移动IP中基于网络编码的单跳传输技术的研究与实现.doc

第8期陆一飞等：移动IP中基于网络编码的单跳传输技术的研究与实现87移动IP中基于网络编码的单跳传输技术的研究与实现陆一飞1, 2，陶军1, 2，沈呈1, 2（1. 东南大学 计算机科学与工程学院，江苏 南京 210096；2. 东南大学 计算机网络和信息集成教育部重点实验室，江苏 南京 210096）摘 要：在基站与移动节点的单跳传输中，引入了网络编码的传输思想。在此基础上，提出了编码组的概念，并描述了以编码组为控制单元的传输模型。在该模型基础上，引入了网络编码和嵌套网络编码2种编码组传输方式，并通过对2种编码组传输方式的分析，提出了编码组传输控制算法及其改进算法。最后通过仿真实验表明，与传统单播传输相比，编码组传输模型确实可以提高无线网络传输的正确率，降低无线网路的重传率，提高移动IP的整体性能。关键词：网络编码；编码组；无线传输；移动IP中图分类号：TP311.134.3 文献标识码：B 文章编号：1000-436X(2008)08-0077-10Research and implement on one-hop transmission technology in network coding based-mobile IP LU Yi-fei1,2，TAO Jun1, 2，SHEN Cheng1, 2(1. Department of Computer Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China;2. Key Laboratory of Computer Network and Information Integration of Ministry of Education, Southeast University, Nanjing 210096,China)Abstract: The concept of the network coding was introduced in the one-hop transmission between base station and the mobile nodes. Then the concept of the coding group was proposed, and transmission model was also described based on coding group. Furthermore, network coding and nest network coding transmission methods under this model were introduced, and then through the analysis of the methods, the coding group transmission control algorithm and the improved algorithms was proposed. At last, after the simulation, the coding group transmission can do improve the wireless transmission correct rate comparing to the traditional unicast transmission, at the same time it can decrease the retransmission which would lead to improvement of mobile IP performance.Key words: network coding; coding group; wireless transmission; mobile IP1 引言收稿日期：2007-04-24；修回日期：2008-07-20基金项目：国家自然科学基金重大研究计划项目(90604003)；国家自然科学基金资助项目(60603067)Foundation Items: The National Natural Science Foundation Major Project of China (90604003); The National Natural Science Foundation of China (60603067)在移动IP环境下，基站之间通过有线链路进行数据传输，基站与移动节点通过无线链路进行数据交互，而在无线传输中，无线链路的高误比特率（BER）、多个移动节点共享信道以及移动节点的移动性等因素造成无线链路传输的高出错率，影响了无线传输的性能。