无线网络下基于网络编码的实时调度技术研究

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伴随着网络融合的推广,无线网络将成为互联网通信量进一步发展的重要平台。近年来,网络通信量有了爆炸性的增长,尤其是具有延迟约束的视频通信量。随着网络规模与业务的发展,到2015年,互联网上91%的通信量是视频,而移动网上67%的通信量是视频。因此,实时业务,特别是面向视频等的流媒体业务也将在无线网络中得到广泛应用。   相对于有线网络,无线网络的带宽等资源对持续高速发展的业务需求是非常有限的,而无线网络越来越多地用于承载具有延时约束的业务。延迟成为无线网络服务质量的重要度量指标,尤其是在无线网络资源的分配上。   网络编码扩展了中间节点的处理能力,打破了传统理念中的“存储+转发”。它可以对网络信息进行编码来改善网络的性能。无线网络使用网络编码技术能在网络吞吐量、功率损耗及安全性等方面提供新的解决思路,尤其是传输延迟的减少上,因为无线网络具有广播特性,它通过发送编码数据来减少数据发送次数而降低传输延迟。在具有延迟约束的业务中,无线网络资源的分配需要实时调度算法,因此,改善无线网络资源利用率需要结合网络编码等技术来实现。   本文主要研究了无线网络中基于网络编码的实时调度技术,从下述两个方面进行研究和拓展:   无线网络信道状态的随机性使得研究分析复杂,本文对延迟这一关键性因素做了假设,分组有截止时间的约束,也就是说,分组需要在截止时间的范围内发送到目的节点,否则,这些分组会由于截止时间超期而被丢弃。本文基于分组有相同截止时间这个考虑因素,结合了网络编码技术,使用拉格朗日对偶分解法和原始对偶更新法确定源节点每次发送的分组块的大小和组成,来求解最优的实时调度策略,从而进行无线网络的资源分配。   无线网络中,源节点每次发送分组所采用的传输策略对最优的分组块大小和组成以及最优的实时调度策略有影响。本文分析了轮询策略、随机网络编码、加权轮询策略与加权随机网络编码,并且通过仿真对比了它们性能差异。此外,本文还对分组有不同截止时间的考虑因素进行了扩展性研究,证明了存在无线网络资源调度的最优时间门限以及给出了它的查找算法。
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