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        無線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究

        2016-10-22 01:38:07陶雯
        數(shù)碼世界 2016年10期
        關(guān)鍵詞:核心思想無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包

        陶雯

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

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        無線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究

        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)編碼的研究進(jìn)展,接著描述了網(wǎng)絡(luò)編碼的核心思想,最后介紹了典型的無線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議COPE協(xié)議以及現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究現(xiàn)狀。

        網(wǎng)絡(luò)編碼 機(jī)會轉(zhuǎn)發(fā) COPE協(xié)議

        網(wǎng)絡(luò)編碼是目前流行的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式,可以改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的容錯力、降低端到端時延以及提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。本文首先介紹無線網(wǎng)絡(luò)編碼的研究進(jìn)展,接著描述了網(wǎng)絡(luò)編碼的核心思想,最后介紹了典型的無線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議COPE協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究現(xiàn)狀。

        1 無線網(wǎng)絡(luò)編碼研究進(jìn)展

        R.Ahiswede等人在2000年首次提出網(wǎng)絡(luò)編碼( network coding,NC)的基本思想,其最大的優(yōu)點就是能夠在數(shù)據(jù)包傳輸過程中提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。

        在非編碼的網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包到達(dá)中間節(jié)點后,其不做任何處理直接將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)较乱粋€節(jié)點,而在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼的傳輸過程中,當(dāng)來自不同鏈路的數(shù)據(jù)包到達(dá)中間節(jié)點后,該節(jié)點將數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼后再發(fā)送出去。目的節(jié)點接受到不是原始數(shù)據(jù)包,而是經(jīng)過編碼的數(shù)據(jù)包,其需要進(jìn)行解碼才可以得出原始數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)編碼改變了中間節(jié)點只能對數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā),其可以對數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼,可以大大提高網(wǎng)絡(luò)帶寬。

        2 網(wǎng)絡(luò)編碼的核心思想

        網(wǎng)絡(luò)編碼核心思想是:中間節(jié)點既可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,而且能夠?qū)碜圆煌?jié)點的數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼,并將編碼包發(fā)送到下一個節(jié)點,由此類推一直傳送到目的節(jié)點,由此通過提高單次傳輸?shù)男畔⒘窟_(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)的減少,從而使網(wǎng)絡(luò)吞吐量得到較大的增強(qiáng)。

        3 典型的無線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議

        典型的無線網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議——COPE協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,通過對緩存隊列的多個數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼,提高單次傳輸?shù)男畔⒘窟_(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)的減少,從而使網(wǎng)絡(luò)吞吐量得到增強(qiáng)。

        圖2 傳統(tǒng)方法和COPE協(xié)議的比較

        圖2是傳統(tǒng)方法和COPE協(xié)議的比較,在圖2(a)中,節(jié)點A、B通過節(jié)點C轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包P1和P2,一共需要四次傳輸,分別為P1從A傳輸?shù)紹需要經(jīng)過A-C、C-B兩次傳輸,P2從B傳輸?shù)紸,需要經(jīng)過B-C、C-A兩次傳輸,總共需要四次傳輸。而使用COPE協(xié)議P1、P2分別到達(dá)中間節(jié)點C后,C對P1、P2進(jìn)行異或操作得到P1⊕P2數(shù)據(jù)包,并將,該包廣播給節(jié)點A和B。節(jié)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(shù)據(jù)包的傳輸。和圖2(a),使用COPE協(xié)議只需要三次傳輸就可以完成目的,節(jié)省了傳輸?shù)膸挕?/p>

        此后,很多研究人員對COPE協(xié)議進(jìn)行了更有成效的改進(jìn)。上海交通大學(xué)的陳貴海等提出的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多路徑路由CAMP(Coding-Aware Multi-Path routing)能夠根據(jù)路徑的可靠性和編碼機(jī)會,采用路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳送,和COPE協(xié)議相比,CAMP的優(yōu)勢在于其動態(tài)地改變傳送路徑從而主動創(chuàng)造編碼機(jī)會,從而獲得比COPE協(xié)議更大的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。Zhang等人提出的BEND協(xié)議,其最大的優(yōu)點是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點不固定,各個節(jié)點通過競爭來獲得編碼機(jī)會,從而獲得更高的編碼增益。

        4 總結(jié)

        本文首先介紹了無線網(wǎng)絡(luò)編碼的研究進(jìn)展,接著描述了網(wǎng)絡(luò)編碼的核心思想,最后介紹了典型的無線網(wǎng)絡(luò)編碼COPE協(xié)議以及現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的研究現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多路徑路由[J]. 軟件學(xué)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(wǎng)絡(luò)編碼。

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