面向业务的无线网络编码多播机制研究

Network coding-based wireless multicast has attracted more and more research focus due to the capability of increasing network capacity and reducing transmission delay. However, current methods of network coding-based wireless multicast primarily aim to optimize traditional quality of service parameters with considerations of the network transmission property. Despite the improvement of transmission performance, this kind of methods cannot provide user satisfying quality of service, thus limits the application of network coding-based multicast in wireless service..This proposal aims at providing good quality of service and user experience for wireless service by exploiting network coding-based multicast technology. Starting from the analysis of data characteristics and properties, we focus on the keys that affect the quality of service mostly and respect them through the design of multicast method. Two scientific problems are discussed in the proposal, one is how to respect the data characteristics and to realize the quality of service during the network coding process, and the other is the design of cost-effective feedback methods that combines network coding to assure the effectiveness of proposed network coding methods. The significance of this proposal lies in that the service-oriented methods consider data characteristics and service properties during the network coding and feedback processes, thus increase the performance gain of network coding and the efficiency of feedback, and guarantee the quality of service. This proposal will not only promote the research on the theories and methods of network coding-based multicast, but also provide technical support and reference for the applications.

网络编码和多播相结合，能够增大网络容量、减小传输时延，是无线通信的研究热点。然而，当前的网络编码多播方法大都面向网络传输特性对传统服务质量参数进行优化设计，虽然对传输性能有一定提升，但无法提供用户满意的服务质量，限制了网络编码多播在无线业务中的应用。.本课题目标是利用网络编码多播技术为无线业务提供可靠的服务质量保证和良好的用户体验。从分析业务数据特征和属性入手，研究影响服务质量和用户体验的关键因素并将其融入到多播方案设计的核心环节中去，重点解决以下科学问题：1）体现业务数据特征并满足其相应服务质量需求的网络编码问题；2）联合网络编码，保证编码有效性的高效低开销反馈机制设计问题。本项目意义在于从面向业务的角度出发，将数据特征和业务属性引入网络编码和反馈机制设计中，极大地提高网络编码性能增益及反馈效率，保证服务质量，不仅能促进网络编码多播理论和方法的研究，而且能够为实际应用提供技术支持和指导。

网络编码能够增大网络带宽、缩短传输时延、提高传输成功率，是解决无线多播服务质量不可靠和服务体验低下的手段之一。传统编码方案没有考虑数据业务的属性特征和个性化需求，难以实现令用户满意的服务质量保障。为此，本项目从具体无线业务的特征和属性出发，深挖影响服务体验的关键因素，着力刻画业务特征属性影响服务质量的过程及其关联关系，在网络编码传输方案的设计中深刻地体现这些关系和影响，为用户提供满意的服务质量。项目取得了以下成果：.1）面向时效类业务的网络编码传输。提出了车载网中具有硬截止时间约束的单条目通用数据业务传输方案，根据应用场景的不同，采用路边基础设施单元或通过关联网络编码的中继选择技术确定中继车辆进行编码重传。提出了一个区分优先级的时效类数据网络编码多播方案，实现了对安全类业务的性能提升和对用户类业务的质量兼顾。设计了一个关联网络编码的区分服务接纳控制模型，在系统负载过重时均衡流量，保障服务质量。.2）面向有序类业务的网络编码传输。针对可扩展视频流业务，提出了单视频编码包对终端解码贡献的双效用模型，得到了反映数据包效用、剩余时间及信道参数等多参数影响的网络编码传输方案。提出了一个新的缓存模型，改进数据包效用模型，并引入二层编码图的新思想，最终形成一个基于解码预测关联的网络编码多播方案。.3）面向多条目时效类数据的网络编码传输。提出了网络编码适用的效益-利润模型，设计了一个实时在线网络编码算法，显著地改善了多条目数据多播的过期率、带宽有效利用率等指标。.4）高效反馈机制及其网络编码传输。研究了反馈在网络编码多播中的作用和影响，针对实际通信场景下反馈信息可能丢失的事实，提出了低成本抵抗反馈丢失的三种包更新策略，并通过仿真进行了性能分析和评估。.上述成果的取得，能够为对应数据属性的高增值业务在无线网络中的实际开展和部署提供一定的理论参考价值，同时推动网络编码技术在无线通信网络中的实际应用。