無線多跳網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)編碼感知的機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

袁永瓊 張 軍 王 赟

(北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京100191)

網(wǎng)絡(luò)編碼是一種提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量和魯棒性的新技術(shù)［1］.網(wǎng)路編碼最早是 Ahlswede 等人［2］提出的，并證明了使用網(wǎng)絡(luò)編碼可以達(dá)到有向網(wǎng)絡(luò)的組播容量，而該容量是傳統(tǒng)路由方式難以達(dá)到的.文獻(xiàn)［3］首次提出了一種協(xié)議層面上實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方案COPE，來提高無線多跳網(wǎng)絡(luò)單播通信的端到端吞吐量.COPE利用信道的廣播特性進(jìn)行機(jī)會(huì)偵聽和編碼廣播，中間節(jié)點(diǎn)嘗試將待發(fā)送的多個(gè)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼后發(fā)送，降低局部的發(fā)送次數(shù)，提高帶寬利用率，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量.數(shù)據(jù)流的傳輸路徑由路由協(xié)議確定，編碼機(jī)會(huì)依賴于不同流所選路徑存在線性結(jié)構(gòu)、“Y-結(jié)構(gòu)”、“X-結(jié)構(gòu)”等.本質(zhì)上，COPE 是一種基于“機(jī)會(huì)”的消極編碼策略，若多個(gè)流所選路由沒有任何交叉節(jié)點(diǎn)，則無編碼機(jī)會(huì).

為挖掘更多的編碼機(jī)會(huì)，近年來學(xué)者們提出了集中式和分布式編碼感知的路由協(xié)議［4－10］.

文獻(xiàn)［4］從理論上分析了基于COPE類型的網(wǎng)絡(luò)編碼感知的路由方式在無線網(wǎng)絡(luò)中所能帶來的吞吐量增益.文獻(xiàn)［6］定義了一個(gè)新的度量ECX(Expected Coded transmission Count)，將編碼感知的路由問題轉(zhuǎn)化為線性優(yōu)化問題，分析了編碼感知的路由對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量帶來的提升.這兩種集中式算法雖能從全局進(jìn)行優(yōu)化，然而算法需知道全網(wǎng)拓?fù)湫畔⒑彤?dāng)前流量分布的全局信息，不適用于動(dòng)態(tài)無線網(wǎng)絡(luò).

文獻(xiàn)［7－10］提出了分布式的編碼感知路由算法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)據(jù)自己了解的局部網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，在路徑選擇過程中考慮網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會(huì)，更適用于動(dòng)態(tài)無線網(wǎng)絡(luò).不過這幾種協(xié)議多采用固定路徑轉(zhuǎn)發(fā)，編碼機(jī)會(huì)還是有限的.上述協(xié)議為了創(chuàng)造編碼機(jī)會(huì)，在路由發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)傳輸階段對(duì)現(xiàn)有路由協(xié)議改動(dòng)很大，可移植性不強(qiáng).BEND協(xié)議［11］在基于IEEE 802.11的Mesh網(wǎng)絡(luò)中利用分組在轉(zhuǎn)發(fā)候選節(jié)點(diǎn)及鄰節(jié)點(diǎn)之間的冗余性，類似于機(jī)會(huì)路由，動(dòng)態(tài)選擇有編碼機(jī)會(huì)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)，創(chuàng)造更多編碼機(jī)會(huì)，來提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量.

若考慮到無線鏈路的損失特性及網(wǎng)絡(luò)中熱點(diǎn)問題導(dǎo)致分組丟失或網(wǎng)絡(luò)擁塞，則BEND可能并不能獲得預(yù)期的編碼收益.面臨的主要挑戰(zhàn)是節(jié)點(diǎn)偵到分組后，如何選擇該分組與哪些分組編碼可獲得網(wǎng)絡(luò)編碼收益，以及如何有效避免冗余轉(zhuǎn)發(fā).為此，本文提出一種應(yīng)用于無線多跳網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)編碼感知的機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制(NCAOF，Network Coding-Aware Opportunistic Forwarding).

