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基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
【摘要】網(wǎng)絡(luò)編碼可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅�，網(wǎng)絡(luò)編碼的基本思想是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，還參與數(shù)據(jù)處理。網(wǎng)絡(luò)編碼的出現(xiàn)更迎合了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，本文關(guān)注了網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中的研究和應(yīng)用，初步探討了面對網(wǎng)絡(luò)編碼，我們應(yīng)采取和研究的信息安全措施，同時提出了針對網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)著力解決的研究問題以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如何依靠網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行安全有效的信息交換，并對其發(fā)展進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)編碼 無線網(wǎng)絡(luò) 信息交換
1、網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的差異
在傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程中，要借助路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，根據(jù)數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址，路由器將數(shù)據(jù)包向各個鏈路發(fā)送。由于沒有統(tǒng)一的安排和協(xié)調(diào)，在同一鏈路中會出現(xiàn)很多數(shù)據(jù)包，必須排隊等待通過的情況，這就制約了計算機網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度和效率的提升。2000年，新型網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就得到了廣泛關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)著力解決的問題是有效地將同時到達(dá)路由器的數(shù)據(jù)同時發(fā)送出去，不讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生擁塞，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速度。
2、網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
2.1網(wǎng)絡(luò)編碼的概念
網(wǎng)絡(luò)編碼是一種融合了路由和編碼的信息交換技術(shù)，它的核心思想是在網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點上對各條信道上收到的信息進(jìn)行線性或者非線性的處理，然后轉(zhuǎn)發(fā)給下游節(jié)點，中間節(jié)點扮演著編碼器或信號處理器的角色。
2.2網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢
網(wǎng)絡(luò)編碼融合了路由和編碼的概念，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，還可以進(jìn)行編碼處理，已證明了使用線性網(wǎng)絡(luò)編碼已經(jīng)能足夠達(dá)到網(wǎng)絡(luò)多播容量。但網(wǎng)絡(luò)編碼的好處不止這些，尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)時。網(wǎng)絡(luò)編碼首先應(yīng)被應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。無線網(wǎng)絡(luò)的特性是不可靠性和廣播特性，使網(wǎng)絡(luò)編碼非常適合應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)上，因為無線鏈路的不可靠性和物理層廣播特性非常適合使用編碼的方法。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼，可以解決傳統(tǒng)路由、跨層設(shè)計等技術(shù)無法解決的問題，提高網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。無線網(wǎng)絡(luò)的廣播特性使其非常適合使用網(wǎng)絡(luò)編碼，當(dāng)一個節(jié)點傳輸一個數(shù)據(jù)包給它的一個鄰居節(jié)點時，它的其它鄰居節(jié)點也可以接收到這個數(shù)據(jù)包。因此，當(dāng)一個節(jié)點的鄰居節(jié)點對不同的數(shù)據(jù)包感興趣時，可以將這些數(shù)據(jù)包編碼后再一起傳輸，這樣子可以使其所有的鄰居節(jié)點都收到感興趣的數(shù)據(jù)包并可以節(jié)約無線資源。
應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼，可以解決傳統(tǒng)路由、跨層設(shè)計等技術(shù)無法解決的問題，提高網(wǎng)絡(luò)性能。網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用可以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，尤其是組播吞吐量。可以減少數(shù)據(jù)包的傳播次數(shù)，降低無線發(fā)送能耗。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)部分節(jié)點或鏈路失效時采用隨機網(wǎng)絡(luò)編碼，最終在目的節(jié)點仍然能恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，增強網(wǎng)絡(luò)的容錯性和魯棒性。網(wǎng)絡(luò)編碼對無線網(wǎng)絡(luò)的性能改善主要體現(xiàn)在提高網(wǎng)絡(luò)編碼的吞吐量上，網(wǎng)絡(luò)編碼已經(jīng)被證明對于提高某些網(wǎng)絡(luò)的吞吐量有著很大的作用。運用網(wǎng)絡(luò)編碼可以在很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，但是同時會增加網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。不少研究者在研究提高無線網(wǎng)絡(luò)的組播吞吐量的同時，研究如何降低因采用網(wǎng)絡(luò)編碼帶來的復(fù)雜性。在網(wǎng)絡(luò)狀況惡劣的條件下，網(wǎng)絡(luò)編碼和路由之間組播吞吐量的差別不大，網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)勢體現(xiàn)在降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性上;在網(wǎng)絡(luò)狀況較好的條件下，網(wǎng)絡(luò)編碼相對于路由方法，在很大程度上，提高了組播吞吐量。這為根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)編碼算法提供了可能。
