無線網路編碼技術的論文

　　無線網路編碼技術可以提高網路的吞吐量，平衡網路中的負載，延長網路壽命。由於無線中繼技術和無線網路編碼技術都有各自的優點並且可以結合起來使用。以下是小編為大家整理到的，歡迎大家前來閱讀。

　　一：

　　1網路編碼技術與傳統網路的差異

　　在傳統的計算機網路資料傳輸過程中，要藉助路由器進行資料傳遞，根據資料的目標地址，路由器將資料包向各個鏈路傳送。由於沒有統一的安排和協調，在同一鏈路中會出現很多資料包，必須排隊等待通過的情況，這就制約了計算機網路的傳輸速度和效率的提升。2000年，新型網路編碼技術一經出現就得到了廣泛關注。網路編碼技術著力解決的問題是有效地將同時到達路由器的資料同時傳送出去，不讓資料產生擁塞，從而提高資料傳輸速度。

　　2網路編碼技術在無線網路中的應用

　　2.1網路編碼的概念

　　網路編碼是一種融合了路由和編碼的資訊交換技術，它的核心思想是在網路中的各個節點上對各條通道上收到的資訊進行線性或者非線性的處理，然後轉發給下游節點，中間節點扮演著編碼器或訊號處理器的角色。

　　2.2網路編碼應用於無線網路的優勢

　　網路編碼融合了路由和編碼的概念，使網路節點不僅可以對資料進行儲存轉發，還可以進行編碼處理，已證明了使用線性網路編碼已經能足夠達到網路多播容量。但網路編碼的好處不止這些，尤其是當網路編碼應用於無線網路時。網路編碼首先應被應用在無線網路環境。無線網路的特性是不可靠性和廣播特性，使網路編碼非常適合應用在無線網路上，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。應用網路編碼，可以解決傳統路由、跨層設計等技術無法解決的問題，提高網路編碼在無線網路中的應用。無線網路的廣播特性使其非常適合使用網路編碼，當一個節點傳輸一個數據包給它的一個鄰居節點時，它的其它鄰居節點也可以接收到這個資料包。因此，當一個節點的鄰居節點對不同的資料包感興趣時，可以將這些資料包編碼後再一起傳輸，這樣子可以使其所有的鄰居節點都收到感興趣的資料包並可以節約無線資源。

　　應用網路編碼，可以解決傳統路由、跨層設計等技術無法解決的問題，提高網路效能。網路編碼在無線網路中的應用可以提高網路的吞吐量，尤其是組播吞吐量。可以減少資料包的傳播次數，降低無線傳送能耗。當網路部分節點或鏈路失效時採用隨機網路編碼，最終在目的節點仍然能恢復原始資料，增強網路的容錯性和魯棒性。網路編碼對無線網路的效能改善主要體現在提高網路編碼的吞吐量上，網路編碼已經被證明對於提高某些網路的吞吐量有著很大的作用。運用網路編碼可以在很大程度上提高網路吞吐量，但是同時會增加網路的複雜性。不少研究者在研究提高無線網路的組播吞吐量的同時，研究如何降低因採用網路編碼帶來的複雜性。在網路狀況惡劣的條件下，網路編碼和路由之間組播吞吐量的差別不大，網路編碼的優勢體現在降低網路複雜性上;在網路狀況較好的條件下，網路編碼相對於路由方法，在很大程度上，提高了組播吞吐量。這為根據網路狀況動態調整網路編碼演算法提供了可能。

　　2.3網路編碼如何提高無線網路的安全性

　　網路編碼在提高無線網路的安全性研究方面亦取得了一定的成果。在無線網路組播中，對於資料包的惡意修改的檢測，過去是使用基於訊息認證碼或者數字簽名的方法。基於網路編碼產生了一種基於資料包的隨機網路編碼檢測策略，這種方法計算量小，而且檢測概率可以根據通訊控制開銷、網路編碼複雜程度和檢測時間這些因素進行調控。但這種方法亦存在不足。這種方法要求接收節點需要預先獲得至少一個沒有被惡意修改過的資料包，並且資料包的內容不能被攻擊者知曉，因此，這種方法對抗攻擊效果不好。

