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解决无线网络MTB问题的网络编码技术综述

Bellita Coutinha1格兰莎·k·n2
  1. PG学者，CSE系，NMAMIT, Nitte, Udupi，卡纳塔克邦，印度
  2. 助理教授，CSE, NMAMIT, Nitte, Udupi，卡纳塔克邦，印度
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

无线通信的发展吸引了人们对无线网络的研究。无线网络有几种类型，如无线传感器网络、manet等，它们的重要性与日俱增。广播是这样一个网络的基本操作。传统的广播方式是泛洪，但泛洪会造成严重的信道浪费和数据包碰撞。为了克服这个问题，先进的技术是网络编码。网络编码提高了传输效率。网络编码不是单独发送数据包，而是在转发数据包之前将数据包组合在一起，从而减少了传输数量，称为最小传输广播(MTB)。本文主要研究解决无线网络MTB问题的网络编码技术。

关键字
广播;最小传输广播;网络编码;传输效率;无线网络。

介绍
无线网络由几个相互通信的主机组成，它们可以随意漫游。由于网络中的某些限制，一台主机可能无法以单跳方式直接与另一台主机通信。在这种情况下，发生多跳场景，即源发送的数据包在到达目的地之前由几个中间主机中继，而目的地的广播是必不可少的。广播是一个节点向网络中所有其他节点发送数据的过程。由于无线信道的共享特性，它在无线网络中起着非常重要的作用。在任何类型的无线网络中，这都是一种常见的操作。许多路由算法在路由发现过程中使用广播。它广泛应用于无线传感器网络、车载网络等各种协议的控制数据包的发送。广播技术可以分为各种各样的类别。
A. Naïve广播计划:
Naïve广播方案效率低下，是一种简单的泛洪，造成严重的信道浪费和严重的包碰撞。这将导致广播风暴问题[2]。在一对所有的场景中，这个广播风暴问题可以被忽略，但在多对所有的网络中，由于数据包碰撞和争用增加，所有节点都向网络中的所有其他节点发送数据包，在这种情况下，它会变得严重。
B.无网络编码的概率方法:
在概率方法中，数据包以给定的概率[3]转发。这里的挑战是找到合适的概率值。根据报文的概率值确定报文的优先级，并根据优先级发送报文。它仅针对一对所有场景开发。
C.无网络编码的确定性方法:
确定性方法利用连接的转发器支配集。在转发器列表中的节点只转发报文。挑战在于尽量减少转发器的数量。许多逼近算法[4]，[5]已经被提出。仅针对一对所有场景提出了这一建议。
D.网络编码技术:
网络编码[6]技术是一种值得信赖的技术，该技术通过对报文进行组合后转发，提高了报文的传输效率。各种研究表明，网络编码可以有效减少[6]，[7]，[8]，[9]，[10]的传输次数。网络编码技术面临的挑战是，在接收到数据包后，是立即转发数据包，还是等待额外的时间以获得编码机会。以图1为例，其中节点1和节点2为源节点。如果没有网络编码，传输的数量是4，即2+2。通过网络编码，传输的数量可以减少到3，其中节点3在转发前将两个数据包合并。

网络编码技术
A.部分显性剪枝:
部分优势剪枝(Partial Dominant Pruning, PDP)[11]，它基于转发器选择过程进行广播，但不针对编码机会。编码根本不是获得的。PDP基于PDP算法选择转发器列表。只有在转发器列表中的节点才能转发报文。设N(N(u))表示节点u的邻居集合，包括u。设N(N(u))表示节点u的两跳邻域。假设u向v发送一个广播包，通过选择v作为它的转发器节点，v然后选择一个转发器列表，该转发器列表包含将广播包重新广播到其2跳邻域N(N(v))内的所有节点的最小广播节点数。在N(N(v))中的节点中，N(u)中的节点已经接收到数据包，而N(v)中的节点将在v广播时接收到数据包。在N(u)和N(v)的节点中常见的节点的邻居，即N(N(u)∩N(v))也将接收数据包。因此v只需要从B(u,v)=N(v)-N(u)中的节点确定其转发器节点集G(u,v)，就可以覆盖u (u,v)=N(N(v))-N(u)-N(v)∩N(v))中的节点。采用贪婪集覆盖算法选择转发节点。
B.编码广播:
基于编码的广播(CODEB)通过PDP选择转发器，其中选择两跳的节点。它由基于xor的编码和Reed-Solomon编码两种算法组成。但是CODEB的编码增益受到限制，因为转发器选择过程中不会包含编码机会[12]。CODEB包含以下三种主要技术。
1.机会聆听:
CODEB在全向天线的非选择模式下运行。节点通过无线介质持续监听所有通信，而监听数据包将被存储一段有限的时间。节点还会定期向其所有单跳邻居广播它能听到的一组单跳邻居节点。使用这个，节点将构建一个两跳邻居图。通过这个图和报文p的上一跳k，节点j可以推断出k的邻居已经收到了p。在此基础上，每个节点创建一个邻居接收表。如果新的数据包找不到任何编码机会，则可以将数据包发送到接口队列或在编码层缓冲一小段时间。如果应用程序可以容忍延迟，缓冲可以增加编码机会。
2.转发器的选择和修剪:
这里选择邻居的子集作为转发器。PDP算法用于选择转发器，转发器集放在包头中，转发器列表中的节点只转发该包。通过机会侦听，可以识别出已接收数据包的节点列表。如果一个节点是转发器节点，并且它确定它的所有邻居都收到了数据包，那么就没有必要将数据包发送给这些邻居。
3.投机取巧的编码:
在机会编码中，每个节点检查其要转发的包集和通过机会侦听获得的当前邻居表。然后它决定是否可以通过发送编码数据包来利用编码机会。如果可以，它就会发送数据包。报文编码有两种算法:
1)一个简单的基于XOR的算法，该算法对缓冲区中的一些数据包进行XOR，以使最大数量的节点能够解码数据包。
2)以Reed-Solomon码为系数线性组合原生包的最优编码方案。
C.责任制:
基于责任的方案(RBS)[13]背后的主要思想是，如果一个节点不对任何邻居负责，那么它就会避免广播。如果一个节点NA收到了邻居NB的消息，或者如果有另一个邻居NC收到了消息，并且NB与NC的距离比与NA的距离更近，则节点NA不对邻居NB负责。假设NA存储了所有在延迟期间广播过消息的邻居的id。当节点NA执行RBS时，算法首先使用该信息来确定哪些邻居没有收到消息。但它是为一对所有广播而设计的。
d .优先级网络编码广播:
PNCB是一种基于优先级的网络编码广播协议，旨在提高编码机会，是针对多对多场景而提出的。然而，它只用于可靠的链路，其中数据接收是有保证的[14]。PNCB包括两个阶段:广播树构建阶段和基于优先级的编码感知转发阶段。
在第一阶段，所有源节点的广播树的构造方式试图最小化内部节点的数量并最大化编码机会。
在第二阶段，每个节点基于多种编码感知的转发规则，以网络编码的方式传播广播报文。此外，还采用了基于优先级的死锁预防机制，避免了少数拓扑可能发生的死锁。

结论
本文介绍了无线网络中用于解决MTB问题的各种网络编码技术。每种调查方法都非常有效。本文从各个方面阐述了每种方法的优缺点。测量方法的效率可以从传输次数和计算时间两方面来衡量。可以考虑每种方法的优点，进一步加强这些技术，以有效地减少传输数量。

数字一览
图1
图1

参考文献














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