1网络编码资料.doc

网络编码是Ahlswede等人于2000年提出的一种网络数据传输方式1.它在概念上是路由的扩展.在传统的基于路由的网络(下文简称路由网络)中,网络节点(路由器、交换机等)只执行数据的转发和复制两项操作;而在使用网络编码的网络中,网络节点原则上能够对接收到的数据进行任意的编码操作(如线性变换等),再将编码结果复制或转发.与路由相比,网络编码的优势主要体现在组播应用中.它可以提升吞吐率,达到有向网络(directed networks)的组播容量(multicast capacity)1.传统的网络中，路由器或网络中间节点(如F2P网络中的各主机)对收到的数据包只简单转发到下一个节点。而利用网络编码，网络节点可以把收到的多个数据包通过一定的编码手段(如线性编码)重新组包再发送到下一节点，接收端收到一定数量的包后通过解码获得数据。网络编码可以提高网络吞吐量，增强可靠性2，但同时也增加了网络节点的计算量。根据摩尔定理，处理器的速率将越来越高，网络传输的瓶颈不在于运算量而在于网络带宽和服务质量。网络编码正是利用了计算机强大的计算能力来提高网络吞吐量，保证可靠的服务质量。网络编码的基本思想是网络的中继节点不再只进行数据的存储转发，而是对收到的数据进行处理之后再发送出去，以达到节省网络资源、提高网络性能的目的。【摘要】网络编码可以优化网络传输的性能，网络编码的基本思想是网络节点不仅对数据进行存储转发，还参与数据处理。网络编码的出现更迎合了无线网络技术的发展，本文关注了网络编码在无线网络中的研究和应用，初步探讨了面对网络编码，我们应采取和研究的信息安全措施，同时提出了针对网络编码应着力解决的研究问题以及无线网络技术如何依靠网络编码进行安全有效的信息交换，并对其发展进行了展望。 关键词：网络编码无线网络信息交换1、网络编码技术与传统网络的差异 在传统的计算机网络数据传输过程中，要借助路由器进行数据传递，根据数据的目标地址，路由器将数据包向各个链路发送。由于没有统一的安排和协调，在同一链路中会出现很多数据包，必须排队等待通过的情况，这就制约了计算机网络的传输速度和效率的提升。2000年，新型网络编码技术一经出现就得到了广泛关注。网络编码技术着力解决的问题是有效地将同时到达路由器的数据同时发送出去，不让数据产生拥塞，从而提高数据传输速度。 2、网络编码技术在无线网络中的应用 2.1网络编码的概念 网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给下游节点，中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。 2.2网络编码应用于无线网络的优势 （对于无线网络来说，一方面，无线信道的广播特性为网络编码的应用提供了有利条件；另一方面，无线信道衰落、干扰及噪声等因素又给网络编码的应用带来了新的挑战。）网络编码融合了路由和编码的概念，使网络节点不仅可以对数据进行存储转发，还可以进行编码处理，已证明了使用线性网络编码已经能足够达到网络多播容量。但网络编码的好处不止这些，尤其是当网络编码应用于无线网络时。网络编码首先应被应用在无线网络环境。无线网络的特性是不可靠性和广播特性，使网络编码非常适合应用在无线网络上，因为无线链路的不可靠性和物理层广播特性非常适合使用编码的方法。应用网络编码，可以解决传统路由、跨层设计等技术无法解决的问题，提高网络编码在无线网络中的应用。无线网络的广播特性使其非常适合使用网络编码，当一个节点传输一个数据包给它的一个邻居节点时，它的其它邻居节点也可以接收到这个数据包。因此，当一个节点的邻居节点对不同的数据包感兴趣时，可以将这些数据包编码后再一起传输，这样子可以使其所有的邻居节点都收到感兴趣的数据包并可以节约无线资源。 应用网络编码，可以解决传统路由、跨层设计等技术无法解决的问题，提高网络性能。网络编码在无线网络中的应用可以提高网络的吞吐量，尤其是组播吞吐量。可以减少数据包的传播次数，降低无线发送能耗。当网络部分节点或链路失效时采用随机网络编码，最终在目的节点仍然能恢复原始数据，增强网络的容错性和鲁棒性。网络编码对无线网络的性能改善主要体现在提高网络编码的吞吐量上，网络编码已经被证明对于提高某些网络的吞吐量有着很大的作用。运用网络编码可以在很大程度上提高网络吞吐量，但是同时会增加网络的复杂性。不少研究者在研究提高无线网络的组播吞吐量的同时，研究如何降低因采用网络编码带来的复杂性。在网络状况恶劣的条件下，网络编码和路由之间组播吞吐量的差别不大，网络编码的优势体现在降低网络复杂性上;在网络状况较好的条件下，网络编码相对于路由方法，在很大程度上，提高了组播吞吐量。这为根据网络状况动态调整网络编码算法提供了可能。2.3网络编码如何提高无线网络的安全性 网络编码在提高无线网络的安全性研究方面亦取得了一定的成果。在无线网络组播中，对于数据包的恶意修改的检测，过去是使用基于消息认证码或者数字签名的方法。基于网络编码产生了一种基于数据包的随机网络编码检测策略，这种方法计算量小，而且检测概率可以根据通信控制开销、网络编码复杂程度和检测时间这些因素进行调控。但这种方法亦存在不足。这种方法要求接收节点需要预先获得至少一个没有被恶意修改过的数据包，并且数据包的内容不能被攻击者知晓，因此，这种方法对抗攻击效果不好。 无线网络广播重传处理中,多个接收节点中的任意一个节点的丢包都要求源节点重传数据包,需要广播发送较多的重传次数.本文将随机线性网络编码技术应用在无线网络广播重传中,提出一种新颖的广播重传方法(RLNCBR)。该方法中,源节点记录多个接收节点中丢包最多的接收节点丢包数,再按照随机线性网络编码的方法编码组合该丢包数个线性编码包。源节点广播重传，接收节点采用运算编码线性组合的方法获得信息包数据。数学分析表明,该方法能保证所有接收节点的编码可解性,同时重传次数可达到理论最优性。模拟测试结果表明:与传统重传方法相比,RLNCBR有效地减少了信息包的平均传输次数,提高了传输效率。 3网络编码在无线网络的应用发展方向 网络编码正在给现有的网络带来革命性的变化：网络编码从用来达到有线网络中的组播容量，发展到在有线和无线网络中提高吞吐量、节省能量、增强鲁棒性和安全性，甚至改变网络结构、改变网络协议设计方法。网络编码在无线网络中的应用还存在着以下的几个问题：网络编码的具体实现和降低网络编码的复杂性。现在已经提出了很多网络编码方法，有集中式线性网络编码和分布式随机网络编码，但是如何在实际网络环境中实现网络编码，需要考虑许多实际应用问题，例如同步、控制开销等。网络编码在实际网络环境中如何实现是一个很迫切的问题。采用网络编码可以在很大程度上提高网络性能，但设计和实现上的复杂性也随之增加。如何在不显著增加网络开销，综合考虑效率和性能的前提下，实现网络编码问题是将来需要进行深入研究的方向。 4结束语 无线网络环境由于环境的多变性,使得数据包在传输过程中更加容易丢失。目前,重传常被用来实现无线广播的错误处理,普通重传方法思想基于发送方通过反馈得到接收方的出错情况,重传出错的数据报文来恢复出错的报文。 网络编码技术是近十年来飞速发展