2.3網(wǎng)絡(luò)編碼如何提高無線網(wǎng)絡(luò)的安全性
網(wǎng)絡(luò)編碼在提高無線網(wǎng)絡(luò)的安全性研究方面亦取得了一定的成果。在無線網(wǎng)絡(luò)組播中，對于數(shù)據(jù)包的惡意修改的檢測，過去是使用基于消息認(rèn)證碼或者數(shù)字簽名的方法�；诰W(wǎng)絡(luò)編碼產(chǎn)生了一種基于數(shù)據(jù)包的隨機網(wǎng)絡(luò)編碼檢測策略，這種方法計算量小，而且檢測概率可以根據(jù)通信控制開銷、網(wǎng)絡(luò)編碼復(fù)雜程度和檢測時間這些因素進(jìn)行調(diào)控。但這種方法亦存在不足。這種方法要求接收節(jié)點需要預(yù)先獲得至少一個沒有被惡意修改過的數(shù)據(jù)包，并且數(shù)據(jù)包的內(nèi)容不能被攻擊者知曉，因此，這種方法對抗攻擊效果不好。
無線網(wǎng)絡(luò)廣播重傳處理中,多個接收節(jié)點中的任意一個節(jié)點的丟包都要求源節(jié)點重傳數(shù)據(jù)包,需要廣播發(fā)送較多的重傳次數(shù).本文將隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)廣播重傳中,提出一種新穎的廣播重傳方法(RLNCBR)。該方法中,源節(jié)點記錄多個接收節(jié)點中丟包最多的接收節(jié)點丟包數(shù),再按照隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼的方法編碼組合該丟包數(shù)個線性編碼包。源節(jié)點廣播重傳，接收節(jié)點采用運算編碼線性組合的方法獲得信息包數(shù)據(jù)。數(shù)學(xué)分析表明,該方法能保證所有接收節(jié)點的編碼可解性,同時重傳次數(shù)可達(dá)到理論最優(yōu)性。模擬測試結(jié)果表明:與傳統(tǒng)重傳方法相比,RLNCBR有效地減少了信息包的平均傳輸次數(shù),提高了傳輸效率。
3網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用發(fā)展方向
網(wǎng)絡(luò)編碼正在給現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶來革命性的變化：網(wǎng)絡(luò)編碼從用來達(dá)到有線網(wǎng)絡(luò)中的組播容量，發(fā)展到在有線和無線網(wǎng)絡(luò)中提高吞吐量、節(jié)省能量、增強魯棒性和安全性，甚至改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、改變網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計方法。網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用還存在著以下的幾個問題：網(wǎng)絡(luò)編碼的具體實現(xiàn)和降低網(wǎng)絡(luò)編碼的復(fù)雜性。現(xiàn)在已經(jīng)提出了很多網(wǎng)絡(luò)編碼方法，有集中式線性網(wǎng)絡(luò)編碼和分布式隨機網(wǎng)絡(luò)編碼，但是如何在實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼，需要考慮許多實際應(yīng)用問題，例如同步、控制開銷等。網(wǎng)絡(luò)編碼在實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中如何實現(xiàn)是一個很迫切的問題。采用網(wǎng)絡(luò)編碼可以在很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)性能，但設(shè)計和實現(xiàn)上的復(fù)雜性也隨之增加。如何在不顯著增加網(wǎng)絡(luò)開銷，綜合考慮效率和性能的前提下，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼問題是將來需要進(jìn)行深入研究的方向。
4結(jié)束語
無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境由于環(huán)境的多變性,使得數(shù)據(jù)包在傳輸過程中更加容易丟失。目前,重傳常被用來實現(xiàn)無線廣播的錯誤處理,普通重傳方法思想基于發(fā)送方通過反饋得到接收方的出錯情況,重傳出錯的數(shù)據(jù)報文來恢復(fù)出錯的報文。
網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)是近十年來飛速發(fā)展的一個研究課題。雖然還沒有應(yīng)用到實際的通信網(wǎng)絡(luò)中，但已引起了較大的關(guān)注，比如美國軍方已經(jīng)意識到網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的優(yōu)勢，已經(jīng)撥款研究網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在移動自組網(wǎng)(Mobile Ad HocNetwork)中的應(yīng)用。因此,我們也應(yīng)當(dāng)及時跟蹤國際上的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的發(fā)展趨勢。同時,結(jié)合各種應(yīng)用深入思考網(wǎng)絡(luò)所涉及的各種安全技術(shù)問題。
參考文獻(xiàn)
[1]范明,盂小峰.數(shù)據(jù)挖掘概念與技術(shù)[M] .機械工業(yè)出社,2001.8.
[2]胡國強. 數(shù)據(jù)挖掘在遠(yuǎn)程教育決策支持系統(tǒng)的運用[J].開放教育研究,2003,(5)44-45.
[3]YEUNG R W, ZHANG Z. Distributed source coding for satellite communications [J]. IEEE Transactions on Information Theory, 1999, 45(3):1111-1120.
[4]沈逸.多媒體教學(xué)應(yīng)用與CAI 的比較研究[J].開放教育研究,1995(5):20～22.
[5]朱紹祖.多媒體技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù),2003,8(4):218～220.
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