網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)研討

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一、網(wǎng)絡編碼在數(shù)據(jù)通信技術(shù)中的應用

所謂網(wǎng)絡編碼，其實就是將編碼和路由的信息進行相互交換的技術(shù)。網(wǎng)絡編碼的工作原理為：網(wǎng)絡通信系統(tǒng)在運行中接收到的若干個數(shù)據(jù)被網(wǎng)絡結(jié)點進行重新編碼組合，并將重組后的數(shù)據(jù)編碼通過中間結(jié)點傳送到多個目的結(jié)點處，目的結(jié)點再利用編碼系數(shù)對這些數(shù)據(jù)編碼作解碼處理，以還原原始數(shù)據(jù)，由此達到數(shù)據(jù)通信目的。這種數(shù)據(jù)通信方式有別于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方式，其極大的提高了網(wǎng)絡的通信容量，并時原本屬于物理層的編碼和原本屬于網(wǎng)絡層的路由相互融合在一起，實現(xiàn)了兩者的有機統(tǒng)一，這就打破了原有數(shù)據(jù)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方式的格局，為網(wǎng)絡通信技術(shù)水平的提升提供了新的發(fā)展方向。可以說，利用網(wǎng)絡編碼技術(shù)進行數(shù)據(jù)信息傳送能夠極大的提高信息傳送效率。這不但是因為網(wǎng)絡編碼可以使網(wǎng)絡數(shù)據(jù)單次傳送的信息量大幅度增加，還在于網(wǎng)絡編碼可以減少分組的傳送次數(shù)，這樣就極大的改善了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳送性能，包括增大網(wǎng)絡吞吐量，提高帶寬利用率，均衡網(wǎng)絡負載等方面。尤其是在無線通信技術(shù)應用越來越廣泛的今天，網(wǎng)絡編碼技術(shù)還能夠增大無線網(wǎng)絡通信的安全性和能量資源的利用率。因此，基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)正逐漸成為未來通信技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，是一個非常值得重視的研究課題。

二、基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)通信研究現(xiàn)狀

目前，世界各國都在積極的研究網(wǎng)絡編碼的相關(guān)技術(shù)，并且已經(jīng)在多個領(lǐng)域取得了一定的成果。具體主要可以體現(xiàn)在網(wǎng)絡協(xié)議結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳送模型、路由協(xié)議、數(shù)據(jù)傳送性能保證機制等幾個方面：

2.1基于網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡協(xié)議結(jié)構(gòu)研究

目前，網(wǎng)絡編碼的研究主要集中在網(wǎng)絡層方面，尤其是網(wǎng)絡編碼與路由協(xié)議的結(jié)合，一些研究也開始探討網(wǎng)絡編碼在協(xié)議結(jié)構(gòu)中其它協(xié)議層中的研究，如網(wǎng)絡編碼與MAC層協(xié)議的結(jié)合及與傳送層TCP協(xié)議的結(jié)合等。由于網(wǎng)絡編碼的內(nèi)在特性與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳送模式不同，將網(wǎng)絡編碼引入到現(xiàn)有的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳送協(xié)議中，將會產(chǎn)生一系列新的問題，如網(wǎng)絡編碼與現(xiàn)有各種普遍應用的網(wǎng)絡協(xié)議的兼容性、網(wǎng)絡編碼對現(xiàn)有網(wǎng)絡協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的影響等。這些問題的研究將為后續(xù)數(shù)據(jù)傳送中網(wǎng)絡編碼的研究提供一個總體結(jié)構(gòu)框架，使網(wǎng)絡編碼能夠與現(xiàn)有網(wǎng)絡協(xié)議緊密結(jié)合，從而有效地提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳送性能，同時，也為網(wǎng)絡編碼的實際應用提供了理論基礎(chǔ)。

