Skip to main content
SUPERVISOR
فرامرز هندسی (استاد راهنما) فرامرز فکری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Alireza Shafieinejad
علیرضا شفیعی نژاد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1385

TITLE

Network Coding for Multiple Unicast Sessions in Multi-Channel/Interface Wireless Networks
Throughput limitation of wireless networks imposes many practical problems as a result of wireless media broadcast nature. The solutions of the problem are mainly categorized in two grou the use of multiple orthogonal channels and network coding (NC). The networks with multiple orthogonal channels and possibly multiple interfaces can mitigate co-channel interference among nodes. However, efficient assignment of channels to the available network interfaces is a major problem for network designers. Furthermore, network coding has been a prominent approach to improve the throughput of unicast traffic in wireless multi-hop networks through opportunistic network coding. In this thesis we seek a collaboration scheme for network coding in multi-channel/interface wireless networks, i.e., the integration of network coding, routing and channel assignment problem. First, we propose a new coding scheme for star structures named as Star-NC. Then, we propose an analytical framework that jointly optimizes the problem of routing and network coding. Our theoretical formulation via a Linear Programming provides a method for finding source-destination routes and utilizing the best choices of different NC schemes to maximize the aggregate throughput. Through this LP, we propose a novel channel assignment algorithm that is aware of both coding opportunities and co-channel interference. Evaluation results show that network coding can boost the capacity of emerging multi-channel networks. Keywords: Network Coding, Multi-Channel/Interface, Channel assignment, Unicast Routing, Wireless Mesh Network
: 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.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی