網絡編碼

網絡編碼(Network Coding):
傳統的通訊網絡傳送數據的方式是 存儲轉發,即除了數據的發送 節點和接收節點之外的節點只負責路由,而不對數據內容作任何處理,中間節點扮演着轉發器的角色。長期以來,人們廣泛認爲在中間節點上對傳輸的數據進行加工不會產生任何收益,然而R Ahlswede等人[1]於2000年提出的網絡編碼理論完全推翻了這種傳統觀點。
網絡編碼是一種融合了路由和編碼的信息交換技術,它的核心思想是在網絡中的各個節點上對各條信道上收到的信息進行線性或者非線性的處理,而後轉發給下游節點,中間節點扮演着編碼器或信號處理器的角色。根據圖論中的最大流-最小割定理[2],數據的發送方和接收方通訊的最大速率不能超過雙方之間的最大流值(或最小割值),若是採用傳統 多播路由的方法,通常不能達到該上界。R Ahlswede等人以蝴蝶網絡的研究爲例,指出經過網絡編碼,能夠達到多播路由傳輸的最大流界,提升了信息的 傳輸效率,從而奠基了網絡編碼在現代網絡通訊研究領域的重要地位。
網絡編碼技術自七年前誕生以來,能夠說基本上藏身於各大學和實驗室中而不爲人知。這是一種編碼算法,支持者們聲稱它能夠將現有的 網絡吞吐量提升一倍,同時還能改善網絡的可靠性和防範攻擊的能力。網絡編碼技術最熱心的支持者們說,該技術將會引起網絡的下一代革命;其餘人則認爲,網絡編碼技術更有可能會潛移默化地改變目前基於 路由的網絡架構。
 

基於網絡編碼在無線網絡通訊的應用

2013-03-21 11:05 bica 論文聯盟  字號:T | T
一鍵收藏,隨時查看,分享好友!

無線網絡做爲一種新型的便捷性網絡資源,正在日益普及,尤爲是在當前網絡技術快速發展的今天顯得尤其重要。算法

AD:51CTO 網+ 第十二期沙龍:大話數據之美_如何用數據驅動用戶體驗安全

 

引言網絡

無線網絡做爲一種新型的便捷性網絡資源,正在日益普及,尤爲是在當前網絡技術快速發展的今天顯得尤其重要。架構

在無線通訊網絡技術應用中,網絡編碼是當前通訊應用中的關鍵技術之一,網絡編碼在網絡節點處對網絡信息進行有效處理,經處理後的數據進行轉存或傳輸,其實質都是都過對傳輸數據編碼操做實現的,在必定程度上節省了網絡資源消耗,提升頻譜資源利用率,網絡編碼在頻譜資源有限的條件下,能發送更多的數據傳輸,大大提升了通訊信道的傳輸容量,節省了網絡寬帶資源等優勢。因爲無線網絡數據傳輸的特殊性,使得網絡編碼改善網絡性能,優化結構和協議上進行了新的突破,具備很大應用前景。負載均衡

1.網絡編碼性能

1.1網絡編碼簡介優化

傳統的通訊網絡中,網絡節點所起到的做用只是對所傳網絡數據進行存儲或轉發功能,對中間網絡數據不作任何處理和加工,只是做爲中間路由的責任,只作中間轉發器的角色。一直以來人們廣泛認爲中間節點對於網絡數據加工不會產生其餘效益,直到2000年,R.Ahlswede等人在IEEE trans-IT上發表了一篇題爲「網絡信息流」的文章,提出了網絡編碼的概念,完全改觀了這一傳統觀點。編碼

從數據通訊理論觀點研究,節點不只僅只作存儲轉發功能,能夠對收到的相關信息進行線性或非線性編碼操做,通過處理後的編碼數據再直接傳輸出去,中間起着編碼信息的做用,網絡編碼正是根據這一思想應運而生,在網絡目標末端接收節點上,再把編碼信息從新編碼譯出,而後發送給最終的接收端。spa

1.2工做原理計算機網絡

網絡編碼融合了路由和編碼兩種信息技術的結合,其核心思想是對網絡數據傳輸過程當中的各個節點上的信息進行處理,而後傳輸給下游節點,中間節點扮演者編碼或處理信號的角色,而後在最後節點處對網絡數據進行演繹還原,中間減小傳輸複製過程,大大提升了傳輸效率。

1.3網絡編碼優勢

(1)使組播傳輸速率達到最小割最大流決定的網絡容量的上限。

(2)節省網絡帶寬資源消耗。

(3)均衡網絡負載。

(4)提升網絡魯棒性。

2.網絡編碼應用無線網絡技術分析

2.1網絡編碼技術與傳統網絡的相比

傳統的網絡數據傳輸須要通過路由器進行傳輸,路由器將依照網絡目標地址將數據包向各個鏈路傳輸,因爲缺少時序的安排,經常會出現鏈路堵塞現象,須要排隊等候,將大大制約了網絡傳輸的效率。網絡編碼技術的出現有效解決了傳統的計算機網絡傳輸過程當中路由器不能及時發送數據的問題,數據擁塞現象獲得及時解決,從而有效提升了數據的傳輸速度。