所以基站与节点之间的数据传输就成了移动IP端到端数据传输的性能瓶颈。基于以上因素，在文献13都依靠信道状态，提出数据包调度算法，避免了信道出错率突然增加之后，数据反复重传导致数据传输不公平现象。802.11标准4中也提出CSMA/CA协议来解决信道冲突和利用链路层重传机制提高传输正确率，但是单纯的链路层重传会导致无线有效带宽的下降。本文讨论了在移动 IP环境下，网络编码在基站与移动节点的单跳数据传输中的应用。数据传输出错时通过重传机制来保证传输的正确性，这严重影响了无线传输的性能。利用网络编码的思想，把不同目的地址的数据包编码成一个数据包进行广播传输，那么此次数据传输对目标节点都是有用的，因为其中也包括了其所需的数据，这样就使得基站的每次传输都是有意义的，当移动节点收到的数据包积累到一定程度，就可以解码出自己所需的信息。在该思想下，移动节点成功接收到数据的概率从某个固定时刻接收到数据转化成一个时间片内接收到一定数据的概率，本文通过实验分析指出，该传输模型确实可以在一定程度上提高数据成功传输的概率。本文的主要贡献为利用网络编码，将移动IP环境下单跳传输的单播传输变成“广播”传输，使用编码传输方式的特点提高网络的正确率和减少网络重传率。2 网络编码概念和基本思想网络编码首先是由Ahlswede等人在文献5中基于网络信息流的概念提出的，通过网络中间节点对数据包进行编码，获得网络组播速率的最大值。随后，Li在文献6中进一步指出，绝大多数网络组播问题，使用线性编码就能够达到理论上限，T.Ho在文献7中提出了崭新的随机编码概念，与线性编码结合在一起，形成了分布式的、简单高效的网络编码体系。通过对网络编码的深入研究，发现网络编码不仅适用于网络组播，而且在文献811中也指出其在无线传输中的广阔应用。Zhang等在文献12中，提出了一种新的无线传输框架，即物理层放弃传统的调制解调方案，将混合接收信号进行解调。Wu在文献13中提出了在无线传输中利用物理层广播机制进行信息的交换。Sagduyu 在文献14中着重论述了网络编码在无线队列网络中的应用。Katti在文献15中，提出了基于侦听的具有编码优先级的网络编码机制COPE。随后Katti在文献16中又基于COPE思想，把网络编码应用到无线单播传输中，并且在实际的无线mesh网络中验证了网络编码能够提高网络的吞吐量。但是文献16更多的是把网络编码应用在无线多跳路由上，当数据到达目的基站后，怎么才能把数据传输给移动节点，该文中没有指出。Nguyen在文献17中讨论了把网络编码应用到无线单跳广播模型中，分析了此时网络的吞吐率和有效带宽，指出了使用网络编码能够极大地提高网络的有效带宽。网络编码的基本思想主要在数据传输过程中，通过中间节点把不同目标节点的多个数据包编码成一个数据包，通过一次传输发送该数据，其本质就是一个数据包携带多个数据信息。图1中A、B想通过中间路由器S交换信息a和b，在传统方法下，该过程需要4个步骤，在网络编码的情况下，只需要3步就完成了交换，也就是说，在网络编码的方式下，网络的吞吐量提高了25%。Li在文献6中指出，对绝大多数网络组播问题，使用线形编码能够达到理论上限。图1 2种数据交换方法下传输次数比较以上编码方式都是针对特殊的网络结构使用异或操作来对信息进行编码，但是还有其他的编码形式。Koetter在文献18中提出了代数编码的概念，把n个数据包通过向量运算的方式编码出新的数据包，其数学表达式如下:，其中，为n个数据包，为随机编码系数。那接收节点只要收到大于等于n个不同的编码数据包就可以解码出，当然由矩阵运算规则可知，这n组编码数据包的系数应该线形无关。3 基于编码组的传输模型基于上述网络编码概念，本文针对移动IP下基站与移动节点的单跳情景，提出了编码组传输的模型(TCG, transmission model based on coding group)，并分析了该模型下不同的数据传输方式，以及它们的传输正确率和重传率。3.1 编码组传输模型(TCG)经典排队论模型是把数据队列中的数据按照FIFO发送给接收节点。本文将网络编码应用在基站S的下行链路，即对发送给移动节点的数据进行编码。但在编码组传输模型下，这些数据可以使用随机线性编码生成m个编码数据，如图2所示（图中的a表示编码参数），随后把这m个编码数据广播给目标接收节点，目标移动节点侦听并存储编码组传输中的所有数据，当目标节点接收到充足的编码数据后，通过如图3所示的解码过程，分别得到各自所需的数据。我们称之为编码组传输模型（TCG）。该模型下的编码组中每个元素都是N个数据包的编码融合，我们需要对整个编码组进行有效的传输控制，使得移动节点能够从接收到的编码组数据中解码出所需的数据，该传输过程称为编码组传输控制过程。