编码感知的按需无线路由协议的研究

网络编码

第３０卷第１期２００９年１月

通信学报

Ｊｏｕｒｎａｌ

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ｖ０１．∞Ｎｏ．１

Ｊａｎｕａｒｙ２００９

ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉＯＩｌＳ

无线ｍｅｓｈ网中网络编码感知的按需无线路由协议的研究

樊凯，李令雄，龙冬阳

（中山大学信息科学与技术学院，广东广州５１０２７５）

摘要：提出一个支持无线网络编码技术ＣＯＰＥ的按需路由协议ＯＣＲ，以提高无线ｍｅｓｈ网中的网络吞吐量。在路由发现过程中，该协议主动地探测编码机会并灵活地寻求“增加编码机会”、“最短路径”以及“避免拥塞”之间的折衷。仿真结果表明ＯＣＲ能够有效地发现编码机会，进而使得网络拥有更高的吞吐量。关键词：通信技术；路由协议；路径评价；网络编码；无线ｍｅｓｈ网中图分类号：ＴＰ３９３

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００－４３６Ｘ（２００９）０１．０１２８．０７

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１引言

目前为止，网络编码作为一种提高网络吞吐量的有效方式，已经取得了巨大的进展［Ｉ－５１。网络编码将传统网络中节点只能转发或存储数据的性质进行了扩展，允许节点对来自不同链路的数据包进行编码组合，使得网络性能可以达到最大流传输的理论极限，从而最大限度地利用网络资源…。Ｋａｔｔｉ等人首次提出一种提高无线网络单播通信吞吐量的网络编码技术ＣＯＰＥ，并给出它的一个具体实现方案【６，‘７１。ＣＯＰＥ需要节点通过对无线网络进行侦听获取到邻居节点的传输信息来独立决

定何时以及如何从发送队列中选取多个数据包进行编码，编码包的接收节点利用侦听的信息和本地信息对编码包进行解码获得自己需要的数据包。这种做法有效地减少了网络局部拓扑的包发送量，使得整个网络的吞吐量增加。作为一种提高无线ａｄ—ｈｏｃ网络和无线ｍｅｓｈ网络吞吐量的技术１７Ｊ，ＣＯＰＥ已经得到研究者认可，并已被广泛地研究［８－１２】。

由于ＣＯＰＥ是一种基于“机会”的方法，编码机会的数量与网络吞吐量的提高直接相关，在其应用过程中如果所有路由节点都没有编码机会，那么网络吞吐量将不会有任何的提高。因此，ＣＯＰＥ的

收稿日期：２００８．０３．１９；修回日期：２００８．１１．２０基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０５７３０３９）

Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ

Ｉｔｅｍ：ＴｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（６０５７３０３９）

万方数据

网络编码

第１期

樊凯等：无线ｍｅｓｈ网中网络编码感知的按需无线路由协议的研究

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有效应用必须要有感知编码的路由协议对其支持。

文献【１０】首次注意到这一问题，在理想化的ＭＡＣ协议模型【ｌ习基础上给出了一种已知全局信息前提下的集中式最佳路由选择方案。该方案依赖“公平”的ＭＡＣ调度并需要已知网络拓扑，因此在实际应用（如在“不公平”的ＭＡＣ协议ＩＥＥＥ８０２．１１下）中并不适用。

与文献【１０】在理论模型层面讨论问题不同，本

文在应用的层面提出一个网络编码感知的按需无

线路由协议ＯＣＲ（ｏｎ．ｄｅｍａｎｄ

ＣＯＰＥ．ａｗａｒｅｒｏｕｔｉｎｇ）

来解决传统无线路由协议不适用于ＣＯＰＥ的应用这一问题。ＯＣＲ采用将跳数与网络编码的收益综合考虑的消耗函数来评价每条路径的好坏。在路由发现过程中，ＯＣＲ能够主动地探测可能的编码机会并使用一个路由控制策略决定路由请求包是否值得被转发来防止拥塞。此外，ＯＣＲ基于将“最少消耗优想来选取最优传输路径。仿真结果显示，与传统的无线路由协议相比，ＯＣＲ协议配合ＣＯＰＥ使用能够

使得整个网络的吞吐量有进一步的提高，并且负载

比较均衡。

全文的结构如下：第２节描述ＣＯＰＥ的原理；实验以及结果分析；第５节为结束语。

ＣｏＰＥ原理

ＣＯＰＥ的原理可以用下例来描述。如图ｌ（ａ）

但是，ＣＯＰＥ使得同样的传输需求只需要节点

的３次发送即可完成。在经过Ｓｌ和＆的２次发送

万方数据

所需的数据包。可以看到，ＣＯＰＥ使用３次发送达到了原来４次发送的效果，进而使得网络的吞吐量提高了３３．３％ｔ１０１。另一种不需要侦听的ＣＯＰＥ基本拓扑如图１Ｃｏ）所示。

①叠｛参书

（ａ）基于侦听的编码（ｂ）２点交换数据的编码

图１

ＣＯＰＥ应用的２种基本拓扑

本文使用图２的示例来说明路由选择对ＣＯＰＥ

的重要性。初始情况如图２（ａ）所示，每个节点的发送范围只能覆盖距离自己最近的节点，节点６通过节点４路由向节点２传输数据。当节点ｌ需要向节点５传输数据时，它有２个路由选择：节点３和节点４。很明显，选择节点３作为路由将会使得网络中的所有节点没有任何编码机会，如图２（ｂ）所示，从而ＣＯＰＥ的应用不会引起网络吞吐量的提高。但如果选择路径１—４—５作为传输路径则不同，如图２（ｃ）所示。此时，类似国ｌ（ａ）中的示例，应用ＣＯＰＥ后节点４拥有编码的机会，网络吞吐量将会被提高

３３．３％。

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