无线网络中基于网络编码的多中继协作切换机制的研究

【摘要】无线网络在近十年里获得了迅猛的发展。为了保证移动终端在多个无线网络之间进行及时、有效的平滑切换，接入到无线网络中的移动终端必须要适应各种不同的无线网络协议。传统多跳切换的缺陷在于，一旦移动终端发起到目的网络的切换连接，那么多跳连接会将对应的切换连接到新的网络接入点中。终端移动过于频繁，会直接导致其到目的网络切换连接的频繁建立，这样不仅使维护切换连接的开销随之增大，而且降低了切换的可靠性。针对无线网络中多跳切换所遇到的难题，一种被称为多中继协作切换机制的协作通信技术被提出，移动终端通过多个中继节点协作，建立到多个目的网络接入点的切换连接，较大地提高了切换可靠性。网络编码由于能够提高系统吞吐量、均衡网络负载而逐渐地被应用到无线通信系统中。所以将网络编码技术与多中继协作通信技术相结合已成为当前研究的热点。无线网络是个资源有限的网络，如何利用有限资源来进一步提高系统性能是需要考虑的问题。为了节省无线网络资源，减小系统开销，本文主要针对基于网络编码的多中继协作切换系统进行了研究，主要内容及创新点如下：首先，介绍了无线网络中三种比较典型的切换控制机制：垂直切换机制、基于网络层次化的切换机制、基于网络编码的多中继协作切换机制，并对它们进行分析。接着对三种切换机制在切换时延、切换阻塞率等方面进行比较。然后，研究了网络编码的原理，简要地介绍了物理层网络编码，并对基于网络编码的多中继协作切换模型进行了分析,指出其不足之处。然后针对其中的一些不足，本文提出了一种新的切换机制：基于反馈式网络编码的多中继协作切换机制。介绍了该切换机制的提出背景，分析了该切换机制的原理。接着分别从系统中断概率和功率消耗两个方面对该切换机制进行性能分析与仿真，并和传统的基于网络编码的多中继协作切换机制和Takeover切换机制进行比较。比较结果表明，新的切换机制在不影响系统性能的情况下，在系统开销和资源利用率方面要优于另外两者。最后，针对无线网络中节点移动性场景，在对基于反馈式网络编码的多中继协作切换机制分析的基础上，本文提出了基于势能场的关键中继节点探测算法。然后介绍了算法提出背景，分析算法原理，给出算法流程和算法伪代码，并对该算法进行性能分析。通过节点个数、节点速度和节点密度分别对该算法的探测准确率和探测时间开销进行仿真，并对本文提出的算法和传统节点探测算法进行仿真结果比较。比较结果表明，本文算法在整体性能上要优于传统节点探测算法。
【作者】董宝军；
【导师】孙文胜；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】无线网络；中继协作；网络编码；反馈式；中断概率；关键中继节点；

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