余金旺

廣東南方通信建設(shè)有限公司

基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)分析

余金旺

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隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的飛快發(fā)展，人們的日常生活和工作中出現(xiàn)了越來越多的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，人們對(duì)它們的依賴程度也不斷增加，同時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)質(zhì)量的要求也越來越高。所以，提高網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率以及其通信質(zhì)量，是網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)十分關(guān)注的問題，也是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域需要解決的重要課題。網(wǎng)絡(luò)編碼的使用改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信方式，給當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信帶來了革命性的方法。通過網(wǎng)絡(luò)編碼原理的理解，分析了基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)的幾個(gè)重要領(lǐng)域中所取得成果。

網(wǎng)絡(luò)編碼；數(shù)據(jù)通信；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用是現(xiàn)代通信技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)重要變革，一定程度上改變了以往通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送模式和處理方式，減少信息傳輸過程中無(wú)用信息的產(chǎn)生，有效提升了網(wǎng)絡(luò)吸納和輸出信息的數(shù)量，為數(shù)據(jù)通信質(zhì)量的提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展形勢(shì)下，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要作用。

1 網(wǎng)絡(luò)編碼

網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)際上是將路由和編碼的信息進(jìn)行相互交換的方式。傳統(tǒng)路由主要是實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)編碼則能夠接收到幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)組，然后將其融合編碼信息，增大傳輸信息的數(shù)量，從而能大大提高網(wǎng)絡(luò)的利用效率，結(jié)束了傳統(tǒng)中認(rèn)為獨(dú)立比特不可壓縮的理論。它的工作原理是利用有限域中的運(yùn)算，將接收到的幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)組，在網(wǎng)絡(luò)不同的結(jié)點(diǎn)中進(jìn)行重新編碼組合，然后將編碼過的數(shù)據(jù)以多播的形式轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)目的結(jié)點(diǎn)，并由目的結(jié)點(diǎn)對(duì)其解碼還原，得到原始數(shù)據(jù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了通信。網(wǎng)絡(luò)編碼的主要優(yōu)勢(shì)是提高了網(wǎng)絡(luò)通信的系統(tǒng)性能，提高通信效率，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)編碼增大了每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，減少了傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)，從而能夠很好地提高網(wǎng)絡(luò)通信的性能，不僅增加了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的吞吐量，也提高了寬帶的利用效率，還能平衡各網(wǎng)絡(luò)目的結(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載能力。在當(dāng)前人們?cè)絹碓揭蕾嚐o(wú)線通信技術(shù)的的背景下，網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)安全、提高資源利用率等方面也有十分重要的作用。

2 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)研究

2.1 網(wǎng)絡(luò)編碼的路由協(xié)議

在數(shù)據(jù)通信技術(shù)當(dāng)中，路由器提供了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包發(fā)送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，路由是根據(jù)IP數(shù)據(jù)包發(fā)送的路徑信息。為了保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，就必須?shí)現(xiàn)制定規(guī)范的路由協(xié)議?；诰W(wǎng)絡(luò)編碼的路由協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用的基礎(chǔ)，將網(wǎng)絡(luò)編碼與路由協(xié)議統(tǒng)一到一個(gè)較高層次，從而滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。在?dāng)代社會(huì)發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)通信技術(shù)的作用越來越大，人們對(duì)數(shù)據(jù)通信性能需求不斷提高，為了更好地滿足當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的需求，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信就必須對(duì)其路由協(xié)議進(jìn)行相關(guān)的研究。利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳送能夠極大的提高信息傳送效率。這不但是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)編碼可以使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)單次傳送的信息量大幅度增加，還在于網(wǎng)絡(luò)編碼可以減少分組的傳送次數(shù)，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?/p>

