無線網絡編碼協議的研究

陶雯

江蘇第二師范學院數學與信息技術學院

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無線網絡編碼協議的研究

陶雯

江蘇第二師范學院數學與信息技術學院

本文首先介紹了無線網絡編碼的研究進展，接著描述了網絡編碼的核心思想，最后介紹了典型的無線網絡編碼協議COPE協議以及現有的網絡編碼協議的研究現狀。

網絡編碼 機會轉發 COPE協議

網絡編碼是目前流行的網絡數據傳輸方式，可以改進網絡的容錯力、降低端到端時延以及提高網絡的吞吐量。本文首先介紹無線網絡編碼的研究進展，接著描述了網絡編碼的核心思想，最后介紹了典型的無線網絡編碼協議COPE協議以及網絡編碼協議的研究現狀。

1　無線網絡編碼研究進展

R.Ahiswede等人在2000年首次提出網絡編碼（ network coding，NC）的基本思想，其最大的優點就是能夠在數據包傳輸過程中提高網絡帶寬的利用率。

在非編碼的網絡中，當傳輸的數據包到達中間節點后，其不做任何處理直接將數據包傳輸到下一個節點，而在實現網絡編碼的傳輸過程中，當來自不同鏈路的數據包到達中間節點后，該節點將數據包進行編碼后再發送出去。目的節點接受到不是原始數據包，而是經過編碼的數據包，其需要進行解碼才可以得出原始數據包。網絡編碼改變了中間節點只能對數據包進行存儲轉發，其可以對數據包進行編碼，可以大大提高網絡帶寬。

2　網絡編碼的核心思想

網絡編碼核心思想是：中間節點既可以轉發數據包，而且能夠將來自不同節點的數據包進行編碼，并將編碼包發送到下一個節點，由此類推一直傳送到目的節點，由此通過提高單次傳輸的信息量達到轉發次數的減少，從而使網絡吞吐量得到較大的增強。

3　典型的無線網絡編碼協議

典型的無線網絡編碼協議——COPE協議將網絡編碼應用于實際網絡環境中，通過對緩存隊列的多個數據包進行編碼，提高單次傳輸的信息量達到轉發次數的減少，從而使網絡吞吐量得到增強。

圖2　傳統方法和COPE協議的比較

圖2是傳統方法和COPE協議的比較，在圖2（a）中，節點A、B通過節點C轉發數據包P1和P2，一共需要四次傳輸，分別為P1從A傳輸到B需要經過A-C、C-B兩次傳輸，P2從B傳輸到A，需要經過B-C、C-A兩次傳輸，總共需要四次傳輸。而使用COPE協議P1、P2分別到達中間節點C后，C對P1、P2進行異或操作得到P1⊕P2數據包，并將，該包廣播給節點A和B。節點A和B收到P1⊕P2包后，通過P1⊕（P1⊕P2）和P2⊕（P1⊕P2）分別得到P2和P1，由此可以完成P2和P1數據包的傳輸。和圖2（a），使用COPE協議只需要三次傳輸就可以完成目的，節省了傳輸的帶寬。

此后，很多研究人員對COPE協議進行了更有成效的改進。上海交通大學的陳貴海等提出的基于網絡編碼的多路徑路由CAMP（Coding-Aware Multi-Path routing）能夠根據路徑的可靠性和編碼機會，采用路由發現機制進行數據包的傳送，和COPE協議相比，CAMP的優勢在于其動態地改變傳送路徑從而主動創造編碼機會，從而獲得比COPE協議更大的網絡吞吐量。Zhang等人提出的BEND協議，其最大的優點是轉發節點不固定，各個節點通過競爭來獲得編碼機會，從而獲得更高的編碼增益。

4　總結

本文首先介紹了無線網絡編碼的研究進展，接著描述了網絡編碼的核心思想，最后介紹了典型的無線網絡編碼COPE協議以及現有的網絡編碼協議的研究現狀。

［1］ R.W.Yeung， Z.Zhang. Distributed Source Coding for Satellite Communications ［J］. IEEE Transaction on Information Theory， 1999， 45（3）： 1111-1120

［2］ S. Katti， H. Rahul， W. Hu，etal.XORs in the air：practical wireless network coding［C］， Proceedings of ACM SIGCOMM， Pisa， Italy， September 2006： 243-254

［3］ 陳貴海， 李宏興， 韓松等. 多跳無線網絡中基于網絡編碼的多路徑路由［J］. 軟件學報， 2010， 21（8）： 1908-1919

［4］ J. Zhang， Y. P. Chen， I. Marsic. MAC-layer Proactive Mixing for Network Coding in Multi-hop Wireless Networks［J］. Computer Networks， 2010， 54（2）： 196-207

TP393

A

陶雯（1979-），女，江蘇泰州，碩士，講師，CCF會員（E202102579），主要研究方向為無線網絡編碼。