網(wǎng)絡(luò)編碼中COPE方案的實(shí)現(xiàn)

陶雯

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

網(wǎng)絡(luò)編碼中COPE方案的實(shí)現(xiàn)

陶雯

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

本文首先介紹了無線網(wǎng)絡(luò)編碼中COPE方案的原理，接著描述了COPE方案的主要特點(diǎn)，最后通過分析得出COPE方案的編碼原則以及優(yōu)勢(shì)。

網(wǎng)絡(luò)編碼 機(jī)會(huì)偵聽 隨機(jī)編碼 COPE協(xié)議

無線網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一，其核心是網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)將接受到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼處理之后通過多播技術(shù)發(fā)送出去。網(wǎng)絡(luò)編碼中的COPE方案是一個(gè)針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的可以實(shí)際應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)編碼方案，其在原有的IP層和MAC層之間加入了COPE層，其主要作用是發(fā)送節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)送隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析將其進(jìn)行異或操作，然后將異或的數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一跳節(jié)點(diǎn)，下一跳節(jié)點(diǎn)接受到該異或包后，進(jìn)行解碼操作得到所需要的數(shù)據(jù)包。COPE方案的核心技術(shù)有以下三個(gè)：

1 機(jī)會(huì)偵聽

由于無線網(wǎng)絡(luò)是屬于廣播媒介的，所有節(jié)點(diǎn)會(huì)廣播自己的接收?qǐng)?bào)告（reception reports），告訴鄰居自己所存的包有哪些。COPE方案要求其節(jié)點(diǎn)偵聽所有通信并存儲(chǔ)一段時(shí)間內(nèi)的偵聽數(shù)據(jù)，同時(shí)，各節(jié)點(diǎn)還需要向周圍節(jié)點(diǎn)定時(shí)廣播發(fā)送其所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的通告。

2 機(jī)會(huì)編碼

機(jī)會(huì)編碼的核心是盡可能編碼更多數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包達(dá)到最大的吞吐量。圖1是機(jī)會(huì)編碼的一個(gè)例子。圖1(a)表示網(wǎng)絡(luò)中有A、B、C、D四個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)B中有P1、P2、P3和P4四個(gè)數(shù)據(jù)包，它向節(jié)點(diǎn)A、C、D發(fā)送P1、P2、P3和P4，節(jié)點(diǎn)A中存儲(chǔ)了P2、P3，節(jié)點(diǎn)C中存儲(chǔ)了P1和P4，節(jié)點(diǎn)D中存儲(chǔ)了P1和P3。圖1(b)顯示了節(jié)點(diǎn)B中P1、P2、P3和P4四個(gè)數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)點(diǎn)分別為A、C、C、D。圖1(c)列舉出了三種可選的編碼方案，第一種方案B向節(jié)點(diǎn)A、C、D發(fā)送P1⊕P2的編碼包，節(jié)點(diǎn)A無法解碼，節(jié)點(diǎn)C可以解碼得到P2，C即是P2的下一跳節(jié)點(diǎn)，而節(jié)點(diǎn)D解碼得到的P2，D不是P2的下一跳節(jié)點(diǎn)。此方案評(píng)價(jià)為差。第二種方案B向節(jié)點(diǎn)A、C、D發(fā)送P1⊕P3的編碼包，節(jié)點(diǎn)A可以解碼得到P1，A即是P1的下一跳節(jié)點(diǎn)，C解碼得到P3，C即是P3的下一跳節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)D無法解碼，此方案兩個(gè)節(jié)點(diǎn)接受到預(yù)期的數(shù)據(jù)包，評(píng)價(jià)較好。第三種方案B向節(jié)點(diǎn)A、C、D發(fā)送P1⊕P2⊕P4的編碼包，A、C、D通過解碼分別得到P1、P2和P4，A、C、D均為P1、P2和P4的下一跳節(jié)點(diǎn)，這個(gè)方案評(píng)價(jià)為優(yōu)。

3 獲取鄰居節(jié)點(diǎn)狀態(tài)

通過接收?qǐng)?bào)告，可以通知鄰居自己擁有的本地包信息。依靠鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的接受報(bào)告和在適當(dāng)?shù)那闆r下猜測(cè)鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包的情況來獲取鄰居節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。

圖1 機(jī)會(huì)編碼舉例

通過對(duì)圖1機(jī)會(huì)編碼的分析可以得出COPE的編碼原則為：假設(shè)某節(jié)點(diǎn)要發(fā)送n個(gè)數(shù)據(jù)包P1,…,Pn至n個(gè)不同的下一跳節(jié)點(diǎn)R1,…,Rn，則該節(jié)點(diǎn)能夠?qū)⑦@n個(gè)數(shù)據(jù)包XOR后轉(zhuǎn)發(fā)出去的充要條件是每一個(gè)下一跳節(jié)點(diǎn)Ri都存有n-1個(gè)數(shù)據(jù)包Pj(i≠j)。COPE協(xié)議正是利用以上規(guī)則來最大可能的編碼發(fā)送隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包，以減少傳輸次數(shù)，節(jié)約帶寬提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

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2014江蘇第二師范學(xué)院“十二五”第四期課題（JSNU2014YB02）資助

TP393

A

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線網(wǎng)絡(luò)編碼。