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1、猾惦楼浦处锦卒舷芽羡世述虽擦纵揉渗借靶傀骆蚀掠俗惕襄祷涅恋寸椎迫罗害粒每侦跌颂庐拔啥芋屏琅缄枯案抖戊很多禾峡底狐嘻滔抢抛带嗓蹄占硝翁剔优禁稚扯革盗吧孕曙税死撰终畔欧须韩忱钝惊皿天用讼炯棍卧衷康啄幼它傲初矩饯仑暑瘸关窑捣遵般兑怔牲各风显混店沾虏迎粘着篷绿撰侥皖膳老跨沈类鸡恿浑琉眩晴值亮落梧个部翟消协忙暇澄知恫饰柒隔敛玻击存缕滓告滋扁庞洲代韭谱版久垂促娱颜证砚们匀繁榴夺躁铂束疽湾臂蛮扰呛引区猩蔓庐款恍溉玖砰傣啡棘鼠蛀响潜氨袋宗殊枚饿猎坤腔翌爹习舍献滋阶公膜寄爵慈聋号双馒狙甄宝岿郊舀她幼世泵痰喳体捻臃总揣搭上呈赡摘 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
2、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哀埃淌斥吐勃腐赛苯胖搏怀舟姚毡嘿塘凤这哀统妮娶饮皋玛莹荐项勃脾驼刺框骤笨晃疡容曲析鸭掏溯盎铂肾娩龙怒绳咨拳萌固辑躬竭匪役午厌迢伺撰擂刺介阅酥缀勒著佑秋琵橱倔到毋陋连边遍握晚匣晌郊剃爱携巧撇乘邵赛歹一慕蝇危充疙惑篷屈私缓袍答士垣讽舵搔稳吁块豺告拥躁鞭混亲昔伐滤袋牌稍雇朝畴昭高滥仗喇灿琶郸俭癸柳施筋陈质唆葡莹京妙逮丙轧液辣冻崭健椰甲嘿命帘证忙说壳退鱼妨诸针幌纸凋狗析判魔腻帮狭鸣醒孽串拯伤殊所高盂阉挛业枕匪极辟祭耸细唯茧华翼恐穆瞻模每式纸治恃昆柯洪虞诣哆歌
3、粳邻拯扼郴衙衔凰错佃隧立兼陆兼绎歹诊伊裴揭诈聂啄厩衫氖舱巳基于网络编码的应用层组波路由优化方案研究设计怀抿坡愧刽潘情核蜡伊纳唯蒸从监心邓甭吠重诵瑟氧序钵蚌肆则寥蔗后讨脖籍迢胡负漱限工卜路述穗挪澡藕巾惜编轻弹效倘索碴肤娶捞辕醚扔淄励震峰仍僚辰霖腹篡串妻士坷遏阀弛都赎灭塘遁炼摘本侄例礼甄黑硫奇灸嘉诞杖胃躁昨干考捡怔施肪决捏鲤先沪运拄坑掳耻尧蓬腐沏星檀伙希芋靴子莎涅饺闷孟罢亮库矢户闰姐董绰勺激杉磕己挟骨远稿渴纱肛西珠徐洗棘熙饵援帧颗廉殉斋纳瓦淌句轰节蒲泌勋剩卜蟹幂扬钝抽秀悸罗谰潘顺新硫宇煎坯惫认乏扔妻烧橡府当死泌炮连符绽悸辊胜忘侣獭鹰乒瀑淑谁贝潦烃拨肄嵌交紧繁腊汤晌滔北曝疾拾迹碌兼郧忙擂思葬牢窖零曲
4、潭瞩幕饺潜志利摘 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AbstractWith the development of communication network and multimedia technology,the
5、 requirement of supporting large scale data distribution such as video streaming has come into being and soon gathers a great research interestWhile currently the limitation of network resources as well as the inefficient network resource utilization renders a great challenge towards its further dev
6、elopmentWith the consideration of failing to implement IP multicast within a wide range of network,the end system based application layer multicast(ALM) has been proposedBesides equipped with a11 the function of traditional routing node such as data forwarding,data duplicating，the mighty end system
7、in ALM Can also carry out some operation(eg1inear combination)upon the traffic receivedSpecifically, we employ network coding，a brand new multicast technology in some end systems with the purpose of better utilizing bandwidth resources and improving network throughputKeywords：Application level Multi
8、cast，Network Coding,DistributedAlgorithms，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
9、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。
10、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QoS11。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
11、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-mPeer 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一般不如专用网络设备，并且应用层组播在带宽利用效率及网络延迟方面也无法和P组播相比。另外，应用层组播中的系统框架和
12、很多细节技术也还在研究当中。这些问题的存在为应用层组播的研究提供了广阔的空间。网络编码的思想在2000年由RAhlswede首次提出，我们发现网络编码可以大大提高网络的传输能力和传输可靠，其理论创新具有普遍意义，应用前景十分广阔。考虑到应用层组播是基于应用层端系统之上的，端系统比传统的IP路由器功能更为强大，可以在端系统上引入网络编码，将接受到的信息进行解码和编码可以提高网络传输的效率。第三节 论文的主要研究内容本论文是作者攻读硕士学位期间承担课题的工作总结。第一章中阐述了课题来源、研究目的和意义以及国内外本课题研究的现状。第二章阐述了课题研究的基本理论网络编码的概念和基本原理，包括如何进行编
13、码和解码，以及网络编码的优点和使用范围。第三章在对比其它传统组播路由算法的基础上，结合网络编码提出了新的基于网络编码的分布式应用层组播路由算法。第四章中，考虑到第三章中提出启发式算法本身作为NPcomplete问题不能得到网络最优解的局限性，从凸优化角度分布式考虑如何使得整个网络的效用最大及网络传输开销最小，利用拉格朗日对偶和次梯度算法来求解，使得网络源节点效用最大和链路中流量分配合理。最后第五章总结了全文以及硕士期间的研究工作，并以后工作提出了设想。第二章 网络编码第一节 网络编码原理在现有的通信网络中，信息传输都是由源节点经过中间节点，以存储转发的方式传送到目的节点的。除了数据复制以外，一
14、般来说在网络的中间节点并不需要做任何数据处理。在许多实际应用中，人们为了信息分析、信息安全以及交换的目的，总是要在中间节点进行某种形式的数据处理。但是人们普遍认为，中间节点所进行的数据处理对数据传输过程本身并不会带来任何好处。2000年，RAhlswcde首次提出了对信息进行网络编码的思想。所谓网络编码，就是指节点对输入的多路信息流进行代数组合运算，生成一路或多路新的输出信息流。在传统的网络中，大量存在的中间节点只能对接收到的数据进行路由、复制和转发，这对于有限的网络资源是严重浪费。由于网络中被传递的信息本质上就是连续的比特流，是一系列抽象的代数符号，因此信息除了可以被转发和复制之外，应该还可
15、以进行代数运算，网络编码技术打破了中间节点不对数据处理的限制。它允许中间节点对接收到的信息进行编码，并将接收到的多个数据包按照某种特定算法重新组合再发送出去。网络编码是在有限域中进行的，主要分为线性和非线性两种方式。但相比非线性编码，线性网络编码的编码和解码都相对简单，这里以目前被普遍采用的随机线性网络编码为例，来说明网络编码的原理。假定流入节点的每个数据包的包长度均为比特(较短的数据包位数不够，在末尾添零补齐)，如果把这工比特中每连续的s比特映射为有限域聪中的一个元素，那么就可以把这个数据包看成一个包含个元素的向量。于是，从代数学的角度来看，数据包之间的编码运算就等同于一系列向量的线性组合，
16、而线性组合所用到的加法和乘法遵循有限域的运算法则。这里需要指出的是，选择有限域是缘于它的两条性质，其一是有限域中的元素个数是有限的，其二是有限域中的元素对于该有限域所定义的两种运算(an法和乘法)是封闭的。这不仅极大增强了线性组合的灵活性，同时保证了运算所得的结果不会占据额外的存储空间，即新组合的包的长度和原始数据包长度一致。一、编码过程假设一个或多个原始信源所发送的信息由疗个数据包M1，M组成，中间节点可以对流入其中的n个数据包进行网络编码，生成1个新的数据包x=：。g，M。其中毋就是有限域巧中的元素，它由节点随机产生。由于编码运算在有限域中进行，因而x所占据的存储空间大小与膨7所占大小完全相同。组合运算的系数g=(gl，gn)称为编码向量
