哈工程大作業(yè)--基于無線mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)研究

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1、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院無線網(wǎng)絡(luò)安全基于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)研究學(xué)號(hào)：班級(jí)：學(xué)生姓名：任課教師：呂宏武講師2013年10月基于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)研究1、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的概念無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是基于TP協(xié)議的無線寬帶接入技術(shù)，它融合了WLAN和Adhoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，支持多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有自組網(wǎng)、自修復(fù)、多跳級(jí)聯(lián)、節(jié)點(diǎn)自我管理等智能優(yōu)勢(shì)以及移動(dòng)寬帶、無線定位等特點(diǎn)，是~種大容量、高速率、覆蓋范圓廣的網(wǎng)絡(luò)，成為寬帶接入的一種冇效手段。從某種意義上講，Mesh網(wǎng)絡(luò)更主要的是_種

2、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)思想，主要功能體現(xiàn)在無中心、自組網(wǎng)、多級(jí)跳接和路由判斷選擇等。無線Mesh技術(shù)是一種與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)完全不M的新型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在傳統(tǒng)的WLAN中，每個(gè)客戶端均通過一條與接入點(diǎn)(AP)相連的無線鏈路訪問網(wǎng)絡(luò)，用戶若要進(jìn)行相互通信，必須首先訪問一個(gè)固定的AP，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稱為單跳網(wǎng)絡(luò)。而在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任何無線設(shè)備節(jié)點(diǎn)都可同時(shí)作為路由器，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能發(fā)送和接收信號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能與一個(gè)或多個(gè)對(duì)等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信。這種結(jié)構(gòu)的最大好處在于：如果最近的AP由于流量過大而導(dǎo)致?lián)砣脑挘瑪?shù)

3、據(jù)可以自動(dòng)重新路由到一個(gè)通信流量較小的鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。依此類推，數(shù)據(jù)包還町以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況，繼續(xù)路由到與之最近的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，直到到達(dá)最終目的地為止。這樣的訪問方式就是多跳訪問。其實(shí)我們熟知的Internet就是一個(gè)Mesh網(wǎng)絡(luò)的典型例子。當(dāng)我們發(fā)送一份Email吋，電+郵件并不是直接到達(dá)收件人的信箱中，而是通過路由器從一個(gè)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個(gè)服務(wù)器，經(jīng)過多次路巾轉(zhuǎn)發(fā)才到達(dá)用戶的信箱。在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，路由器一般會(huì)選擇效率最高的傳輸路徑，以便使電子郵件能盡快到達(dá)用戶的信箱。岡此，無線Mesh

4、網(wǎng)絡(luò)可看作“Internet的無線版”。2、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)編碼的文件共享模型在這里的文件共享模型中將發(fā)送機(jī)制分為盲轉(zhuǎn)發(fā)(BF)、帶網(wǎng)絡(luò)編碼的盲轉(zhuǎn)送(BF—NC)、選擇性轉(zhuǎn)發(fā)(SF)、帶M絡(luò)編碼的選擇性轉(zhuǎn)發(fā)(SF—NC)4種類型。其中前兩種機(jī)制是最大限度發(fā)送，不管網(wǎng)絡(luò)屮的節(jié)點(diǎn)對(duì)其要發(fā)送的數(shù)據(jù)是不是需要。盲轉(zhuǎn)發(fā)沒有采用網(wǎng)絡(luò)編碼，而帶網(wǎng)絡(luò)編碼的盲轉(zhuǎn)發(fā)是在節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)以后，產(chǎn)生要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊的線性組合。與肓轉(zhuǎn)發(fā)不同，選擇性轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制是在節(jié)點(diǎn)含有鄰近節(jié)點(diǎn)需要的數(shù)據(jù)塊情況下才轉(zhuǎn)發(fā)。(1)盲轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)節(jié)點(diǎn)

