無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究

陶雯

江蘇第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院

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無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究

陶雯

江蘇第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院

本文首先介紹了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼的研究進(jìn)展，接著描述了網(wǎng)絡(luò)編碼的核心思想，最后介紹了典型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議COPE協(xié)議以及現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究現(xiàn)狀。

網(wǎng)絡(luò)編碼 機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā) COPE協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)編碼是目前流行的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式，可以改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)力、降低端到端時(shí)延以及提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。本文首先介紹無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼的研究進(jìn)展，接著描述了網(wǎng)絡(luò)編碼的核心思想，最后介紹了典型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議COPE協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究現(xiàn)狀。

1　無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼研究進(jìn)展

R.Ahiswede等人在2000年首次提出網(wǎng)絡(luò)編碼（ network coding，NC）的基本思想，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠在數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程中提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。

在非編碼的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包到達(dá)中間節(jié)點(diǎn)后，其不做任何處理直接將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)较乱粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，而在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼的傳輸過(guò)程中，當(dāng)來(lái)自不同鏈路的數(shù)據(jù)包到達(dá)中間節(jié)點(diǎn)后，該節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼后再發(fā)送出去。目的節(jié)點(diǎn)接受到不是原始數(shù)據(jù)包，而是經(jīng)過(guò)編碼的數(shù)據(jù)包，其需要進(jìn)行解碼才可以得出原始數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)編碼改變了中間節(jié)點(diǎn)只能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，其可以對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，可以大大提高網(wǎng)絡(luò)帶寬。

2　網(wǎng)絡(luò)編碼的核心思想

網(wǎng)絡(luò)編碼核心思想是：中間節(jié)點(diǎn)既可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，而且能夠?qū)?lái)自不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，并將編碼包發(fā)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，由此類(lèi)推一直傳送到目的節(jié)點(diǎn)，由此通過(guò)提高單次傳輸?shù)男畔⒘窟_(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)的減少，從而使網(wǎng)絡(luò)吞吐量得到較大的增強(qiáng)。

3　典型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議

典型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議——COPE協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，通過(guò)對(duì)緩存隊(duì)列的多個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，提高單次傳輸?shù)男畔⒘窟_(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)的減少，從而使網(wǎng)絡(luò)吞吐量得到增強(qiáng)。

圖2　傳統(tǒng)方法和COPE協(xié)議的比較

圖2是傳統(tǒng)方法和COPE協(xié)議的比較，在圖2（a）中，節(jié)點(diǎn)A、B通過(guò)節(jié)點(diǎn)C轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包P1和P2，一共需要四次傳輸，分別為P1從A傳輸?shù)紹需要經(jīng)過(guò)A-C、C-B兩次傳輸，P2從B傳輸?shù)紸，需要經(jīng)過(guò)B-C、C-A兩次傳輸，總共需要四次傳輸。而使用COPE協(xié)議P1、P2分別到達(dá)中間節(jié)點(diǎn)C后，C對(duì)P1、P2進(jìn)行異或操作得到P1⊕P2數(shù)據(jù)包，并將，該包廣播給節(jié)點(diǎn)A和B。節(jié)點(diǎn)A和B收到P1⊕P2包后，通過(guò)P1⊕（P1⊕P2）和P2⊕（P1⊕P2）分別得到P2和P1，由此可以完成P2和P1數(shù)據(jù)包的傳輸。和圖2（a），使用COPE協(xié)議只需要三次傳輸就可以完成目的，節(jié)省了傳輸?shù)膸挕?/p>

此后，很多研究人員對(duì)COPE協(xié)議進(jìn)行了更有成效的改進(jìn)。上海交通大學(xué)的陳貴海等提出的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多路徑路由CAMP（Coding-Aware Multi-Path routing）能夠根據(jù)路徑的可靠性和編碼機(jī)會(huì)，采用路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳送，和COPE協(xié)議相比，CAMP的優(yōu)勢(shì)在于其動(dòng)態(tài)地改變傳送路徑從而主動(dòng)創(chuàng)造編碼機(jī)會(huì)，從而獲得比COPE協(xié)議更大的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。Zhang等人提出的BEND協(xié)議，其最大的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)不固定，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)獲得編碼機(jī)會(huì)，從而獲得更高的編碼增益。

4　總結(jié)

本文首先介紹了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼的研究進(jìn)展，接著描述了網(wǎng)絡(luò)編碼的核心思想，最后介紹了典型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼COPE協(xié)議以及現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究現(xiàn)狀。

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TP393

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陶雯（1979-），女，江蘇泰州，碩士，講師，CCF會(huì)員（E202102579），主要研究方向?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼。