基于网络编码的WiFi组播技术研究

作     者：潘鲁远 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐国爱

授予年度：2014年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：网络编码 WiFi组播 WiFi单播 贪婪算法 

摘      要：近年来,随着无线网络的迅速发展,WiFi因为其较低的构建和运营成本、较高的传输速率、较远的传输距离等优点获得了人们的青睐。随着手机电视等移动广播业务的发展,WiFi在组播场景中的应用将会越来越普遍广但由于各客户端与接入点之间的信道状况差异,无线网络需要调整数据速率来适应所有的用户节点,因此高效的组播对于无线网络而言是一个很大的挑战。传统的WiFi中AP在广播／组播模式下性能急剧恶化,如果采用全局性的差错恢复技术来恢复局部丢失的数据容易导致如：反馈风暴,恢复风暴,恢复延迟以及其它一些拥塞与流量控制等难以解决的问题。 网络编码是一种可以从理论上达到最大流-最小割容量的新技术,它能有效地利用频率资源,通过在中间节点处将接收到的不同用户节点的信息按照某些算法进行重新组合和编码之后广播出去的方法,来提升中间节点对用户转发信息的能力。将网络编码应用于无线网络中,可以提高无线网络的单播和组播吞吐量,降低传输时延并提高网络的可靠性。 目前对WiFi组播问题的主要解决方案有对组播网络采用合适的差错控制策略(ARQ方案)和将组播数据流转换为单播数据流进行发送两种。本文从这两个方面,分别研究了在组播和单播通信中加入网络编码的可行性,提出了基于贪婪算法的最优编码方案,将寻找最优编码策略的问题抽象为无向图中最大簇的划分问题。并对采用网络编码后的重传机制和传统方式下的重传机制进行了数学计算和仿真对比分析,结果证明本文的编码算法能有效地提高WiFi组播效率。 本文的工作主要有：(1)在WiFi组播网络中,针对一个AP发送节点,多个接收节点的下行组播信道场景,提出利用网络编码的重传纠错方案。并对比传统方式的ARQ(自动请求重传)和加入网络编码后的ARQ方案的性能增益。同时,分析了该方案对计算复杂度和系统时延的影响。 (2)对WiFi单播下行数据通信的场景进行了研究,提出了基于贪婪算法的编码方案,将最优编码策略抽象为无向图中的最大簇划分问题,通过仿真分析,证明了本文算法的性能增益和计算复杂度上的可实现性。 最后,本文对网络编码及WiFi网络的相关应用研究及发展趋势进行了展望。