2.2網絡編碼傳輸更具備安全性

網絡編碼在無線網絡安全應用方面具備必定可靠性,在無線網絡數據傳播過程當中,傳統的檢測方法是基於消息認證碼或數字簽名的方式對數據包的惡意修改進行檢測。

基於網絡編碼產生了一種數據包的隨機網絡編碼檢測策略,這種方法計算量小,並且檢測機率能夠根據通訊控制開銷、網絡編碼複雜程度和檢測時間這些因素進行調控。這種方法亦存在不足現象,主要是要求接收節點須要預先得到至少一個沒有被惡意修改過的數據包,而且數據包的內容不能被攻擊者知曉,在數據傳輸過程抗攻擊性效果不好。

2.3無線網絡中的編碼感知路由協議

當前的無線網絡中的編碼協議,基本上都是被動的等待編碼機會,在網絡傳輸中處於被動狀態,大大影響了網絡編碼性能的發揮和利用,這種被動的策略控制方式必定程度上限制了網絡編碼吞吐量的能力,爲進一步提升網絡編碼的技術特性,需在節點上創造出更多的編碼機會,從而有效提升整個無線網絡的吞吐量能力,體現出網絡編碼的技術優點特點。

如圖1編碼感知路由機制所示,有兩個網絡流,分別爲從A到E以及從F到A。傳統的數據傳輸方式採用(a)最短路徑路由方式傳輸,可知其路徑傳輸方式爲A→B→C→E以及F→D→B→A,數據傳輸過程當中無編碼機會。若是傳輸路徑選擇(b)編碼感知路由機制則出現了編碼機會,F到A的數據傳輸路徑爲F→E→C→B→A,儘管在傳輸路徑上比(a)多了一個節點,在節點B和C處創造了編碼機會,可有效提升網絡傳輸的吞吐量。

s試圖向{\displaystyle t_{1},t_{2}}{\displaystyle t_{1},t_{2}}組播兩條消息x,y。線路cd上會須要同時傳輸x,y,通常的傳輸方案行不通。

 

2.4網絡編碼應用於無線網絡的優點

網絡編碼理論在無線網絡與有線網絡中的實際應用有着顯著的區別,主要歸結於無線網絡結構的特殊性。網絡編碼很是適宜於無線網絡環境領域的應用,網絡編碼正是針對無線鏈路的不可靠性和物理層廣播特性,可解決傳統網絡路由、跨層設計等技術沒法解決的問題,進一步推廣了網絡編碼在無線網絡領域的普遍應用。

網絡編碼具備路由和編碼相結合的技術特點,不只是鏈路中的節點具備存儲和轉發功能,同時使網絡節點具備編碼的做用,能夠解決傳統路由、跨層設計等技術沒法解決的問題,提升網絡性能。和傳統網絡編碼機制相比,無線網絡中的網絡編碼可以大大提高單播流的吞吐量,主要得益於無線介質的廣播特性。

3.網絡編碼在無線網絡的應用

隨之網絡編碼的研究,網絡編碼的優勢顯而易見,網絡編碼經過與其餘應用技術相結合的創新應用給當前無線網絡技術帶來史無前例的變化,網絡編碼應用目的是達到有線網絡的組播容量,從網絡編碼的應用技術分析,從其應用領域的發展情況代表網絡編碼不只提升了現有網絡的吞吐量,而且還改變了網絡結構及協議的設計方法,優化了網絡傳輸性能,網絡編碼的應用很大程度上提升了網絡性能,相應的網絡設計及可行性實現的複雜性也隨之增長,如何在考慮經濟成本的狀況下實現現實網絡環境編碼是未來更深刻的研究方向。

3.1網絡編碼與信道編譯碼的結合應用

網絡編碼與信道的編譯碼技術相結合的核心實質是利用網絡編碼的冗餘信息協助信道編碼,利用中繼傳輸的冗餘度來得到分集增,經過對相關聯合編碼的幾個方案分析,研究結果顯示聯合編碼在多種指標上的充分體現了其固有的性能優點,如信道容量、能量消耗、誤碼率等方面體現的較爲完美。

能夠下降無線網絡中的能量消耗,這對以電池爲能源供給的無線網絡來講,是相當重要的;從而得到好的抗噪性能,達到最大的信道容量,有效下降了編碼複雜度以及由信道噪聲帶來的失真。

3.2網絡編碼與協做分集技術的結合應用

網絡編碼與協做分集技術相互結合是在多用戶環境下,每個天線用戶在完成自身信息的同時也爲其自身的協做夥伴傳輸信息,經過編碼感知路由機制路徑上的節點相互協做,整個信息傳輸過程造成虛擬天線系統,這樣相互之間就得到較多的分集增益,從必定程度上克服了信道衰落,在協做分集的基礎上進行網絡編碼能夠同時得到分集增益和網絡編碼增益。

實現以網絡的最大流傳輸信息。在傳輸數據協做過程當中,爲提升數據傳輸速率,可在數據傳輸的節點和終端節點放置中繼器,可有效改善無線通訊系統抗衰落性能,大大提升網絡資源利用率。

4.結語

網絡編碼是近年來新興起的一個研究領域,正在引發更多人們的關注,網絡編碼在傳輸速率、負載消耗、負載均衡、魯棒性等方面帶來的優點有待於進一步深刻研究,因爲無線通訊網的網絡架構複雜多變性,數據包在傳輸過程當中容易丟失,網絡編碼技術的出現可做爲是一種協做通訊的模式口,與其餘技術相結合能夠優化網絡性能,改善網絡結構,促進網絡協議發展。

總之網絡編碼技術的應用在無線網絡數據傳輸中起到了關鍵做用,具備很廣闊的應用前景。

相關文章
相關標籤/搜索