網絡編碼中COPE方案的實現

陶雯

江蘇第二師范學院數學與信息技術學院

網絡編碼中COPE方案的實現

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中COPE方案的原理，接著描述了COPE方案的主要特點，最后通過分析得出COPE方案的編碼原則以及優勢。

網絡編碼 機會偵聽 隨機編碼 COPE協議

無線網絡編碼技術是學術界的研究熱點之一，其核心是網絡中繼節點將接受到的數據包進行編碼處理之后通過多播技術發送出去。網絡編碼中的COPE方案是一個針對無線網絡的可以實際應用的網絡編碼方案，其在原有的IP層和MAC層之間加入了COPE層，其主要作用是發送節點對發送隊列中的數據包進行分析，根據數據包的下一跳節點進行分析將其進行異或操作，然后將異或的數據包發送到下一跳節點，下一跳節點接受到該異或包后，進行解碼操作得到所需要的數據包。COPE方案的核心技術有以下三個：

1 機會偵聽

由于無線網絡是屬于廣播媒介的，所有節點會廣播自己的接收報告（reception reports），告訴鄰居自己所存的包有哪些。COPE方案要求其節點偵聽所有通信并存儲一段時間內的偵聽數據，同時，各節點還需要向周圍節點定時廣播發送其所存儲數據的通告。

2 機會編碼

機會編碼的核心是盡可能編碼更多數據流的數據包達到最大的吞吐量。圖1是機會編碼的一個例子。圖1(a)表示網絡中有A、B、C、D四個節點，節點B中有P1、P2、P3和P4四個數據包，它向節點A、C、D發送P1、P2、P3和P4，節點A中存儲了P2、P3，節點C中存儲了P1和P4，節點D中存儲了P1和P3。圖1(b)顯示了節點B中P1、P2、P3和P4四個數據包的下一跳節點分別為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向節點A、C、D發送P1⊕P2的編碼包，節點A無法解碼，節點C可以解碼得到P2，C即是P2的下一跳節點，而節點D解碼得到的P2，D不是P2的下一跳節點。此方案評價為差。第二種方案B向節點A、C、D發送P1⊕P3的編碼包，節點A可以解碼得到P1，A即是P1的下一跳節點，C解碼得到P3，C即是P3的下一跳節點，節點D無法解碼，此方案兩個節點接受到預期的數據包，評價較好。第三種方案B向節點A、C、D發送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的下一跳節點，這個方案評價為優。

3 獲取鄰居節點狀態

通過接收報告，可以通知鄰居自己擁有的本地包信息。依靠鄰居節點發送的接受報告和在適當的情況下猜測鄰居節點數據包的情況來獲取鄰居節點狀態。

圖1 機會編碼舉例

通過對圖1機會編碼的分析可以得出COPE的編碼原則為：假設某節點要發送n個數據包P1,…,Pn至n個不同的下一跳節點R1,…,Rn，則該節點能夠將這n個數據包XOR后轉發出去的充要條件是每一個下一跳節點Ri都存有n-1個數據包Pj(i≠j)。COPE協議正是利用以上規則來最大可能的編碼發送隊列中的數據包，以減少傳輸次數，節約帶寬提高網絡吞吐量。

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2014江蘇第二師范學院“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會員(E202102579)，主要研究方向為無線網絡編碼。