　　無線網路廣播重傳處理中，多個接收節點中的任意一個節點的丟包都要求源節點重傳資料包，需要廣播發送較多的重傳次數.本文將隨機線性網路編碼技術應用在無線網路廣播重傳中，提出一種新穎的廣播重傳方法***RLNCBR***。該方法中，源節點記錄多個接收節點中丟包最多的接收節點丟包數，再按照隨機線性網路編碼的方法編碼組合該丟包數個線性編碼包。源節點廣播重傳，接收節點採用運算編碼線性組合的方法獲得資訊包資料。數學分析表明，該方法能保證所有接收節點的編碼可解性，同時重傳次數可達到理論最優性。模擬測試結果表明：與傳統重傳方法相比，RLNCBR有效地減少了資訊包的平均傳輸次數，提高了傳輸效率。

　　3網路編碼在無線網路的應用發展方向

　　網路編碼正在給現有的網路帶來革命性的變化：網路編碼從用來達到有線網路中的組播容量，發展到在有線和無線網路中提高吞吐量、節省能量、增強魯棒性和安全性，甚至改變網路結構、改變網路協議設計方法。網路編碼在無線網路中的應用還存在著以下的幾個問題：網路編碼的具體實現和降低網路編碼的複雜性。現在已經提出了很多網路編碼方法，有集中式線性網路編碼和分散式隨機網路編碼，但是如何在實際網路環境中實現網路編碼，需要考慮許多實際應用問題，例如同步、控制開銷等。網路編碼在實際網路環境中如何實現是一個很迫切的問題。採用網路編碼可以在很大程度上提高網路效能，但設計和實現上的複雜性也隨之增加。如何在不顯著增加網路開銷，綜合考慮效率和效能的前提下，實現網路編碼問題是將來需要進行深入研究的方向。

　　4結束語

　　無線網路環境由於環境的多變性，使得資料包在傳輸過程中更加容易丟失。目前，重傳常被用來實現無線廣播的錯誤處理，普通重傳方法思想基於傳送方通過反饋得到接收方的出錯情況，重傳出錯的資料報文來恢復出錯的報文。

　　網路編碼技術是近十年來飛速發展的一個研究課題。雖然還沒有應用到實際的通訊網路中，但已引起了較大的關注，比如美國軍方已經意識到網路編碼技術的優勢，已經撥款研究網路編碼技術在移動自組網***MobileAdHocNetwork***中的應用。因此，我們也應當及時跟蹤國際上的網路編碼技術的發展趨勢。同時，結合各種應用深入思考網路所涉及的各種安全技術問題。

　　二：

　　網路編碼作為一種新的技術在寬頻無線自組織網路中有很好的應用，通過網路編碼，中間節點可以將接收資訊進行編碼併發送出去，提高了網路吞吐量和健壯性。為不對現有網路的軟硬體裝置和相應的協議做很大的修改，可以選擇在高層實現網路編碼。無線感測器網路、無線格狀網***Mesh***等無線自組織網路都可以使用網路編碼技術顯著提高多跳鏈路的傳輸效能。由此可見，網路編碼的出現更迎合了無線網路技術的發展。

　　一.網路編碼技術原理

　　網路編碼***Network coding***從廣義上來講，是網路中的節點將接收到的資訊進行編碼後再轉發出去的多點傳送***Multicast***技術。多點傳送***也稱組播***是網路中的一種重要的通訊方式。當一個或幾個節點同時向若干個其他節點發送資料時，往往要藉助其他節點的傳遞。

　　在傳統的網路中，作為中繼的節點只能對接收到的訊號進行復制、放大和轉發，這對於網路資源有時候是一種浪費。網路編碼技術打破了這種限制，它允許中繼節點對接收到的資訊進行編碼，並將接收到的多個數據包按照某種特定演算法重新組合再發送出去。

　　二.網路編碼技術在無線網路中的應用

　　1、網路編碼的概念

　　2、網路編碼應用於無線網路的優勢

　　3、網路編碼如何提高無線網路的安全性

　　三.網路編碼在無線網路的應用發展方向

　　三：

　　1 簡介

　　網路編碼是指網路中的節點既具有儲存轉發的功能，還具有對來自不同鏈路中的資料包進行編碼組合，將其壓縮成一個數據包進行傳輸的功能。其優越性在於能夠提高網路傳輸速率，逼近多播最大容量，節約網路頻寬，改善網路負載均衡，提高網路資訊保安性。不足之處是增加了節點的計算複雜性及網路傳輸時延，存在同步問題和安全隱患。