1 NCAOF的基本思想

NCAOF的核心思想是分組轉(zhuǎn)發(fā)過程中，利用信道的廣播特性導(dǎo)致分組在預(yù)定轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)和鄰節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)冗余性，結(jié)合機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)編碼，不優(yōu)先使用預(yù)定的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，而根據(jù)節(jié)點(diǎn)偵聽的分組情況和所了解的局部拓?fù)湫畔ⅲ瑒?dòng)態(tài)選擇有編碼機(jī)會(huì)的節(jié)點(diǎn)編碼后機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)，可獲得更多的編碼機(jī)會(huì).

以圖1所示場(chǎng)景為例具體說明NCAOF的基本思想.假設(shè)路由協(xié)議確定節(jié)點(diǎn)S1和S2處待發(fā)送報(bào)文p1和p2的局部?jī)商窂椒謩e為S1→R1→T1和S2→R2→T2.對(duì)于COPE，由于沒有任何交叉路徑，不存在任何編碼機(jī)會(huì).不過因機(jī)會(huì)偵聽，S1和S2廣播報(bào)文p1和p2后，中間節(jié)點(diǎn)Ri，i=1，…，4，收到報(bào)文情況如圖1所示.若R2或R3將編碼分組p1xor p2廣播，T1，T2收到 p1xor p2后能夠解碼出p1和p2，這樣可有效減少中間節(jié)點(diǎn)的局部轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，從網(wǎng)絡(luò)整體來看，創(chuàng)造了更多網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會(huì).

圖1 NCAOF的基本思想示意圖

類似R2，R3這樣的潛在機(jī)會(huì)節(jié)點(diǎn)越多，編碼機(jī)會(huì)越多.隨之也帶來了新的問題:節(jié)點(diǎn)如何確定將哪些偵聽到分組進(jìn)行編碼可獲得局部最大的收益?其次，由于多個(gè)機(jī)會(huì)節(jié)點(diǎn)存在，如何避免多個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)相同的分組?為此，提出網(wǎng)絡(luò)編碼感知的機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，結(jié)合了機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)勢(shì).在分組轉(zhuǎn)發(fā)過程中，中間節(jié)點(diǎn)通過定義的編碼收益函數(shù)評(píng)估節(jié)點(diǎn)將不同流的分組編碼后的機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)效能，選擇能夠獲取編碼收益最大的分組進(jìn)行組合編碼.此外，在分組調(diào)度上賦以編碼分組更高的轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)，可高效利用編碼機(jī)會(huì)同時(shí)避免分組冗余轉(zhuǎn)發(fā).從該例可看出，相比COPE和BEND協(xié)議，NCAOF可獲得更好的編碼機(jī)會(huì)，中間節(jié)點(diǎn)選擇編碼收益最大的分組進(jìn)行組合編碼而非盲目進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼.NCAOF詳細(xì)描述見第2節(jié).

2 NCAOF詳細(xì)描述

分組的轉(zhuǎn)發(fā)過程中NCAOF機(jī)制利用無線信道的廣播特性，結(jié)合機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)編碼，提升網(wǎng)絡(luò)的吞吐量.當(dāng)分組p被中間節(jié)點(diǎn)i收到，無論i是否是路由協(xié)議指定的路由節(jié)點(diǎn)，都將該分組發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)層.網(wǎng)絡(luò)層填next-hop和TTL域，如果本節(jié)點(diǎn)是路徑上節(jié)點(diǎn)還需要填next-2Nd hop域，然后傳給MAC(Media Access Control)層，MAC層執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)編碼感知的機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā).

NCAOF包含3個(gè)部分:①分組存儲(chǔ)機(jī)制，有效地管理存儲(chǔ)各種類型的分組;②編碼收益優(yōu)化的分組組合算法，評(píng)估將哪些分組編碼組合會(huì)帶來的最大收益;③基于優(yōu)先權(quán)的分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會(huì)并避免分組冗余轉(zhuǎn)發(fā).

2.1 分組存儲(chǔ)機(jī)制

NCAOF中每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)處理3種類型的數(shù)據(jù)分組:①待轉(zhuǎn)發(fā)的編碼分組;②待轉(zhuǎn)發(fā)的原始分組;③偵聽到或者自己發(fā)起的分組，供解碼時(shí)備用.