图2 编码过程图3 编码过程在每次的编码组传输中，我们从原来的X1, X2, Xn, m个数据包，分别以单播方式传输给m个移动节点，变换成m个编码数据包多播给接收节点，移动节点接收到足够的数据包后，通过如图3所示的解码过程，得到自己所需的数据。为此，移动节点要能够从它收到的数据包中解码出所需数据，首先我们需要保证接收节点能够收到足够多的数据，其次这些数据的编码系数应该线形无关。所以，现在的问题就转化为怎么把这m个编码数据包传输给接收者并且这些编码系数不相关。图4为编码组传输模型图，并做如下定义：图4 编码组传输模型定义1 该系统只有一个源节点S，有个接收节点，L为源节点缓冲队列长度，在本文中，我们令，并且S负载较重，缓冲队列不空，到达数据包的速率为，发送速率为，每个接收节点的接收数据速率是相等的。定义2 S把时间被划分为小的均匀时间片，在一个时间片内，只可以发送一个数据包。定义3 S能够知道数据包是否被正确的传输给移动节点。该假设在无线局域网的802.11协议中，使用MAC层的ACK和timeout得知。定义4 每次传输相对于每个接收者失败的概率分别为。该概率与移动节点到源节点的距离、信道噪声以及传输冲突有关，并且本文假定是独立不相关的。3.2 TCG模型下的编码规则在具体使用网络编码时，需要遵守编码的基本原则。Katti在文献8中指出，网络编码只针对发往不同目的地的数据包进行编码，因为对发往相同目的地的数据进行编码，是没有任何意义的，所以本文所指的不同数据包都是指目的地不同的数据包；同时，缓冲队列中的第一个数据包必须被传输。如果由于编码的引入，使得缓冲队列的第一个数据包没有被发送出去，会使得该数据包长久存储在缓冲队列中，增加了该系统的整体延迟。在编码组的数据传输中，Katti在文献14中指出，在多源环境下，使用纯广播形式并不能提高网络的吞吐量。主要原因是无线802.11链路层协议中，对单播和广播使用2种不同的协议，单播方式下，有链路层的确认信息，而在广播方式下没有。所以，文献14中采用了一种伪广播的传输形式。伪广播是指在数据包头部捎带插入其他移动节点的地址，以无线单播的方式传输，目的移动节点返回ACK确认报文，而捎带目的地址的移动节点只接收数据，不做任何响应。在该方式下，就把无线单播传输扩展到了广播形式，但同时却拥有单播的ACK确认，文献14通过实际环境测得，伪广播能够很好的提高无线网络的吞吐量。但是在本文的特殊环境下，只有一个基站对数据进行编码，多源广播传输冲突的情况是不存在的，所以本文并不把传输形式限制为广播或是伪广播。3.3 编码组传输方式及其分析在讨论编码组传输策略之前，我们有必要对影响无线网络性能的一些因素进行定义分析。在无线传输中，链路出错概率较大，有时正确传输一个数据包需要重传多次，而数据包的重传必然会影响整个网络的性能，如信道利用率和吞吐率下降，整个网络延迟的增加。所以，我们把成功传输数据包的次数与数据包的数量的比值称为整个网络的重传率（Re, retransmission rate），其定义如下定义5 。其中Re表示重传率，N为需要传输的数据包数，Tr表示传输N个数据包总的传输次数函数，它与需要传输的数据包数N，每个移动节点成功接收概率有关。在广播方式下，在理论上我们可以分析它的重传率，但是在实际测试中，由于广播方式没有重传机制，我们并不能知道其重传次数，所以本文专门针对编码组的传输方式，又提出了平均传输正确率（Cr）的概念，即在编码组传输下，正确解码出数据的概率。对于单播方式，我们定义它的正确率为N次单播传输的平均成功率。定义6 ，其中Pi为在编码组策略下节点i正确解码出数据的概率，N为编码组数。基于上述TCG模型，本文提出了下面的3种传输策略，其中方式1为传统的单播方式。根据上面的定义，我们不妨假设编码组数为m，而且3种传输方式下的重传率分别为Re1，Re2，Re3，正确率分别为Cr1，Cr2，Cr3。方式1 单播方式（unicast）在该策略下，使用传统的无线单播形式，把每个数据包发送给对应的接收者。S在每个时间片发送一个数据包，如果接收节点正确收到数据包，那么返回ACK确认报文，S发送下一个数据包；如果没有收到数据包，S重新发送该数据包，直到节点正确接收，S才会发送下一个数据包。从上面的策略可以看出，如果无线传输出错概率较大的话，那么S需要发送多次才能把数据包正确地传输给移动节点，而这多次重传对其他节点而言，是没有任何实际有用信息的。所以在该方式下，传输数据的吞吐率和传输带宽是不高的。命题1 在单播方式下，该系统的重传率的平均值为：，正确率的平均值为：。证明 由于在单播情况下，把m个数据包相应发送给m个接收者。