　　網路編碼是在解決網路多播容量的環境中提出的，已有很多研究成果。目前存在兩個問題：一是網路編碼節點的選取演算法複雜度高;二是缺乏能支援網路編碼研究的模擬實驗平臺。針對這兩個問題，本文的研究內容：一是在無線網路環境下的網路編碼模型Ncma的建立，二是對NS2模擬工具的網路編碼擴充套件，實現一個通用的網路編碼模型的模擬平臺。

　　2 網路編碼模型Ncma的建立

　　網路編碼的研究從有線網路發展到無線網路，相比於有線網路，無線網路的特點是網路節點能量有限，具有天然的廣播特性，節點分佈具有多維空間的隨機性，節點之間連線受節點移動和分佈地域的限制、空間域上相互制約的相關性、時間域上訊號傳輸受時變衰落的影響等。

　　已有的網路編碼模型COPE建立在無線mesh網路中，提出按需路由協議OCR。該模型及其優化可以提高網路效能，但不能實現重疊編碼，並可能帶來更大的計算開銷。

　　本文利用COPE中最佳編碼方案、節點對資料偵聽和傳送接收報告的思想，提出網路編碼模型Ncma***Network Coding Model in Ad Hoc***，使其有較強的擴充套件性和通用性。

　　2.1 模型簡介

　　2.1.1 模型定義：

　　①網路節點：A、B、C、D……，為敘述方便，將“節點A”簡稱為“A” 。

　　②資料包：P1、P2、P3……，為敘述方便，將“資料包P1”簡稱“P1”。

　　③參編包和編碼包：網路編碼是要將若干個資料包進行編碼組合，然後產生一個新的資料包，本文將這“若干個資料包”統一稱作參編包，將“新的資料包”稱作編碼包。如P=P1?茌P2?茌P3?茌…?茌Pn，其中，諸如P1、P2等稱為參編包，P稱為編碼包。

　　④用PP1表示原始資料P1經過某種編碼操作之後得到的編碼包。

　　2.1.2 模型說明如圖1所示，該網路拓撲由六個無線節點組成，它囊括了無線Ad Hoc網路通訊中的基本通訊情況。圖1中，如果B作為源節點，A作為目的節點，則B和A的通訊屬於一個單跳通訊;如果C作為源節點，A作為目的節點，則C和A的通訊就屬於一個兩跳通訊;如果C作為源節點，E作為目的節點，則C和E的通訊就屬於一個多跳通訊。

　　2.1.3 編碼節點選取方法以往網路編碼節點的選取有兩個不足：一是演算法非常複雜，二是對現有的路由協議改動太大。本文提出了一種新的網路編碼節點選取方案，能夠簡單有效的選取編碼節點，可以較好的在現有路由方案上執行。

　　基於Ncma模型的網路編碼節點選取的主要思想是尋找目的節點的直接前驅作為編碼節點進行編碼操作。節點在傳送資料之前，先檢查目的節點是否是自己的下一跳，如果是，則先進行編碼操作，再將編碼後的資料包進行轉發;否則按照原路由直接將資料包轉發出去。

　　在以Ncma模型為基礎的通訊網路中，所有通訊情況都將歸結為一種情況：以目的節點的上一跳節點為中心的Ncma單跳通訊模型。這樣實現網路編碼的好處是最大限度的保留了傳統通訊方式，大大降低了網路編碼的實現代價。

　　2.2 基於Ncma模型的Ad Hoc路由協議要將Ncma模型應用在實際網路中，需要對現有的Ad Hoc路由協議進行相應的改動。Ncma模型要求選取目的節點的直接前驅為編碼節點，在路由的過程中能夠提供尋找目的節點直接前驅的方法。一般路由協議分為兩個部分，路由部分和轉發部分。在分組轉發之前，加入判斷語句來判斷是否要對分組進行編碼操作，如果節點不是編碼節點，則分組轉發過程和傳統的路由方式相同;如果是編碼節點，則要先轉入編碼模組，然後再對編碼後的分組進行轉發。在整個實現過程中，路由協議的其它部分基本可以不做改動。