Ad Hoc网络中基于协同通信的可靠组播丢失恢复技术

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Ad Hoc网络是一种不需要基础设施支持的多跳无线网络,具有抗毁性、快速组网和自组织管理等优势。组播通信是指将数据分组在一次传输中发送给网络中的一组接收者,使用组播技术可以减少相同数据的多次重复传输,从而节约网络资源、缩短延时。但是Ad Hoc网络不同于有线网络,具有无线传输带宽受限、网络拓扑结构动态变化、节点处理能力有限、传输误码率较高、传输环境干扰强等问题。因此在Ad Hoc网络中保障可靠组播的丢失恢复是一个具有挑战性的问题。协同通信是指不同的节点之间相互协作帮助通信传输。在Ad Hoc网络中由于每个节点的传输范围有限,不能直达的通信节点之间的节点就会将传输的数据进行存储转发,这就是一种协同通信技术。另外网络编码技术是近几年编码理论领域中的重要发现,它从理论上证明如果允许网络节点对传输的信息按照合适的方式进行编码处理(如模二加),网络组播流量总能够达到香农最大流最小割定理规定的上限。在Ad Hoc网络中使用网络编码已经成为了近几年的研究热点,但是这些研究往往将协同通信和网络编码技术分开研究,而结合协同通信技术和网络编码技术能够提高可靠组播丢失恢复的效率。本论文围绕协同通信技术和网络编码技术在Ad Hoc网络可靠组播丢失恢复中的应用进行深入的研究。主要研究内容如下:1.根据组播通信中不同的节点由于地理位置的不同会经历不同的丢失情况,将协同通信的思想引入到可靠组播丢失恢复设计中,提出了一种新的基于协同的可靠组播丢失恢复算法(CoreRM)。CoreRM通过丢失节点的所有一跳邻居节点、上游节点和发送节点来协同帮助进行丢失恢复。力求在最短的距离内完成丢失恢复,并将网络中的丢失恢复负载分布到了整个网络,避免导致个别承担恢复的节点负荷过重成为了网络的瓶颈。2.将网络编码技术和协同丢失恢复设计相结合,提出一个新的基于网络编码的协同可靠组播丢失恢复算法(NecRM)。NecRM中重传的节点将需要重传的数据包进行异或编码然后发送,通过减少传输数据包的数量而提高网络吞吐量,缩短传输延时。论文中还通过理论分析和大量性能仿真实验结果,显示CoreRM在端到端延时、投递率和网络吞吐量方面,相对于没有使用协同的丢失恢复算法有了较好的性能提升。NecRM算法和UDP、PGM和CoreRM的性能对比显示,在组播通信丢失恢复设计中使用网络编码能够进一步的提高通信的可靠性。
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