很容易知道，如把发送给相应的，需要传输数据的次数为。所以对于分别的m个数据包，其整个的发送次数为,重传率均值为。由定义4和定义6可知，正确率的平均值为，所以命题1成立。方式2 网络编码方式（NC, network coding method）在单播方式下，当数据传输出错，那出错的那次数据传输就没有任何意义，而在网络编码方式下，可以对S中缓冲队列的m个不同的数据包使用m次线形网络编码，生成个不同的数据包，S使用广播的形式把这m个数据包传输给m个不同的移动节点，那么在该方式下，S每次传输的数据对该m个移动节点都是有意义的。在这种方式下，该m个移动节点需要全部接收这m个数据包，才能把自己所需的数据包解码出来。从概率角度来看，这m个移动节点接收到m个数据包的概率要小于单播方式。在该方式下，可以使用广播传输也可以使用伪广播传输。命题2 在网络编码方式下，该系统的重传率为：，其中。正确率为：。证明 重传率的证明详见文献19。在方式二下，移动接收节点i正确接收到m个编码数据包的概率为，则m个移动节点正确解码出数据的平均概率为。方式3 嵌套网络编码方式（NNC, nested network coding method）该方式与方式二有一定的相似处，但是在方式二中，S把个数据包传输给移动节点时，使用广播形式。在方式三下，对于这m个数据包的传输，也使用网络编码的方式传输。如图5两个接收者的情况，经过多次传输之后，R1只有C2数据包，R2只有C1数据包，那么S只要发送一次C1C2，当R1接收到该数据后，就可以使用C2(C1C2)得到C1，同理，R1也可以类似地获得所需的数据。在该方式下，传输数据的效率提高了，但是我们对数据进行了两次编码，编码的复杂性也提高了，同时在该方式下，S需要及时获得移动节点已有数据包的信息，才能做出重传数据的编码决策，此时使用广播的形式就不太适合了，因为广播形式不需要链路层的ACK回复，所以不能及时获得移动节点拥有的数据包信息，所以在该方式下，本文采用伪广播的形式进行传输。R1NULLC2R2C1NULL图5 嵌套网络编码命题3 在嵌套网络编码方式下，该系统的重传率为，其中，其中 ，并且。而平均正确率。证明 重传率证明详见文献19。由于方式3使用伪广播的传输方式，所以每个移动节点肯定有一次是能够接收到组编码数据包，所以其节点i正确接收m个组编码数据的概率为，m个移动节点能够正确接收到数据的平均概率为，所以结论成立。某一时刻，每个移动节点由于所处的位置与信道噪音的不同，其相应接收数据包的失败概率也是不同的，但是由于移动节点在源S的传输范围内移动，所以，可以假定在一个相当长的时间段内，它们接收数据失败的概率是一样的，不妨设为p，即，则可以得到如下的推论。推论1 在方式一下，系统的重传率的平均值为，正确率的平均值为。推论2 在方式二下，系统的重传率的平均值为，正确率的平均值为。推论3 在方式三下，系统的重传率的平均值为Re3=1+pRe2，正确率的平均值为。4 编码组传输控制算法基于TCG传输模型，我们提出了编码组传输控制算法(TCCG, transmission control algorithm based on coding group)以及其改进算法TCCG-ext和TCCG-Rext。4.1 编码组传输控制算法(TCCG)描述TCCG算法包括发送端和接收端两部分，发送端算法具体描述如下：TCCG发送端算法While buffer is not empty/select m different packet from buffepacketsgetPacket(m, buffer); groupIDgetGroupID(); while couter = = m or group_Timeout/generate the coding coefficientscoeffsgenerateCoeffs(); coPacketEncode1(packet, coeffs); send(coPacket, coeffs);if receive TOP_NACK /retransmission resend(coPacket, coeffs); if receive TOP_ACK/ACK from TCP or up layer couter +; if couter = = m break;Step 1 源S从队列中选出m个数据包，使用随机线形编码，把编码成m个不同的数据包。Step 2 S获得编码组序列号，并启动组计时器，使用广播的形式，通过m个时间片，分别把发送出去。Step 3 当S收到移动节点链路层上（如传输层或应用层）的NACK报文后，对NACK报文所附带消息进行解析后，重传所需信息。