前兩種類型的分組采用隊(duì)列來存儲(chǔ).滿足編碼條件(具體見2.2.1)的分組放置在隊(duì)列 Q1.待轉(zhuǎn)發(fā)的原始分組放置在隊(duì)列Q2和Q3，其中如果路由協(xié)議指定本節(jié)點(diǎn)參與該分組的轉(zhuǎn)發(fā)，則將該原始分組放置隊(duì)列在Q2，否則放在隊(duì)列Q3.僅對(duì)Q1和Q2中的分組進(jìn)行調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā).Q3中分組只參與編碼后轉(zhuǎn)發(fā)，不直接轉(zhuǎn)發(fā)該隊(duì)列中的原始分組.對(duì)于第三種類型的分組，分配一定的緩存空間臨時(shí)存儲(chǔ).當(dāng)緩存溢出時(shí)，丟棄最早緩存的分組.采用散列表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分組，方便快速查詢，減少處理時(shí)間.

當(dāng)隊(duì)列Q1，Q2和Q3中的分組被成功發(fā)送或者已經(jīng)收到下游節(jié)點(diǎn)發(fā)送的確認(rèn)分組后，從隊(duì)列中刪除.

2.2 編碼收益優(yōu)化的分組組合算法

首先分析編碼可行條件，然后給出中間節(jié)點(diǎn)編碼收益的評(píng)價(jià)函數(shù).最后基于編碼可行條件和評(píng)價(jià)函數(shù)，詳細(xì)闡述編碼收益優(yōu)化的分組組合算法.為了表述簡(jiǎn)便，首先對(duì)文中用到的符號(hào)加以說明，見表1.

表1 符號(hào)說明

本文采用一個(gè)稱為編碼結(jié)構(gòu)的四元結(jié)構(gòu)Ci(p，u，v，sp)來表示局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲幸粋€(gè)分組 p在節(jié)點(diǎn)i處的狀態(tài):p是經(jīng)過的部分路徑為u→i→v，sp表示該分組是否是編碼分組，sp=n表明p是原始分組，sp=c表明p是編碼分組，n，c是常數(shù).

2.2.1 編碼可行條件

與COPE相似，NCAOF采用XOR運(yùn)算作為網(wǎng)絡(luò)編碼的實(shí)現(xiàn)方式.為保證編碼分組轉(zhuǎn)發(fā)后能夠被下一跳節(jié)點(diǎn)正確接收和解碼，節(jié)點(diǎn)i隊(duì)列中的n個(gè)分組能編碼為一個(gè)分組的充要條件是參與一起編碼的任何一個(gè)分組的下一跳節(jié)點(diǎn)已獲取與該分組編碼的其余n－1個(gè)分組.NCAOF中考慮兩個(gè)分組一起編碼，具體的實(shí)現(xiàn)方法如下:

假設(shè)分組 p的編碼結(jié)構(gòu)為 Ci(p，u，v，sp)，Q2和 Q3隊(duì)列中的分組編碼結(jié)構(gòu)為 Ci(pj，uj，vj，spj)，j=1，2，…，J，J 為 Q2和 Q3隊(duì)列長(zhǎng)度和.那么同時(shí)滿足式(1)和式(2)，可將p和pj進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼.

2.2.2 中間節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)編碼收益的評(píng)價(jià)

首先給出本文對(duì)中間節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)編碼收益的定義，然后推導(dǎo)其計(jì)算公式.

以圖2為例，推導(dǎo)出中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼后轉(zhuǎn)發(fā)獲得的網(wǎng)絡(luò)編碼收益理論值的計(jì)算方法.

圖2 NCAOF編碼收益示意圖

假設(shè)分組p1被指定的部分路徑為a→i→b，分組p2被指定的部分路徑為m→j→n.通過機(jī)會(huì)偵聽，節(jié)點(diǎn)i收到了p1和p2，則在節(jié)點(diǎn)i處存在編碼機(jī)會(huì)，p2可以“free-ride”在p1上發(fā)送.考慮到無線信道是有損信道，那么節(jié)點(diǎn)i轉(zhuǎn)發(fā)編碼分組p1xor p2所需發(fā)送的期望次數(shù)}為

而采用傳統(tǒng)路由的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，p1和p2從i→b和j→n所需發(fā)送的期望次數(shù)和為E{Ttrad}:

所以，由式(3)和式(4)可得通過網(wǎng)絡(luò)編碼減少的發(fā)送次數(shù)ΔT為

所以，來自不同數(shù)據(jù)流的分組p1和p2，經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)i編碼后成功送達(dá)節(jié)點(diǎn)b和n所獲得的網(wǎng)絡(luò)編碼收益計(jì)算方法如下:

如果ΔT＞0，可獲得網(wǎng)絡(luò)編碼收益，中間節(jié)點(diǎn)i應(yīng)該發(fā)送p1xor p2給節(jié)點(diǎn)b和n.相反，如果ΔT≤0，表明i→b和i→n中至少有一條鏈路的質(zhì)量較差，從統(tǒng)計(jì)上來說將兩個(gè)分組編碼后傳輸并不會(huì)減少傳輸次數(shù)，這時(shí)沒必要進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)發(fā).

2.2.3 編碼收益優(yōu)化的分組組合算法

本小節(jié)給出中間節(jié)點(diǎn)編碼收益優(yōu)化的分組組合算法.考慮局部拓?fù)湫畔⒓白陨碡?fù)載情況，利用2.2.1 節(jié)的編碼可行條件發(fā)現(xiàn)編碼，然后利用2.2.2 節(jié)定義的編碼收益函數(shù)評(píng)估節(jié)點(diǎn)的機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)效能，中間節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)選擇能獲取編碼性能最好的分組進(jìn)行機(jī)會(huì)編碼，來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率.具體流程見圖3.

2.3 基于優(yōu)先權(quán)的分組轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度機(jī)制

結(jié)合機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)創(chuàng)造了更多網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)會(huì)，可有效提升鏈路利用率.除了創(chuàng)造編碼機(jī)會(huì)外，有效實(shí)現(xiàn)這些編碼機(jī)會(huì)才能真正獲益.NCAOF提出采用優(yōu)先權(quán)的調(diào)度機(jī)制來充分利用編碼機(jī)會(huì)同時(shí)有效避免分組冗余轉(zhuǎn)發(fā).具體是:編碼分組賦以更高的調(diào)度優(yōu)先級(jí)和更小的信道爭(zhēng)用窗口提高發(fā)送的優(yōu)先級(jí).隊(duì)列中的分組調(diào)度采用具有優(yōu)先級(jí)權(quán)重的加權(quán)輪詢調(diào)度，編碼分組隊(duì)列的權(quán)重ωC和原始分組的隊(duì)列權(quán)重ωN分別為α和1－α，其中0≤α≤1，一般應(yīng)取α＞0.5，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景調(diào)節(jié)α的權(quán)重值，保證給編碼分組更多機(jī)會(huì)發(fā)送的同時(shí)不“完全剝奪”原始分組的發(fā)送機(jī)會(huì).

其次，由于是分布式系統(tǒng)，原始分組可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)偵聽到并轉(zhuǎn)發(fā).為避免冗余報(bào)文，高編碼收益的分組有機(jī)會(huì)優(yōu)先發(fā)送，采取根據(jù)編碼收益動(dòng)態(tài)設(shè)置IEEE 802.11MAC中分組發(fā)送時(shí)信道爭(zhēng)用窗口的大小τCW為

其中，ΔtCW為時(shí)間常數(shù)，它的取值為沒有考慮網(wǎng)絡(luò)編碼時(shí)IEEE 802.11確定的信道爭(zhēng)用窗口大小.由式(7)可知，隨著編碼收益增加，爭(zhēng)用窗口減小，最小值為沒有編碼機(jī)會(huì)時(shí)爭(zhēng)用窗口的一半.這樣，編碼分組競(jìng)爭(zhēng)到信道的機(jī)會(huì)更大.在信道競(jìng)爭(zhēng)期間，如果偵聽到信道上有節(jié)點(diǎn)發(fā)送了該數(shù)據(jù)分組，則節(jié)點(diǎn)立即刪除發(fā)送隊(duì)列中的分組副本.

3 性能仿真

本文采用NS2網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)評(píng)估NCAOF的性能，并與BEND，COPE，傳統(tǒng)的傳輸方案進(jìn)行比較.所有實(shí)驗(yàn)中，參數(shù)設(shè)置如下:MAC層采用IEEE 802.11 DCF，信道容量為2Mbit/s.使用恒定比特速率業(yè)務(wù)流業(yè)務(wù)，有效載荷為1000 Byte.