2.2基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)傳送模型研究

構(gòu)造算法是網(wǎng)絡編碼成功應用的基礎(chǔ)，一個可行的網(wǎng)絡編碼的碼構(gòu)造算法應保證網(wǎng)絡各目的結(jié)點成功地解碼編碼數(shù)據(jù)，且算法的復雜度較小，易于在現(xiàn)實網(wǎng)絡中部署應用。目前，網(wǎng)絡編碼的碼構(gòu)造算法主要有線性網(wǎng)絡編碼代數(shù)網(wǎng)絡編碼以及隨機網(wǎng)絡編碼等。在各種編碼機制設計中，應用較多的為線性網(wǎng)絡編碼，其核心思想是允許網(wǎng)絡中間結(jié)點對接收到的來自不同輸入鏈路的信息流在有限域內(nèi)進行線性組合(有限域指編碼系數(shù)選擇的范圍，通常指伽羅華域)，然后再將組合的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。線性網(wǎng)絡編碼中典型的碼構(gòu)造算法包括指數(shù)時間算法、多項式算法和分布式的隨機網(wǎng)絡編碼算法等。由于隨機線性網(wǎng)絡編碼方案具有獨立于網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的特性和較高的靈活性，且線性編碼運算相對簡單，因此，基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)傳送機制，在編碼構(gòu)造過程中均采用隨機線性網(wǎng)絡編碼構(gòu)造方案。

2.3基于網(wǎng)絡編碼的路由協(xié)議研究

在基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)傳送技術(shù)研究中，具有網(wǎng)絡編碼技術(shù)應用的路由協(xié)議的優(yōu)化設計對提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳送性能的影響相對較大，是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳送研究的重要內(nèi)容之一。基于網(wǎng)絡編碼的路由協(xié)議設計是網(wǎng)絡編碼實現(xiàn)及應用的基礎(chǔ)，將網(wǎng)絡編碼與路由協(xié)議統(tǒng)一到一個較高層次的描述是網(wǎng)絡編碼研究中的一個重要問題，這將為新的網(wǎng)絡系統(tǒng)及網(wǎng)絡設備的設計提供理論指導，且基于網(wǎng)絡編碼的路由協(xié)議研究將為網(wǎng)絡編碼理論提供應用的基礎(chǔ)。目前，結(jié)合網(wǎng)絡編碼與路由協(xié)議的研究主要體現(xiàn)在獨立路由協(xié)議的網(wǎng)絡編碼的研究和編碼感知的路由協(xié)議的研究，區(qū)別在于路由協(xié)議產(chǎn)生的路徑是否存在主動編碼機會，即路由協(xié)議是否可創(chuàng)造更多的編碼機會及更有效地利用編碼機會。

2.4基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)傳送性能保證機制研究

在實際網(wǎng)絡環(huán)境中，數(shù)據(jù)傳送的突發(fā)性及網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的易變性造成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳送的不穩(wěn)定性，如引起隨機的分組丟失和不確定性的數(shù)據(jù)傳送時延等，這使得基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)傳送技術(shù)研究應依據(jù)實際網(wǎng)絡狀態(tài)，分析探討提供數(shù)據(jù)傳送性能保證的編碼策略方案，特別是降低網(wǎng)絡編碼中數(shù)據(jù)傳送時延及提供數(shù)據(jù)傳送可靠性保證的策略方案，因此，在基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)傳送過程中，提供具有一定QoS保證的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)編碼傳送機制是網(wǎng)絡編碼技術(shù)研究中的重要問題之一。目前已經(jīng)有學者研究出了一些解決方案，如采用多速率編碼機制來，利用不同鏈路和不同傳輸速率的數(shù)據(jù)來執(zhí)行相關(guān)決策機制，從而避免編碼對數(shù)據(jù)的傳輸速率產(chǎn)生影響，從而解決時延控制問題。當然，具體的解決方案還需要進一步的研究和探索。

三、結(jié)束語

總之，網(wǎng)絡編碼的研發(fā)和應用促進了數(shù)據(jù)通信技術(shù)的改革，為未來的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信技術(shù)發(fā)展提供了新的契機。現(xiàn)如今基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進展，但是這些研究成果仍然是一些初級成果，相信在未來的發(fā)展中，網(wǎng)絡編碼的技術(shù)體系還將更加完善，從而極大的提高數(shù)據(jù)通信技術(shù)，尤其是無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，并為人們的生活和工作提供更多便利，促進信息時代的進一步發(fā)展。

作者：王啟佳 單位：國脈通信規(guī)劃設計有限公司