Step 4 如果S收到所有接收者的链路层以上ACK消息或者组计时器超时，则重新回到Step 1继续下面的步骤。在TCCG算法下，适合于编码组传输方式2和方式3，所以可得TCCG-NC和TCCG-NNC两种不同的变体算法。移动节点接收数据的算法流程如图6所示，与传统单播方式下移动节点接收数据的主要区别在于TCCG下，移动节点需要对每个数据包进行分析，判断数据包是否是编码之后的数据，还要判断自己是否应该接收数据包。图6 移动节点算法流程4.2 对TCCG算法的进一步分析通过对TCCG算法进行分析易知，移动节点必须要接收到所有的m个数据包才可以解码出所需的数据，这在一定程度上降低了移动节点解码的正确率。这时，移动节点的重传率为，正确率从单播的(1p)降为。但是从无线传输协议802.11b分析可知，在单播方式下，链路层每发送一个数据帧，需要等待移动节点的ACK确认报文或者等待超时，以此来决定是否重传。但是在广播方式下，就不需要等待移动节点的ACK。所以在相同的时间周期内，使用广播方式传输数据的次数可以比单播方式的次数多。因此我们可以在不增加网络延迟的基础上，增加数据发送的次数，如可以把传输次数从原来的m次增加到M次。即使采用伪单播的传输方式，为了提高传输的正确率，也可以采用以一定的延迟来换取传输的正确率，因为一旦移动节点不能正确接收到数据包，需要通信对端重传数据，这增加了网络的延迟。同时，我们注意到在TCCG算法的编码方式下，当数据包被正确接收之后，在以后的编码过程中还继续对该数据包进行编码，那编码后数据包所含信息量的有效信就会降低。在组编码传输过程中对编码进行动态调整也是需要考虑的。TCCG算法在数据出错时，采用数据重传的机制，而此时的重传只是对数据包简单重复传输，但是对已经接收到该数据包的移动节点而言，该数据是多余的，如何在重传机制中提高数据重传的有效性，也值得我们讨论。综上所述，TCCG算法可以在如下3个方面进行改进：1) 在不增加网络延迟的情况下，增加组编码传输次数，提高传输的正确率。或者，也可采用以一定的网络延迟来换取组编码传输次数的策略。2) 采用特殊的编码方式来提高传输效率。3) 增加重传机制的有效性。4.3 算法改进在4.2节对TCCG算法的分析得知，可以从3方面进行改进，但是由于其中第三点需要利用重传机制进行动态调整编码，而在无线广播传输下，移动节点链路层没有重传，而只有在传输层才会有重传，这对重传机制的实现是很不利的，所以重传机制的实现需要建立在伪广播传输方式下。为此，把TCCG算法的改进为如下2个算法：基于广播的TCCG-ext算法和基于伪广播的TCCG-Rext算法。4.3.1 基于广播传输的改进该改进算法主要针对4.2节中的前两点。在此对TCCG算法的发送端进行扩展，把组编码传输次数从m增加到M，采用如图7所示的上三角编码方式替代原来的随机编码方式。在该编码方式下，接收端不需要接收全部的m个数据包，而只需接收到相应2个特殊的数据包即可编码出所需的数据。例如R1只要接收到， 2个数据包，就可以使用-得到。我们把扩展之后的算法称之为TCCG-ext，而在该算法下，适合于编码组传输方式二和方式三，所以可得TCCG-ext-NC和TCCG-ext-NNC 2种不同的变体算法。图7 上三角编码TCCG-ext-NC与TCCG-ext-NNC算法都是上述算法的变体，而TCCG-ext-NC算法具体描述如下。TCCG-ext-NNC算法与TCCG-ext-NC算法类似，其不同之处在于TCCG-ext-NC方式下接收到反馈信息为传输层的，而在TCCG-ext-NNC方式下收到的反馈为链路层和传输层的。TCCG-ext-NC发送端算法描述：While buffer is not empty /select m different packet from bufferpackets getPacket(m, buffer); groupID getGroupID(); while couter = M or group_Timeout /generate the coding coefficientscoeffs generateCoeffs(); coPacket Encode2(packet, coeffs); send(coPacket, coeffs);if receive NACK analyze the NACKresend(coPacket, coeffs); /retransmission/ACK from TCP or up layer if receive TOP_ACK couter +; if couter =m break;在TCCG-ext算法下，接收端算法相对于TCCG的改变在于解码部分的算法不同，这里不再详细叙述。在TCCG-ext算法下，我们可以得到如下结论。命题5 当传输次数从m增加到M后，在TCCG-ext-NC下的数据传输正确率为。TCCG-ext-NNC下的数据传输正确率为。证明 在TCCG-ext-NC下易知，在M次数据传输中，移动节点能够正确解码数据的概率应该为正确接收m、m+1、M次编码组的概率之和，而正确接收i次编码组的概率为，所以移动节点正确解码的概率为，结论成立。同理在TCCG-ext-NNC下，结论同样成立。命题6 在图7上三角编码方式下，在TCCG-ext-NC下的数据传输正确率为。在TCCG-ext-NNC下的数据传输正确率为。证明 在TCCG-ext-NC方式下，基于该特殊的编码方式，接收端同时正确接收到数据和的概率为P()。而由于定义4可知，P()=P()P()= 。TCCG-ext-NNC下，移动节点一定能够正确接收到编码组中的一次数据，所以其正确率为。命题7 在传输次数从m增加到M后并且在图7的上三角编码方式下，TCCG-ext-NC下的传输正确率为，其中当时；当时， ；当时，。TCCG-ext-NNC下传输的正确率为，其中当时，当时，。证明 TCCG -ext-NC下，每个移动节点能够正确接收到数据的可能性有下面3种情况，a)移动节点刚好接收到那两次特殊的编码组中数据，其正确的概率为；b)移动节点只接收到一次特殊的组编码，而在余下的M2次编码组中至少接收到m1次，其正确率应该为 ，此时；c)移动节点没有接收到两次特殊的组编码，在余下的M2次组编码中接收到m个数据，其概率应该为，。综上3种情况可以得到结论。同理，在TCCG-ext-NNC下有如下2种情况：a)接收到2次特殊的组编码数，其正确率为。b)在余下的M2次传输中正确接收m1次传输，其正确率为，综合以上2点可得结论。4.3.2 基于伪广播的改进在该改进方式下，我们可以在TCCG算法基础上进行3方面的改进，首先可以类似TCCG-ext算法把组编码传输次数从m增加到M，采用如图7所示的编码方式，当使用伪广播传输出错时，不再简单重传，而是使用新的编码数据进行重传，如S在发送数据包出错时，在重传时可以采用（a为不等于1的整数）编码之后的新的数据包进行传输，此时该新数据包对其他移动节点也是有用的，所以在传输方式下，有可能不需要传输M次，移动节点就可以解码出所需数据。我们把该算法称为TCCG-Rext。在该算法条件下，由于使用的是伪广播方式而且需要对重传机制进行改进，这与NNC传输方式冲突，所以在该算法下，我们只有TCCG-Rext-NC这一种组合。TCCG-Rext发送端算法如下：While buffer is not empty/select m different packet from buffer packets = getPacket(m, buffer); groupID = getGroupID();while couter = m or group_Timeoutcoeffs = generateCoeffs(); /generate the coding coefficients coPacket = Encode2(packet, coeffs); send(coPacket, coeffs);if receive NACK or MAC_Timeout coeffs = generateCoeffs(); coPacket = Encode3(packet, coeffs); send(coPacket, coeffs);在该算法下，接收端算法相对于TCCG主要改变在于解码部分的算法不同，这里不再详细描述。5 模拟仿真和性能分析本节针对上面提出的3种编码组传输方式，并且结合3种编码组传输控制算法进行仿真测试。测试主要包括以下内容：1) 在网络编码方式下，对TCCG、TCCG-ext和TCCG-Rext 3种算法的比较。2) 在基于单播方式下（在此，我们把伪广播看成是单播方式的扩展），TCCG-Rext-NC、TCCG-normal-NNC、TCCG- ext-NNC和Unicast之间重传率的比较。3) 在不同的出错概率情景下，对NC传输方式和NNC传输方式的影响。实验1 TCCG、TCCG-ext和TCCG-Rext 3种传输控制算法的比较我们使用NC传输方式进行实验，并假定，。图8为在相同的传输次数下，3种算法所得到的正确率比较图。从图中我们能够很明显看出，TCCG的正确率要远差于TCCG-ext和TCCG-Rext，而且TCCG在编码组数N变大时迅速下降，由前面的分析可知其以指数级下降。