基于网络编码的应用层组波路由优化方案研究设计

基于网络编码的应用层组波路由优化方案研究设计

摘要

随着通信网络技术的发展和多媒体技术的广泛运用，网络资源紧张和分配不合理的问题越来越突出。在P组播无法被全网范围内部署利用的情况下，基于端系统的应用层组播应运而生。与传统路由节点只能对数据进行复制和转发不同，应用层组播中的端系统可以对接收到的数据进行运算操作(如线性运算)。利用网络编码，端系统对收到的数据进行组合编码，从而有效地利用网络带宽，增加网络容量。

关键词：应用层组播、网络编码、分布式算法、最大效用、凸优化

Abstract

With the development of communication network and multimedia technology,the requirement of supporting large scale data distribution such as video streaming has come into being and soon gathers a great research interest．While currently the limitation of network resources as well as the inefficient network resource utilization renders a great challenge towards its further development．With the consideration of failing to implement IP multicast within a wide range of network,the end system based application layer multicast(ALM) has been proposed．Besides equipped with a11 the function of traditional routing node such as data forwarding,data duplicating，the mighty end system in ALM Can also carry out some operation(e．g．1inear combination)upon the traffic received．Specifically, we employ network coding，a brand new multicast technology in some end systems with the purpose of better utilizing bandwidth resources and improving network throughput．

Keywords：Application level Multicast，Network Coding,Distributed Algorithms，Max utility,Convex optimize

目录

第一章绪论 1

第一节课题来源 (1)

第二节课题研究的目的和意义 (1)

第三节论文的主要研究内容 (2)

第二章网络编码 (3)

第一节网络编码原理 (3)

第二节网络编码的优点 (5)

第三节络编码的应用 (7)

第三章一种基于网络编码的应用层组播路由算法 (9)

第一节应用层组播 (9)

第二节基于网络编码的应用层组播路由算法 (11)

第三节实验仿真和结果分析 (17)

第四章应用层网络编码的网络传输最优化 (23)

第一节最优化技术：凸优化方法 (23)

第二节基于网络编码的应用层组播最优化 (24)

第三节基于网络编码的应用层组播净效用最优化 (24)

第四节仿真结果与分析 (28)

结论 (33)

致谢 (34)

参考文献 (35)

第一章绪论

第一节课题来源

本课题来源于国家高技术研究发展计划(863计划)(2006AA012322)：视频媒体基于信息可重用的分布式网络化编码及传输。

第二节课题研究的目的和意义

随着宽带多媒体网络的不断发展，各种宽带网络应用层出不穷，例如：数字电视、视频会议、数据和资料分发、网络音频应用、网络视频应用、多媒体远程教育等。这些宽带多媒体应用都对现有宽带多媒体网络的承载能力提出了挑战。采用单播技术构建的传统网络已经无法满足新兴宽带网络应用在带宽和网络服务质量方面的要求，随之而来的是网络延时增加、数据丢失等等问题。

于是，组播通信方式被提出，旨在改善现有网络中存在的一些网络资源紧张问题，提高网络的服务质量QoS[11。组播是现在网络研究中的一个重要课题。组播通信的基本出发点是：在同时存在多个接收者时，通过合并重复信息的传输来达到减少带宽浪费和降低服务器处理负担的目的。其发展之一的IP组播模型是对Internct基本的“单播、尽力发送’’模型的一个重要扩充，它把组播的主要功能都放在路由器上实现。而由于口组播在传输技术和管理上存在严重的问题，主要是口组播需要路由器维护组播通信的状态信息，增加了网络的复杂性并严重约束网络组播的扩展，其次网络的可靠性、拥塞控制、流量控制、安全性无法得到保障，另外由于P地址空间有限，无法满足众多应用的需求，因此目前IP组播没有在Internet中得到普遍采用[21。研究人员反思口层组播体系存在的问题后，在2000年提出了应用层组播。它的主要思想是：保持Intemet原有的模型，尽量不改变原来网络的体系结构，而主要通过增加端系统的功能来实现组播的功能。由于对网络本身的改变很少，应用层组播具有很好的灵活性。随着Peel'-m．Peer Network和OverlayNetwork等技术的提出和发展对应用层组播的研究也有很大的促进作用。但是，上海大学硕士学位论文端系统的稳定性