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基于QoS的网络编码资源优化组播路由算法研究
摘要：随着近些年来网络通信技术的飞速发展，网络编码技术已成为网络通信传输领域中一种重要的关键技术。本文针对基于QoS的网络编码资源优化组播路由算法进行研究，在研究现有组播路由算法的基础上，结合网络编码技术和QoS的特点，提出了一种能够有效满足多媒体应用的QoS要求，同时优化编码资源利用的组播路由算法。通过仿真实验验证了该算法在保证多媒体应用质量的同时，显著提高了组播网络的可扩展性和性能。
关键词：QoS、网络编码、组播路由、资源优化
一、引言
随着互联网的快速发展和无线网络技术的飞速普及，数据通信的结构变得越来越复杂，传输数据上的要求也变得越来越高，诞生了一批数据传输技术和协议，其中包括可靠的传输协议TCP、流媒体协议HTTP、点对点文件传输协议BitTorrent等。然而这些协议大多只适用于点对点的数据传输，在网络组播中，这些协议则无法通用。
组播是一种多对多的数据传输方式，它能够同时向多个接收方发送相同的数据，从而大大减少了网络带宽的使用。组播协议已经成为现代互联网中非常重要的技术之一，被广泛应用于网络直播、视频会议、多媒体教育、数据分发等领域。
网络编码技术是一种新兴的数据传输技术，可以有效地提高网络传输效率、提高数据传输的可靠性、降低网络延迟和丢包率等。相比于传统的点对点数据传输方式，网络编码技术将数据进行编码处理，使发送数据的节点之间可以通过编码数据进行传递，从而提高数据传输的效率和可靠性。
本文针对组播传输中的资源优化问题以及能够更好地满足多媒体应用的QoS需求，提出了一种基于QoS的网络编码资源优化组播路由算法。
二、研究背景及现状
近年来，组播传输技术已经取得了很大的进展。在这个过程中，有很多重要的组播路由算法得到了发展和改进，例如DVMRP算法、PIM-DM算法、PIM-SM算法、CBT算法等。
然而，这些算法的缺点也显而易见，主要表现在以下两个方面：
1.传输效率低下：传统的组播路由算法依靠多个点到点的连接实现数据的传输。这种传输方式在数据量较小或者接收节点较少的情况下依然可以完成组播传输，但在数据量较大或者接收节点较多的情况下，会导致传输效率低下，延迟过高。
2.不适应实时多媒体：传统的组播路由算法主要考虑组播数据的正确性和可靠性，并没有充分考虑多媒体应用的QoS需求。实时多媒体应用具有实时性和连续性特征，需要快速完成数据的传输，并确保数据的传输稳定和连续，以满足用户对音视频数据的即时性需求。
通过使用网络编码技术和QoS技术，可以显著提高组播传输效率和可靠性；并且，让算法能够适应多媒体应用的QoS需求，从而提高网络性能和用户体验。
三、基于QoS的网络编码资源优化组播路由算法
基于QoS的网络编码资源优化组播路由算法主要包括以下四个方面：网络拓扑结构、组播节点划分、QoS路由选择、编码资源分配。
1.网络拓扑结构
对于任何一种组播传输算法，选择一种合适的网络拓扑结构可以有效地提高组播传输的效率和可靠性。本文中提出的网络拓扑结构为星型结构，依靠大量的中心节点进行传输数据的控制和调度。
2.组播节点划分
网络中的多个组播接收节点被划分为两类：持续节点和非持续节点。持续节点是一类始终需要接收数据的节点，例如视频直播的观众；非持续节点是一类仅在特定时间需要接收数据的节点，例如临时加入会议的用户。
3.QoS路由选择
本算法采用最短路算法进行路由选择，选择一条满足QoS需求并能够实现网络编码的最短路径进行数据传输。
4.编码资源分配
本算法采用多路径编码技术，对多个路径上的数据进行编码处理，从而提高编码资源的利用效率，减少组播网络的带宽占用，并提高数据传输的可靠性。
四、仿真实验与结果分析
为了验证本算法的可行性和效果，在NS2仿真平台上进行了多组实验，并对实验数据进行了分析。实验的场景为：一组持续节点和若干组非持续节点共同参与的视频直播活动，并采用本算法进行组播传输。
在实验中，通过对比本算法和采用传统组播路由算法的性能差异，结果表明：本算法能够有效满足多媒体应用的QoS要求，并显著提高组播网络的可扩展性和性能。与传统算法相比，本算法在传输效率、传输可靠性、抗丢包率等方面都有了极大的提升。
五、结论
本文针对基于QoS的网络编码资源优化组播路由算法进行了研究，并提出了一种适用于多媒体应用，并能够有效解决组播网络资源优化问题的组播路由算法。实验结果表明，本算法能够满足多媒体应用的QoS要求，显著提高组播网络的可扩展性和性能。在今后的研究中，本算法可继续探索其它数据编码、路由优化技术，并进一步扩展至更广泛的应用领域中。