کدینگ شبکه برای مسیریابی تک پخشی در شبکه های بی سیم چند کاناله-چندواسطه

شبکه های بی سیم امکانات مهمی نظیر تحرک، اتصال به اینترنت و حسگرهای توزیع شده را فراهم می کنند. با اینحال این شبکه ها به لحاظ محدودیت در ظرفیت و تحرک گره ها با مشکلات عملی جدی مواجه هستند. محدودیت نرخ گذردهی ناشی از طبیعت همه-پخشی لایه ی فیزیکی(رسانه بی سیم) است که باعث افزایش تداخل فرکانسی بین گره های مجاور شده و در نتیجه موجب نرخ گذردهی کمتر در مقایسه با شبکه های سیمی می شود. دو رویکرد متفاوت برای بهبود ظرفیت در این شبکه ها، کدینگ شبکه و استفاده همزمان از کانالهای فرکانسی متعامد هستند. در این رساله استفاده توامان ازکدینگ شبکه و کانالهای فرکانسی متعامد در شبکه های بی سیم چندکاناله-چندواسطه مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف، بهینه سازی همزمان تخصیص کانال، مسیریابی تک پخشی و کدینگ شبکه است. در این راستا ابتدا یک الگوریتم جدید به نام کدینگ ستاره برای چندین نشست تک پخشی همزمان مبتنی بر شنود فرصت طلبانه معرفی می شود. در ادامه تحلیل جامعی از این ساختار نظیر کران های بالایی و پایینی بهره ی کدینگ صورت گرفته است. در ادامه تأثیر کدینگ ارائه شده بر بهبود نرخ گذردهی در یک شبکه کلی در قالب یک چارچوب بهینه سازی خطی محاسبه شده است. چارچوب بهینه سازی به گونه-ای است که گزینه های متنوعی نظیر توپولوژی شبکه، مدل ترافیکی، راهبردهای مسیریابی و روشهای کدینگ را در مدلسازی سیستم مورد توجه قرار می دهد. کدینگ پیشنهادی از لحاظ بهبود نرخ گذردهی با کدینگcope مقایسه شده است. در ادامه امکان ترکیب روش پیشنهادی با سایر روشهای کدینگ به منظور رسیدن به کدینگ جامع تری مورد مطالعه قرار گرفته است. در ادامه بهینه سازی مسیریابی و کدینگ ستاره به شبکه چندکاناله-چندواسطه تعمیم داده شده است تا بهبود نرخ گذردهی با به کارگیری کدینگ شبکه برای یک توپولوژی خاص (انتساب انجام شده کانال) قابل محاسبه باشد. این کار امکان دستیابی به یک الگوریتم تخصیص کانال با ویژگیهای کدینگ آگاه و تداخل آگاه را هموار می کند. الگوریتم تخصیص کانال پیشنهادی به صورت یک حلقه ی کنترلی بسته با مقداردهی اولیه ی تصادفی عمل می کند. به هنگام سازی کانال فرکانسی لینک ها بر اساس جریانهای عبوری از لینکها انجام می شود که با حل سیستم بهینه سازی خطی به دست می آید. در ادامه کارآیی کدینگ در شبکه های بی سیم خطادار تحلیل شده است. در این راستا، تأثیر خطا در دریافتهای تک پخشی، همه پخشی و شنود به طور مشخص بر نرخ گذردهی و میزان گم شدن بسته ها مطالعه شده است. در ادامه چارچوب بهینه سازی به گونه ای تعمیم داده شده است که حالت ارسالهای نامطمئن را نیز پوشش دهد. در قسمت پایانی به عنوان یک قدم عملیاتی، پروتکلی برای کدینگ شبکه با نام incp پیشنهاد شده است. این پروتکل بر اساس رویکرد لایه ای طراحی و در بستر ns-3 برای شبکه های بی سیم پیاده سازی شده است. پروتکل incp به عنوان یک لایه ی مستقل در بالای لایه ی mac عمل می کند و ارتباط گسترده ای با لایه ی ip دارد. این پروتکل از فرصتهای کدینگی که در نتیجه برخورد چندین نشست تک پخشی در شبکه های بی سیم به وجود می آیند استفاده کرده و نرخ گذردهی شبکه را افزایش می دهد. بر خلاف بسیاری از کارهای قبلی که ماهیتی تئوری دارند، incp به جنبه های عملیاتی کدینگ شبکه از قبیل جریانهای یکباره، تأثیر لینک های خطادار، فعال بودن یا نبودن مکانیزم rts/cts، اندازه ی بسته های استفاده شده در کدینگ و کدکردن بسته های با اندازه ی متفاوت پرداخته شده است. همچنین نتایج پیاده سازی incp نشان می دهد که کدینگ شبکه با به کارگیری مکانیزم صف-بندی خود می تواند عدالت mac مربوط به ieee 802.11 را بهبود ببخشد. این بهبود برای توپولوژیهای مختلف شبکه، مسیریابی کوتاهترین مسیر و مسیریابی etx بررسی شده و نتایج نشان مید هد که در اکثر حالات قابل توجه است.