● 摘要
在现有的通信网络中，路由机制假定网络中传输的信息是不能叠加的，只能进行存储和转发，不能达到“最大流最小割”定理所确定的最大理论传输容量，以至于网络吞吐量的提高是一个无法逾越的“传输瓶颈”，而受限于有限的带宽和信道干扰，无线网络的吞吐量提高更是一个难以解决的技术难题。2000年，Ahlswede等基于网络信息流的概念提出了网络编码的思想，指出网络的信息流可以被压缩，进一步优化网络的性能。无线链路的不可靠特性和物理层的广播特性，使得网络编码特别适用于无线传感网。针对网络编码优化无线传感网数据传输问题，本文完成了以下研究工作：首先，为了利用网络编码实现可靠的数据传输，本文提出了基于随机线性网络编码的可靠数据传输方法，在网络层设计了基于编码报文重传机制的优化策略，解决了数据传输冲突导致丢包的问题，保证了目的节点完全收到sink节点发送的数据包。同时采用NS2仿真实验平台对所提方案进行了仿真验证及性能分析，结果表明网络编码参数对网络性能的优化有明显影响。其次，针对确定网络编码参数并获得最优的网络编码系统问题，本文在已有的一跳传输模型研究基础上建立了无线多跳网络系统模型，根据理想队列、有限队列以及分布式网络中的节点同步传输条件，提出了无线多跳网络的三种数据传输方案，推导出了在对应的方案下网络性能与编码窗尺寸和目的节点个数之间的量化关系。所得结论有利于进一步的分析无线网络编码系统性能的界限，通过调整网络编码参数优化数据传输的性能。再次，针对实际无线传感网的节点随机分布、网络连通性等特点，本文首次将渗流理论与编码系统结合，将节点密度参数引入系统模型，提出了随机网络的规范化算法，将随机无线网络编码系统简化为无线多跳网络编码系统，并在此基础上，分析了节点随机分布的大规模无线传感网的网络性能与网络连通性、节点密度、节点传输半径等参数之间的量化关系。所得结论阐明了无线网络编码对于随机网络性能提升的有效性，有助于无线传感网系统的设计和性能评估。