5、接收到一個(gè)新的數(shù)據(jù)塊，獲取媒質(zhì)接人機(jī)會(huì)后，盲目地向鄰近節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)塊，即使沒有一個(gè)鄰近節(jié)點(diǎn)對(duì)它擁有的數(shù)據(jù)塊感興趣。只要監(jiān)聽到信道空閑，就按接收的次序調(diào)度發(fā)送，先接收到的先發(fā)送。(2)帶網(wǎng)絡(luò)編碼的盲轉(zhuǎn)發(fā)與第一種很相似，仍然是基于盲目轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制，所不同的是節(jié)點(diǎn)向鄰近節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)塊的線性組合，即是網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)塊。(3)選擇性轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)周期性地查詢接收?qǐng)?bào)表，如果至少有一個(gè)鄰近節(jié)點(diǎn)對(duì)它所擁有的數(shù)據(jù)塊感興趣，那么轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)塊，而且優(yōu)先發(fā)送熵最大的數(shù)據(jù)乜。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維持一個(gè)接收?qǐng)?bào)表，該表提供每個(gè)鄰近節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)塊的

6、完全信息。通過與鄰接節(jié)點(diǎn)交換信息來建立、維持和更新這些報(bào)表。(4)帶網(wǎng)絡(luò)編碼的選擇性轉(zhuǎn)發(fā)與選擇性轉(zhuǎn)發(fā)一樣，節(jié)點(diǎn)選擇性地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)塊，所不同的是發(fā)送的是網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)塊。用實(shí)驗(yàn)仿真的結(jié)果進(jìn)行分析：假?zèng)]節(jié)點(diǎn)之問的發(fā)射功率是鬧定的，發(fā)射半徑〃網(wǎng)絡(luò)屮的所有節(jié)點(diǎn)分布在面積為S的區(qū)域里N>10S10S模型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目為N，N滿足不等式,本文的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)VR2。將文件分成大小相等的數(shù)據(jù)塊1€1={1°°’2()’6()}。假設(shè)同一個(gè)時(shí)間片里，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中信源的數(shù)量&=1，信源的位置為即信源的位置可以在而積為S

7、的區(qū)域里的任何位置，假定網(wǎng)絡(luò)巾的丟率為L(zhǎng)=0。為了更方便地研究上述方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的改善，采取C++編程進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)仿真運(yùn)行在理想的802.11MAC協(xié)議上，信道沒有任何損耗，網(wǎng)絡(luò)屮的節(jié)點(diǎn)公T地獲得媒介接入機(jī)會(huì)。閣1表示4種不同機(jī)制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。

8、Cl=100tR=4,L=C,10203040506070節(jié)點(diǎn)數(shù)252015圖14種機(jī)制、節(jié)點(diǎn)數(shù)與發(fā)送吋間的關(guān)系根據(jù)上圖可得出以下結(jié)論：(1)網(wǎng)絡(luò)編碼可以加速PJ容的分發(fā)，減少服務(wù)時(shí)間，節(jié)約無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬；(1)在節(jié)點(diǎn)數(shù)目中等或多的情況下，網(wǎng)絡(luò)編

9、碼更能體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。這是符合邏輯的，因?yàn)楫?dāng)網(wǎng)絡(luò)屮的節(jié)點(diǎn)數(shù)目增多時(shí)，節(jié)點(diǎn)可從更多的鄰近節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)塊和網(wǎng)絡(luò)中的信息將變得多樣化。因此，從每次傳送中獲取的增益將史大；(2)增加數(shù)據(jù)塊的數(shù)H將改進(jìn)系統(tǒng)性能。事實(shí)上，當(dāng)把文件分為多個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)只要下載完整數(shù)據(jù)塊就開始傳送數(shù)據(jù)塊，而不必等到下載完整文件。因此，數(shù)據(jù)塊越多，節(jié)點(diǎn)越快進(jìn)人分發(fā)過程，系統(tǒng)的性能越好；(3)節(jié)點(diǎn)問的合作策略影響網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能改善程度。從圖1中可以看岀，SE—NC,SF的合作策略比BF—NC、BF能更好地提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。相同