陶雯

江蘇第二師范學院數(shù)學與信息技術學院

網(wǎng)絡編碼中COPE方案的實現(xiàn)

陶雯

江蘇第二師范學院數(shù)學與信息技術學院

本文首先介紹了無線網(wǎng)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(yōu)勢。

網(wǎng)絡編碼 機會偵聽 隨機編碼 COPE協(xié)議

無線網(wǎng)絡編碼技術是學術界的研究熱點之一，其核心是網(wǎng)絡中繼節(jié)點將接受到的數(shù)據(jù)包進行編碼處理之后通過多播技術發(fā)送出去。網(wǎng)絡編碼中的COPE方案是一個針對無線網(wǎng)絡的可以實際應用的網(wǎng)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(fā)送節(jié)點對發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)包進行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)點進行分析將其進行異或操作，然后將異或的數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一跳節(jié)點，下一跳節(jié)點接受到該異或包后，進行解碼操作得到所需要的數(shù)據(jù)包。COPE方案的核心技術有以下三個：

1 機會偵聽

由于無線網(wǎng)絡是屬于廣播媒介的，所有節(jié)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(jié)點偵聽所有通信并存儲一段時間內的偵聽數(shù)據(jù)，同時，各節(jié)點還需要向周圍節(jié)點定時廣播發(fā)送其所存儲數(shù)據(jù)的通告。

2 機會編碼

機會編碼的核心是盡可能編碼更多數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡中有A、B、C、D四個節(jié)點，節(jié)點B中有P1、P2、P3和P4四個數(shù)據(jù)包，它向節(jié)點A、C、D發(fā)送P1、P2、P3和P4，節(jié)點A中存儲了P2、P3，節(jié)點C中存儲了P1和P4，節(jié)點D中存儲了P1和P3。圖1(b)顯示了節(jié)點B中P1、P2、P3和P4四個數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)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(jié)點A、C、D發(fā)送P1⊕P2的編碼包，節(jié)點A無法解碼，節(jié)點C可以解碼得到P2，C即是P2的下一跳節(jié)點，而節(jié)點D解碼得到的P2，D不是P2的下一跳節(jié)點。此方案評價為差。第二種方案B向節(jié)點A、C、D發(fā)送P1⊕P3的編碼包，節(jié)點A可以解碼得到P1，A即是P1的下一跳節(jié)點，C解碼得到P3，C即是P3的下一跳節(jié)點，節(jié)點D無法解碼，此方案兩個節(jié)點接受到預期的數(shù)據(jù)包，評價較好。第三種方案B向節(jié)點A、C、D發(fā)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(jié)點，這個方案評價為優(yōu)。

3 獲取鄰居節(jié)點狀態(tài)

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(jié)點發(fā)送的接受報告和在適當?shù)那闆r下猜測鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)包的情況來獲取鄰居節(jié)點狀態(tài)。

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(jié)點要發(fā)送n個數(shù)據(jù)包P1,…,Pn至n個不同的下一跳節(jié)點R1,…,Rn，則該節(jié)點能夠將這n個數(shù)據(jù)包XOR后轉發(fā)出去的充要條件是每一個下一跳節(jié)點Ri都存有n-1個數(shù)據(jù)包Pj(i≠j)。COPE協(xié)議正是利用以上規(guī)則來最大可能的編碼發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)包，以減少傳輸次數(shù)，節(jié)約帶寬提高網(wǎng)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(wǎng)絡編碼。