基于网络编码的协作式数据分发调度策略研究

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1、基于网络编码的协作式数据分发调度策略研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：廖怡宁指导教师：石欣副教授专业：控制科学与工程学科门类：工学重庆大学自动化学院二O一六年四月Coding-basedCooperativeCachingSchedulingAlgorithmsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiaoYiningSuper

2、visedbyProf.ShiXinSpecialty：ControlScienceandEngineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,China.April2016重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要随着无线通讯技术的迅速发展、移动设备的广泛运用以及移动数据的爆炸式增长，移动互联网中的数据分发策略成为影响未来各类新兴移动应用发展的关键因素。数据广播可以支持移动信息基站将数据分发到大规模的客户端群，被广泛应用于诸如智能交通系统等基于位置信息服

3、务的新兴移动应用系统中。为了更好地满足客户端对实时数据的需求，客户端将部分数据保存在本地缓存中，并通过P2P网络进行缓存协作（CooperativeCaching），可以进一步提高应用系统的效率。网络编码(NetworkCoding)技术在本世纪初被提出，其原理为增加传统路由协议中节点的编码功能，增加了节点单次广播的信息量。在一个系统数据请求量相同的情况下，网络编码可以有效地提高带宽的利用率，具有提高系统吞吐量的极大潜力，迅速成为了研究热点。本文基于按需广播和C/S与P2P混合的协作式数据分发架构框架下，针对服务器

4、端与客户端数据分发算法以及相关协同缓存策略进行研究，以提高系统的整体性能（带宽利用率、服务响应时长以及缓存命中率）为目标设计协作式数据分发方案——MCRCA策略。为进一步提高数据分发效率、增强系统在大规模数据应用环境中的可扩展性，采用网络编码技术与按需广播策略相结合，在确定的编码策略下设计用户分组策略，同时在客户端设计缓存替换方案，最后通过仿真实验验证了方案的有效性。在对MCRCA策略的设计过程中，首先定义了系统通讯过程的有关变量以及数据传输的限制条件，确定“在单位时间内尽可能地满足更多的用户”的优化目标，证明其为

5、NP难问题中的最大独立子集问题，提出了一种基于贪心算法的分发策略并根据一个例子展示了协议的运行过程。在对缓存替换策略的讨论中，本文首先分析了传统的缓存算法的特点，并指出其在基于网络编码的广播系统存在的局限性，提出“解码贡献”的评价指标，并以此设计与MCRCA策略相匹配的缓存替换策略。最后运用VisualStudio软件对MCRCA协议和缓存方案进行了仿真实验。通过对算法仿真结果的分析，验证了本文所提出方法不仅提高了系统下行信道的带宽利用率（服务器-客户端），并且在满足相同数据请求的情况下有效地降低系统时延，提高缓存

6、命中率。关键词：按需广播；网络编码；分发策略；缓存机制I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnology,widelyusageofmobiledevicesandexplosivegrowthofmobiledata,datadisseminationstrategybecomesakeyfactorinthefollowintfutureoftheemergingmobileapplicationdeve

7、lopment.Databroadcastingcanprovidemobilesupportstationdisseminatedatatoalargescaleofclients,andiswidelyusedinthenewmobileapplicationsystembasedonlocationinformationservices,suchasintelligenttransportationsystem.Inordertomeetthedemandofreal-timedatatransportati

8、on,theclientwillstoredataintheitslocalcache,andcooperativecachingviaPeer-to-Peer(P2P)networkcanfurtherimprovetheefficiencyofthesystem.NetworkCodingtechnologywasputforwardatthebegin