基于速率和功率自适应调整的无线自组网网络编码的研究

Network coding emerged as a promising technology where instead of simply relaying the packets of information they receive, the nodes of a network will take several packets and combine them together for transmission.None of the current works of MAC-layer network coding in wireless network consider the joint diversity of transmission rate and power, and the rapid growth of wireless networking equipment with rate and power adaptive transmission device. It greatly affect the performance of network coding. Therefore, this project considering the transmission rate and power adaptation, with the object of improving network throughput and deadline satisfied ratio, and saving energy, studies the network coding algorithm in based on rate and power adaptive transmission ad hoc networks,including: the minimum product of transmission and energy network coding, the maximum deadline satisfied ratio network coding, the relay-based cooperative network coding. The research on network coding based on rate and power adaptation in ad hoc networks not only enrich the network information theory but also is of important pratical value by making the network coding adapt to the changing environment.

网络编码是近年来通信领域的一个重大突破，它使路由节点不仅具有传统通信网络中的存储和转发功能，而且新增加了编码的功能。由于目前无线网络中链路层网络编码的研究工作几乎没有同时考虑用户链路传输速率和发送功率的多样性和可支持速率和功率自适应调整的无线网络设备的快速增长，因而极大地影响了网络编码性能的发挥。因此，本项目针对传输速率和功率自适应调整，以提高网络吞吐量、能量消耗、数据包时延满足率等为优化目标，研究无线自组网中速率和功率自适应调整的网络编码算法。具体内容包括：单个节点处最小传输时间和能耗乘积的网络编码、最大数据包时延满足率的网络编码算法、基于中继机制多个节点协作网络编码算法。通过对这些问题的研究，本项目在理论上对网络信息论的发展具有一定的推动作用，在实践中可以促进网络编码在实际无线网络中的应用。

网络编码的重大突破是可以使路由节点不仅具有传统通信网络中的存储和转发功能，而且新增加了编码的功能。本项目针对传输速率和功率自适应调整，以提高网络吞吐量、能量消耗、数据包时延满足率等为优化目标，研究无线自组网中速率和功率自适应调整的网络编码算法。.主要研究内容及成果有：（1）无线网络中的最小化介质时间和能量的编码算法。为获得更多的网络编码增益，利用多功率等级和比特率，研究最优化媒介时间和能量编码OMEE问题。首先将OMEE问题模型化一个整数非线性规划并证明是NP完全问题。接着在分析了两个节点的介质时间和能量消耗之间的关系后，提出一种启发式的编码算法。最后，仿真结果表明，本算法比现有的最小传输次数和最小介质时间编码算法可以减少了77.3%和75.9%的介质时间和能量消耗。发表在《Wireless Personal Communications》（2）在可以改变功率的无线网络中，讨论通过调整包的发送功率结合网络编码来提高网络的时延满足率，同时尽可能的减少整个网络的能耗开销。提出了一个功率自调整算法，功率自调整算法包括两个子算法：功率初始化算法和选择编码算法。通过理论分析说明了功率初始化算法通过功率调整来提高传输效率的概率是比较可观的。最后仿真实验表明功率自调整算法与Cope算法和TAONC算法相比，能有效的提高时延满足率并尽可能降低额外开销。发表在《Wireless Networks》（3）单跳无线广播网络中能耗优化编码算法研究。针对单节点的无线网络中发送节点速率和功率均可调整的情形，研究了一种优化网络的能量消耗以及传输时间和能量消耗乘积的算法。结果表明，与经典的COPE算法以及基于中继的编码算法NCRA相比，RPAA算法能够很大程度地减少网络的能量消耗以及传输时间和能量消耗的乘积。（4）有序的优化重传次数的网络编码算法。针对重传数据包过程中应用网络编码技术提出了一种发送有序的编码包组合的编码算法。.本项目研究成果在理论上对网络信息论的发展具有一定的推动作用，在实践中可以促进网络编码在实际无线网络中的应用。