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網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的應(yīng)用
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網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的提升始終是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員研發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容，而通過網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)可以進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的核心，其不僅會(huì)儲存轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，還會(huì)相應(yīng)的處理數(shù)據(jù)。現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，因而其發(fā)展十分迅猛。
一、網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)特點(diǎn)
傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)需要通過路由器，即在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，借助路由器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，依照數(shù)據(jù)目標(biāo)地址向不同鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)。因?yàn)樵跀?shù)據(jù)的協(xié)調(diào)安排上不能統(tǒng)一，因此很多數(shù)據(jù)包可能在一條鏈路上堆積，這就必須排隊(duì)等候處理，因而在傳輸數(shù)據(jù)的速度以及傳輸效率上網(wǎng)絡(luò)就會(huì)受到巨大的影響。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應(yīng)用始于2000年，其出現(xiàn)有效解決了上述問題。當(dāng)數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)路由器時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)能夠同時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)，而不至數(shù)據(jù)在鏈路中發(fā)生擁塞，進(jìn)一步推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的發(fā)展。
二、網(wǎng)絡(luò)編碼技的應(yīng)用
1.概念分析。
從本質(zhì)上分析網(wǎng)絡(luò)編碼器是一種信息交換技術(shù)，其融合了編碼以及路由技術(shù)，其核心是對信號的處理，將每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的受到的信號進(jìn)行線性處理或非線性處理，并將處理后的信息想下游節(jié)點(diǎn)發(fā)送，在該技術(shù)中中間節(jié)點(diǎn)起到了信號處理以及編碼的作用。
2.技術(shù)優(yōu)勢。
由于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)集合了編碼技術(shù)以及路由技術(shù)，因而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不單單起到了數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)儲存作用，還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，從而使得網(wǎng)絡(luò)具有了多播容量，通過使用線性網(wǎng)絡(luò)編碼，進(jìn)一步擴(kuò)充了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。但是該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢不僅僅有這些，若在無限網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，其優(yōu)勢更為明顯。首先廣播特性以及不可靠性是無線網(wǎng)絡(luò)的基本特性，但是這種特性恰恰適合網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應(yīng)用。通過使用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，很多傳統(tǒng)的技術(shù)無法解決的問題便可以迎刃而解。另外由于無線網(wǎng)絡(luò)具有廣播特性，因而在使用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)時(shí)，在相鄰節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)，則傳出點(diǎn)周圍的節(jié)點(diǎn)都可以接收該數(shù)據(jù)包。所以，若一個(gè)節(jié)點(diǎn)對其相鄰多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包感興趣，那么可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并將編碼后的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)狡渌噜彽母信d趣的及誒但，從而節(jié)約無線網(wǎng)絡(luò)資源，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)中大多會(huì)使用跨層設(shè)計(jì)以及路由器等設(shè)備改善網(wǎng)絡(luò)傳輸效率低的問題，但是網(wǎng)絡(luò)性能的發(fā)展卻因此受到的阻礙，而網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應(yīng)用使得這些技術(shù)難題迎刃而解，通過使用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)仍舊能夠?qū)⒃紨?shù)據(jù)恢復(fù)，提高了網(wǎng)絡(luò)的魯棒性以及容錯(cuò)性。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)能夠有效提高吞吐量，從這方面改善網(wǎng)絡(luò)性能，并且從實(shí)際的應(yīng)用中也可以證明，對于某些網(wǎng)絡(luò)吞吐量，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)能夠有效予以提高。很多研究者在研究該技術(shù)的同時(shí)還會(huì)想方設(shè)法降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性。從而使得網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)能夠依照網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際動(dòng)態(tài)狀況進(jìn)行調(diào)整。
3.如何提高無線網(wǎng)絡(luò)的安全性。
網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)除了能夠有效提高無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，降低傳輸能耗，其在網(wǎng)絡(luò)安全性能提升上也取得了巨大的成果。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)安全措施大多會(huì)使用數(shù)字簽名以及消息認(rèn)證碼的方式，因此防止惡意刪改數(shù)據(jù)包，確保無線網(wǎng)絡(luò)安全性。而使用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)則是通過產(chǎn)生隨機(jī)編碼檢測的方式，這種方式相對較為簡便，并且根據(jù)監(jiān)測時(shí)間以及復(fù)雜程度以及通訊控制開銷等條件可以對檢測概率進(jìn)行調(diào)整。但這種方式仍舊存在很大的不足，即對抗惡意攻擊的效果相對較差。無線網(wǎng)絡(luò)廣播重傳處理中，多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)的丟包都要求源節(jié)點(diǎn)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(jī)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(diǎn)記錄多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)中丟包最多的接收節(jié)點(diǎn)丟包數(shù)，再按照隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼的方法編碼組合該丟包數(shù)個(gè)線性編碼包。源節(jié)點(diǎn)廣播重傳，接收節(jié)點(diǎn)采用運(yùn)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(diǎn)的編碼可解性，同時(shí)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。
三、技術(shù)發(fā)展方向
現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的推動(dòng)下發(fā)生了革命性的轉(zhuǎn)變，首先在有線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)用以增加組播容量，而現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)則可以用以提高有線網(wǎng)絡(luò)及無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，并且信號傳輸中能耗更低，在網(wǎng)絡(luò)中使用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)安全性更好、魯棒性更高。通過網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)還能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改。但是該技術(shù)的應(yīng)用目前還存在一些問題，由于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)起步交往，雖然通過該技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率以及網(wǎng)絡(luò)安全性得到了很大的提升，但是其具體實(shí)現(xiàn)以及復(fù)雜度的降低仍舊是目前的技術(shù)難點(diǎn)。目前網(wǎng)絡(luò)編碼方式相對較多，目前常用的包括分布式隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼以及集中式線性網(wǎng)絡(luò)編碼兩種方式，但是應(yīng)用過程中需要考慮的應(yīng)用問題較多。如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼在實(shí)際的應(yīng)用中是極其重要的一點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)性能可以在網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的支持下得到很大的提升，但是復(fù)雜度也會(huì)隨之提升，如何在維持原有網(wǎng)絡(luò)開銷的前提下，綜合性能以及效率兩方面，首先網(wǎng)絡(luò)編碼這將是未來該技術(shù)發(fā)展的主要方向。
綜上所述，不同于有線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較為多變，這就使得網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性較差，數(shù)據(jù)在傳輸過程中容易發(fā)生數(shù)據(jù)的丟失。目前在無線廣播網(wǎng)絡(luò)中對丟失數(shù)據(jù)常常采用重傳的方式進(jìn)行處理，通常的重傳方式主要基于接收方向傳送方發(fā)送出錯(cuò)信息，通過將出錯(cuò)數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸?shù)姆绞交謴?fù)出錯(cuò)的報(bào)文。而網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)則打破了這種方式，雖然還沒有應(yīng)用到實(shí)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(dòng)自組網(wǎng)(Mobile Ad HocNetwork)中的應(yīng)用。因此，我們也應(yīng)當(dāng)及時(shí)跟蹤國際上的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的發(fā)展趨勢。同時(shí)，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。
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