P2P內容分發系統中的網絡編碼技術

王毅敏

摘 要 隨著科技的發展，我國的科技水平得到了很大的進步，其中信息技術發展尤為突出。網絡編碼在本世紀初得到了大力發展，并推進了我國信息技術的發展，具有劃時代的意義，這種網絡編碼技術突破了傳統的理念，并將獨立比特不能再次壓縮這一經典結論推翻了，利用網絡編碼技術實現了對信息流的壓縮功能，增強了網絡的吞吐量。文章分析P2P內容分發系統中網絡編碼技術的作用，并對其具體的技術進行探討。

關鍵詞 P2P內容分發；網絡編碼技術；系統

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0065-01

P2P內容分發主要是用于對大文件的分發，特別是處在大量用戶同時下載相同大文件中，P2P內容分發就會先將文件劃分成多個數據塊，并將每一個數據塊都進行獨立的共享，使其能夠被分發、下載，這樣用戶就不用下載整個文件，只需要下載一個完整的數據塊，通過網絡對這些數據塊進行交換，就能得到對文件的下載，快速的得到下載文件。

1 網絡編碼原理

網絡編碼的原理是將不同的網絡信息轉換成“痕跡”，這些痕跡的特點是位數小，所以可以更容易的將這些痕跡在目標節點處進行演繹還原，這樣操作的目的就是避免進行反復的傳輸操作，也避免了將全部信息內容進行復制。利用網絡編碼的原理，可以實現信息在多個節點中反復傳輸的效果，這主要是由于信息轉換成“痕跡”的特征實現的，這些痕跡最終會被送往目的端點。在整個的傳輸過程中，只需要將相關的信息痕跡轉換成位流就可以，不需要使用額外的路由以及容量，并且網絡編碼原理是可以通過常規的網絡設備實現的。

下面以具有兩個信宿的多播網絡為例進行說明網絡編碼的原理。圖1是網絡通信示意圖，通過這個示意圖解析這個多播網絡是如何獲取最大流的。圖為一個單信源兩信宿的網絡，我們假設其每一個鏈路沒有時間延時，也沒有差錯，將源節點用S表示，目的節點分別用Y、Z來表示。在a圖中，我們將每一條邊上的信息傳輸速率定為每單位時間1bit，這樣通過有關的定理就能得出信源到目的節點的最大流，每條邊上的最大流都是2。這樣就說明信源S可以在同一時間向t1與t2發送2bit的信息量。B圖式具體的一種編碼方案，從圖中可以看出，在信源節點向b1與b2傳輸2bit信息量的過程中，在節點3處，需要利用網絡編碼技術，將3與4輸出邊比特進行線性組合，得出模2加，才能夠實現目的節點由這些線性組合演繹還原成b1b2，利用網絡編碼實現了傳統路由無法在單位時間將信息傳輸到目的節點的功能，這是網絡編碼技術的優點之一。

圖1 網絡編碼原理

2 P2P內容分發系統中的網絡編碼技術

在P2P內容分發系統中，利用網絡編碼技術實現了系統的很多功能優化，其主要表現在編碼操作以及解碼操作過程中。

編碼操作就是將具有一定的編碼參數的多元編碼函數進行相關的操作。其中編碼函數是一個具有多個Pieces的變量以及一個編碼參數的多元函數，并且這個函數的函數值就是一個編碼Pieces。用數學表示的方法將編碼函數表示出來，就可以得出有編碼函數相關操作產生的Pieces都具有相同的GOP，并且編碼函數的參數時可以進行任意設定的。

解碼操作是一個與編碼操作互逆的過程，就是在已知一定數量以及正確的Pieces前提下，對全部或者是部分原始的Pieces獲取的過程。由于編碼操作中得到的Pieces具有同一個GOP，所以原始的Pieces自身組合的集合一定是一個可解集，并且最小解集是存在的，所以我們一般將解碼操作分成以下幾個步驟進行。

1）建立一個空的Pieces集合；2）對找出的Pieces集合進行驗證，如果這個集合正確就將其歸入建立的Pieces集合中；3）尋找新的Pieces集合，并驗證其正確性以及是否對建立的空集合有用處，如果是一個正確的集合，且對步驟一中建立的集合有用，則保留在步驟一建立的集合中；4）重復步驟三中的操作，直到步驟一中建立的集合元素達到一定的數量；5）利用這個Pieces集合就能對所有的原始Pieces進行求解。

通過對編碼操作以及解碼操作的介紹，可以大致得出，在P2P內容分發系統中，利用網絡編碼技術主要是對編碼函數以及解碼函數的設計，對有用的Pieces進行收集，并判斷Pieces是否有用，并驗證其的正確性。

3 網絡編碼技術應用與P2P內容分布系統中的優點

在P2P網絡中應用網絡編碼技術具有很大的優勢，其主要表現在以下幾個方面。

1）利用網絡編碼可以大大減少文件下載的時間。在文件下載的過程中，需要在一個范圍較大的分布式系統中，找尋一條最佳的發送路徑，這是一個較為復雜的過程，在主機對于底層網絡拓撲了解較少情況下更為困難。利用網絡編碼技術，就可以對網絡拓撲進行優化，減少其以及文件發送的先后順序對時間的影響，降低了文件下載的時間；2）網絡編碼具有較好的健壯性，這主要是由于利用網絡編碼技術進行編碼后的分組具有多樣性，在文件下載過程中，如果服務器離線或者某一網絡節點離開，都對文件的下載不會產生太大的影響；3）與轉發協議相比，網絡編碼的協議對于編碼性能的影響較小；4）在P2P網絡中，利用網絡編碼技術可以提升網絡傳播的安全性能；5）利用網絡編碼技術，提升了P2P網絡的吞吐量，這是由于網絡編碼對于均勻以及非均勻的鏈路都有較強的獲取更多多播容量的性能，并且隨著節點平均數的增加，網絡吞吐量優勢就越加明顯。

4 總結

本文對P2P內容分發系統中的網絡編碼技術進行了探討，分析了網絡編碼的工作原理，并對其在P2P網絡中的應用優勢進行了分析，對網絡編碼技術在P2P內容分發系統中的工作進行了探析。說明了基于網絡編碼技術的P2P內容分發系統是具有較大的可行性的。對于網絡編碼技術的發展，可以將這種技術集成到ShareStorm系統中，實現系統的量化，進一步的提升P2P內容分發系統的性能。

參考文獻

[1]雷迎春，程實，吳產樂，等.應用網絡編碼的P2P內容分發[J].計算機研究與發展，2009，46（1）：108-109.endprint