評(píng)價(jià)的性能指標(biāo)包括:

1)網(wǎng)絡(luò)吞吐量:單位時(shí)間內(nèi)所有數(shù)據(jù)流的平均聚合吞吐量;

2)數(shù)據(jù)分組送達(dá)率:成功交付目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組數(shù)量與源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)分組數(shù)量之比.

3)編碼機(jī)會(huì)的數(shù)量:單位時(shí)間網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行有效分組編碼傳輸?shù)拇螖?shù).

3.1 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用如圖 1 示.S1，T1，S2，T2既是源節(jié)點(diǎn)也是目的節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)生4個(gè)數(shù)據(jù)流.數(shù)據(jù)分組產(chǎn)生的平均間隔初值為0.1 s，間隔6 min逐步遞減，直至減少到0.01 s.圖4給出了不同數(shù)據(jù)傳輸率下4種方案的性能.

圖4 簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱?chǎng)景下的性能

從圖4的3個(gè)子圖中可看出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較低時(shí)，4種傳輸方案表現(xiàn)相似，網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能曲線幾乎重合.隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加，增加網(wǎng)絡(luò)編碼的傳輸方案表現(xiàn)更優(yōu)，從數(shù)據(jù)分組產(chǎn)生的平均間隔為0.07s開始，積極創(chuàng)造編碼機(jī)會(huì)的NCAOF和BEND協(xié)議的優(yōu)勢(shì)開始體現(xiàn).圖4c顯示了單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送編碼分組的數(shù)量NCAOF顯著高于COPE，且在網(wǎng)絡(luò)吞吐量上NCAOF相比COPE最高提高了38.3%，相比BEND最高提高了16.4%(當(dāng)數(shù)據(jù)分組產(chǎn)生的平均間隔為0.05 s時(shí)).隨著負(fù)載繼續(xù)增加，由于網(wǎng)絡(luò)擁塞嚴(yán)重，NCAOF，BEND和COPE吞吐量都略有下降，不過NCAOF吞吐量和送達(dá)率仍然優(yōu)于其他對(duì)比方案.

3.2 隨機(jī)拓?fù)淠Ｐ?/h3>

隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎肗S2自帶的拓?fù)洚a(chǎn)生工具setdest生成.模擬的網(wǎng)絡(luò)由60個(gè)靜止節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在900 m×900 m的矩形區(qū)域，數(shù)據(jù)流從這些節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選取k個(gè)數(shù)據(jù)流，k從10依次增加至37.每個(gè)流平均每秒產(chǎn)生4個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文.仿真運(yùn)行時(shí)間為360 s.仿真結(jié)果如圖5所示.

圖5 隨機(jī)拓?fù)鋱?chǎng)景下的性能

從圖5可看出，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加，4種傳輸方案下的網(wǎng)絡(luò)都經(jīng)歷了從空閑到嚴(yán)重?fù)砣倪^程.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較低時(shí)，網(wǎng)絡(luò)流數(shù)量小于等于13時(shí)所有方案的性能表現(xiàn)相似，網(wǎng)絡(luò)吞吐量和分組送達(dá)率曲線幾乎重合.這種情況下網(wǎng)絡(luò)比較空閑，不必采用對(duì)報(bào)文網(wǎng)絡(luò)編碼后傳輸，可降低操作復(fù)雜度和存儲(chǔ)開銷.隨著網(wǎng)絡(luò)流數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加重，編碼機(jī)會(huì)增多(如圖5c所示)，4種傳輸方案的吞吐量都呈上升趨勢(shì)，當(dāng)流數(shù)量增加至19時(shí)達(dá)到吞吐量的峰值，此后隨著流繼續(xù)增加導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，吞吐量反而有所減小，編碼機(jī)會(huì)略有降低.整個(gè)過程大多數(shù)情況下NCAOF的性能優(yōu)于其他對(duì)比方案.在吞吐量方面，相對(duì) COPE和BEND，NCAOF最高能提升13.6%和8%.這是因?yàn)椋捎诹鲾?shù)量的增加，相比COPE，NCAOF結(jié)合機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)編碼創(chuàng)造更多編碼機(jī)會(huì);相比BEND，動(dòng)態(tài)選擇能獲取編碼性能最優(yōu)的分組進(jìn)行機(jī)會(huì)編碼，創(chuàng)造更好的編碼機(jī)會(huì)，避免BEND的盲目編碼轉(zhuǎn)發(fā)，有效提升了吞吐量.但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞嚴(yán)重時(shí)，所有方案的性能都逐漸下降.

4 結(jié) 束 語

網(wǎng)絡(luò)編碼是一種有效提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量和魯棒性的新技術(shù).針對(duì)COPE協(xié)議消極編碼的問題，提出了一種網(wǎng)絡(luò)編碼感知的機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制NCAOF，結(jié)合機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)編碼發(fā)現(xiàn)更多編碼機(jī)會(huì)，不再優(yōu)先使用預(yù)定的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，而是動(dòng)態(tài)選擇有編碼機(jī)會(huì)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼后機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量.分組轉(zhuǎn)發(fā)過程，中間節(jié)點(diǎn)通過獲知局部拓?fù)湫畔⒑妥陨淼呢?fù)載情況，利用定義的節(jié)點(diǎn)編碼收益函數(shù)評(píng)估其機(jī)會(huì)編碼轉(zhuǎn)發(fā)效能，動(dòng)態(tài)選擇能獲取編碼性能最優(yōu)的分組進(jìn)行機(jī)會(huì)編碼，并賦以編碼分組更高的、動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)，使得有效利用編碼機(jī)會(huì)并避免分組冗余轉(zhuǎn)發(fā).實(shí)驗(yàn)表明，在無線多跳網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸過程中，相比COPE和BEND，大多數(shù)情況下NCAOF能獲得更好的編碼機(jī)會(huì)，并有效提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量.

References)

［1］Fragouli C，Boudec J L，Widmer J.Network coding:an instant primer［J］.ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2006，36(1):63 －68

［2］Ahlswede R，Cai N，Li S R，et al.Network information flow［J］.IEEE Transactions on Information Theory，2000，46(4):1204 －1216

［3］Katti S，Rahul H，Hu W，et al.Xors in the air:practical wireless network coding［J］.IEEE/ACM Transactions on Networking，2008，16(3):497 －510

［4］Sengupta S，Rayanchu S，Banjerjee S.Network coding-aware routing in wireless networks［J］.IEEE/ACM Transactions on Networking，2010，18(4):1158 －1170

［5］Zhang J，Zhang Q.Cooperative network coding-aware routing for multi-rate wireless networks［C］//Proceeding of IEEE INFOCOM.Rio de Janeiro，Brazil:IEEE，2009:181 －189

［6］Ni B，Santhapuri N，Zhong Z，et al.Routing with opportunistically coded exchanges in wireless mesh networks［C］//IEEE Workshop on WiMesh.Reston，Virginia，USA:IEEE，2006:157 －159

［7］Le J，Lui J C S，Chiu D.DCAR:distributed coding-aware routing in wireless networks［J］.IEEE Transactions on，Mobile Computing，2010，9(4):596 －608

［8］樊凱，李令雄，龍冬陽.無線mesh網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)編碼感知的按需無線路由協(xié)議的研究［J］.通信學(xué)報(bào)，2009，30(1):128 －134 Fan Kai，Li Lingxiong，Long Dongyang.Study of on-demand COPE-aware routing protocol in wireless mesh networks［J］.Journal on Communications，2009，30(1):128 － 134(in Chinese)

［9］楊林，鄭剛.無線多跳網(wǎng)中具有網(wǎng)絡(luò)編碼意識(shí)的機(jī)會(huì)路由協(xié)議［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，50(10):1713 －1717 Yang Lin，Zheng Gang.Network coding-aware opportunistic routing protocol in wireless multi-hop networks［J］.J Tsinghua Univ:Sci＆ Tech ，2010，50(10):1713 －1717(in Chinese)

［10］Guo B，Li H，Zhou C，et al.Analysis of general network coding conditions and design of a free-ride oriented routing metric［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2011，60(4):1714－1727

［11］Zhang J，Chen Y，Marsic I.Network coding via opportunistic forwarding in wireless mesh networks［C］//Wireless Communications and Networking Conference.Las Vegas，Nevada，USA:IEEE，2008:1775 －1780