在TCCG-ext和TCCG-Rext这2种方式下，它们正确率相差不大，TCCG-Rext只比TCCG-ext正确率的高0.1。而且它们的正确率基本不随编码组数N的变化而变化，我们从命题7中可以看出，当N增加时，影响正确率的主要因子是这项，所以它们的正确率基本不变。图8 3种算法的正确率比较图9表示在正确传输一定数量的数据包情况下，得到3种算法的重传率比较。TCCG的重传率随着N的变大而变大，其原因从推论2中分析可得，且增加速率也是以指数方式增加。另外，TCCG-ext和TCCG-Rext这2种方式的重传率基本稳定（但是在小范围内可以看出其变化规律，在实验二中将会看出其变化规律），且TCCG-ext的重传率要小于TCCG-Rext，其主要原因就在于TCCG-Rext使用伪广播方式而TCCG-ext用广播方式。但是在实验中我们也发现，在TCCG-Rext方式下，其传输次数要小于TCCG-ext，这主要是由于动态编码的重传机制大大减少了传输次数。图9 TCCG、TCCG-ext和TCCG-Rext 3种算法重传率比较从图8和图9中可以看出，TCCG、TCCG-ext和TCCG-Rext 3种传输控制算法与单播方式相比，TCCG算法的重传率要劣于单播方式下的重传率（理想情况下，由推论1可知，单播的重传率为10/9），而TCCG-Rext与单播相比，两者都基于单播传输方式，图8表明TCCG-Rext的正确率几乎为1，而此时根据图9的曲线可以看出TCCG-Rext的重传率要略小于单播，而且TCCG-Rext的传输次数要小于单播传输，延迟要小。TCCG-ext与单播传输方式相比，传输次数相同的条件下，TCCG-ext传输控制算法的正确率要高于单播正确率10左右（理想情况下，从推论1可知单播的正确率为1p=0.9）。实验2 TCCG-Rext-NC、TCCG-NNC、TCCG-ext-NNC和Unicast之间重传率的比较。在该实验中，这几种传输控制算法都是基于单播（或是伪广播）重传机制的，所以，我们可以得到这些算法间重传率的比较。图10为有关重传率实验结果，其中随着编码组数的增加，TCCG-Rext-NC算法的重传率增加，其原因主要是由于编码组数的增加使得移动节点解码概率下降，但是从图9中，我们可以发现其变化的范围并不大，只在10-2数量级别上变化。相反图10 重传率比较TCCG-NNC和TCCG-ext-NNC算法在编码组数增加的情况下呈下降趋势，主要是由于在编码组数增加情况下，嵌套网络编码重传机制使得重传次数大大减少。而且从图中也可以看出这3种算法都要比单播方式下的重传率低。实验3 在不同的出错概率情景下，NC传输方式和NNC传输方式的影响。图11为在出错概率增加情况下TCCG-NC和TCCG-ext-NC这2种基于广播机制的算法的正确率比较，很明显其正确率是递减的，而且TCCG-ext-NC的正确率仍要好于单播方式，其正确率大概增加了10。图11 不同出错概率下的正确率比较图12为在出错概率增加情况下，TCCG-Rext-NC、TCCG-NNC 和TCCG-ext-NNC 3种算法的重传率比较。从图中可以看出，这3种算法的重传率是递增的，不过都比单播方式的重传率要低。图12 不同出错概率下的重传率比较综上测试可知，TCCG-ext-NC ，TCCG-Rext-NC和TCCG-ext-NNC都是比较好的传输控制策略。6 结束语本文把网络编码的思想应用到移动IP环境下的基站与移动节点的单跳数据传输中，把无线单播传输变成广播或伪广播的传输，并提出了编码组传输模型，分析了该模型下几种不同的编码组传输方式和其各自的重传率以及正确率，最后本文基于以上模型又提出编码组传输控制算法及其改进算法。通过仿真实验，得出基于编码组的传输控制算法可以降低数据传输的重传率，提高的无线单跳传输的正确率，进而无线单跳传输的整体性能。从测试结果可以看出，TCCG-ext-NC ，TCCG -Rext-NC和TCCG-ext-NNC都是比较理想的传输控制策略，但是在TCCG-ext-NNC方式下，基站需要及时获知移动节点所接收到的数据信息，然后做出重传判断，系统开销较大。TCCG-Rext-NC需要对每一次的重传都进行重新编码，其开销也是需要考虑的，而TCCG-ext-NC虽然没有上面两者那样的复杂度，但是由于其使用广播传输机制，不能动态的调整其传输速率，容易造成网络的拥塞。基于以上原因，我们在实际使用时还需要对这几种控制算法进行权衡，选择最优算法。参考文献：1BHAGWAT P, BHATTACHARYA P, KRISHNA A, et al. 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