单有效的选取编码节点，可以较好的在现有路由方案上运行。
　　基于Ncma模型的网络编码节点选取的主要思想是寻找目的节点的直接前驱作为编码节点进行编码操作。节点在发送数据之前，先检查目的节点是否是自己的下一跳，如果是，则先进行编码操作，再将编码后的数据包进行转发；否则按照原路由直接将数据包转发出去。
　　在以Ncma模型为基础的通信网络中，所有通信情况都将归结为一种情况：以目的节点的上一跳节点为中心的Ncma单跳通信模型。这样实现网络编码的好处是最大限度的保留了传统通信方式，大大降低了网络编码的实现代价。
　　2.2 基于Ncma模型的Ad Hoc路由协议 要将Ncma模型应用在实际网络中，需要对现有的Ad Hoc路由协议进行相应的改动。Ncma模型要求选取目的节点的直接前驱为编码节点，在路由的过程中能够提供寻找目的节点直接前驱的方法。一般路由协议分为两个部分，路由部分和转发部分。在分组转发之前，加入判断语句来判断是否要对分组进行编码操作，如果节点不是编码节点，则分组转发过程和传统的路由方式相同；如果是编码节点，则要先转入编码模块，然后再对编码后的分组进行转发。在整个实现过程中，路由协议的其它部分基本可以不做改动。