2.2 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳送模型

構(gòu)造算法的提出，為網(wǎng)絡(luò)編碼的成功構(gòu)造以及保證網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)成功解碼數(shù)據(jù)奠定了可靠的基礎(chǔ)，在實(shí)際應(yīng)用中，算法的復(fù)雜程度較低，易于部署應(yīng)用。當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)編碼的碼構(gòu)造算法主要有線性網(wǎng)絡(luò)編碼和隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼等，就編碼機(jī)制設(shè)計(jì)的實(shí)際情況來看，其中比較常用的是線性網(wǎng)絡(luò)編碼，基于網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的不同輸入鏈路信息實(shí)現(xiàn)線性組合，進(jìn)而將組合的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。就線性網(wǎng)絡(luò)編碼的實(shí)際應(yīng)用情況來看，其主要包括指數(shù)時(shí)間算法、多項(xiàng)式算法以及隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼算法等比較典型的碼構(gòu)造算法。而隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼方案往往具有相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活性，因此，線性編碼運(yùn)算形式具有簡(jiǎn)便性，可以提高數(shù)據(jù)通信質(zhì)量和效果，在實(shí)際編碼過程中大多采用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼構(gòu)造方案。

2.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

結(jié)構(gòu)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)編碼研究中涉及到的主要部分還是在網(wǎng)絡(luò)層方面，特別是如何有效地將路由協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)編碼有機(jī)結(jié)合，是基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究的重要方面。有一部分研究已經(jīng)深入到網(wǎng)絡(luò)編碼如何有效結(jié)合協(xié)議結(jié)構(gòu)中其他協(xié)議層，例如網(wǎng)絡(luò)編碼與MAC層協(xié)議或者與傳送層TCP協(xié)議等等的結(jié)合問題。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)編碼的特性與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的方式有很大的區(qū)別，所以為了不更改已普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將網(wǎng)絡(luò)編碼與其融合將會(huì)遇到各種各樣新的問題，例如，它們之間的兼容性、網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)是否會(huì)產(chǎn)生不利的影響。這些問題都是后來研究者需要解決的問題，同時(shí)也為研究基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)提供了框架性借鑒，使得網(wǎng)絡(luò)編碼能夠與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有機(jī)融合，提高網(wǎng)絡(luò)通信性能。

2.4 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳送性能保證機(jī)制

在標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送極易受到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的易變性和數(shù)據(jù)傳送的突發(fā)性等因素的影響和作用，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)分組丟失以及數(shù)據(jù)傳送延時(shí)等問題。因此，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，探討數(shù)據(jù)傳送性能保證的編碼策略方法，最大程度上提高數(shù)據(jù)傳送的可靠性，避免數(shù)據(jù)傳送延時(shí)情況出現(xiàn)。相關(guān)學(xué)者研究表明，采用多速率編碼機(jī)制并利用不同鏈路的數(shù)據(jù)執(zhí)行相關(guān)決策機(jī)制，有助于降低網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，使?shù)據(jù)傳送延時(shí)問題得以有效控制，在未來發(fā)展過程中，相關(guān)解決方案仍有待進(jìn)一步探索。

總之，在這個(gè)信息化快速發(fā)展的社會(huì)地方中，人們對(duì)數(shù)據(jù)通信性能要求不斷提高，為了更好地滿足人們的需求，加大數(shù)據(jù)通信技術(shù)的研究顯得極為重要。網(wǎng)絡(luò)編碼的提出為我國(guó)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)全新的平臺(tái)。隨著網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用不斷推廣，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)不僅可以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，減少信息的冗余，同時(shí)還可以保障數(shù)據(jù)通信的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)將會(huì)在不斷的實(shí)踐過程中加以完善可發(fā)展，為我國(guó)當(dāng)前社會(huì)提供更多、更好的發(fā)展契機(jī)。

[1]余翔，呂世起，曾銀強(qiáng).C-RAN平臺(tái)下信道編碼與網(wǎng)絡(luò)編碼的聯(lián)合算法設(shè)計(jì)[J].廣東通信技術(shù)，2016(4).

[2]袁遠(yuǎn).基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸性能分析和優(yōu)化技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 2011.