引言

無線網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的便捷性網(wǎng)絡(luò)資源，正在日益普及，尤其是在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的今天顯得尤為重要。

在無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)編碼是當(dāng)前通信應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一，網(wǎng)絡(luò)編碼在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處對網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行有效處理，經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)存或傳輸，其實質(zhì)都是都過對傳輸數(shù)據(jù)編碼操作實現(xiàn)的，在一定程度上節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源消耗，提高頻譜資源利用率，網(wǎng)絡(luò)編碼在頻譜資源有限的條件下，能發(fā)送更多的數(shù)據(jù)傳輸，大大提高了通信信道的傳輸容量，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)寬帶資源等優(yōu)點。由于無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶厥庑?，使得網(wǎng)絡(luò)編碼改善網(wǎng)絡(luò)性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)和協(xié)議上進(jìn)行了新的突破，具有很大應(yīng)用前景。

1.網(wǎng)絡(luò)編碼

1.1網(wǎng)絡(luò)編碼簡介

傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所起到的作用只是對所傳網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲或轉(zhuǎn)發(fā)功能，對中間網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)不做任何處理和加工，只是作為中間路由的責(zé)任，只做中間轉(zhuǎn)發(fā)器的角色。一直以來人們普遍認(rèn)為中間節(jié)點對于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)加工不會產(chǎn)生其他效益，直到2000年，R.Ahlswede等人在IEEE trans-IT上發(fā)表了一篇題為“網(wǎng)絡(luò)信息流”的文章，提出了網(wǎng)絡(luò)編碼的概念，徹底改觀了這一傳統(tǒng)觀點。

從數(shù)據(jù)通信理論觀點研究，節(jié)點不僅僅只做存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以對收到的相關(guān)信息進(jìn)行線性或非線性編碼操作，經(jīng)過處理后的編碼數(shù)據(jù)再直接傳輸出去，中間起著編碼信息的作用，網(wǎng)絡(luò)編碼正是根據(jù)這一思想應(yīng)運(yùn)而生，在網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)末端接收節(jié)點上，再把編碼信息重新編碼譯出，然后發(fā)送給最終的接收端。

1.2工作原理

網(wǎng)絡(luò)編碼融合了路由和編碼兩種信息技術(shù)的結(jié)合，其核心思想是對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程中的各個節(jié)點上的信息進(jìn)行處理，然后傳輸給下游節(jié)點，中間節(jié)點扮演者編碼或處理信號的角色，然后在最后節(jié)點處對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行演繹還原，中間減少傳輸復(fù)制過程，大大提高了傳輸效率。

1.3網(wǎng)絡(luò)編碼優(yōu)點

(1)使組播傳輸速率達(dá)到最小割最大流決定的網(wǎng)絡(luò)容量的上限。

(2)節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬資源消耗。

(3)均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

(4)提高網(wǎng)絡(luò)魯棒性。

2.網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

2.1網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的相比

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸需要經(jīng)過路由器進(jìn)行傳輸，路由器將依照網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)地址將數(shù)據(jù)包向各個鏈路傳輸，由于缺乏時序的安排，常常會出現(xiàn)鏈路堵塞現(xiàn)象，需要排隊等候，將大大制約了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男省＞W(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的出現(xiàn)有效解決了傳統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中路由器不能及時發(fā)送數(shù)據(jù)的問題，數(shù)據(jù)擁塞現(xiàn)象得到及時解決，從而有效提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度。

2.2網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸更具有安全性

網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用方面具有一定可靠性，在無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳播過程中，傳統(tǒng)的檢測方法是基于消息認(rèn)證碼或數(shù)字簽名的方式對數(shù)據(jù)包的惡意修改進(jìn)行檢測。

基于網(wǎng)絡(luò)編碼產(chǎn)生了一種數(shù)據(jù)包的隨機(jī)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。這種方法亦存在不足現(xiàn)象，主要是要求接收節(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，在數(shù)據(jù)傳輸過程抗攻擊性效果很差。

2.3無線網(wǎng)絡(luò)中的編碼感知路由協(xié)議

當(dāng)前的無線網(wǎng)絡(luò)中的編碼協(xié)議，基本上都是被動的等待編碼機(jī)會，在網(wǎng)絡(luò)傳輸中處于被動狀態(tài)，大大影響了網(wǎng)絡(luò)編碼性能的發(fā)揮和利用，這種被動的策略控制方式一定程度上限制了網(wǎng)絡(luò)編碼吞吐量的能力，為進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)編碼的技術(shù)特性，需在節(jié)點上創(chuàng)造出更多的編碼機(jī)會，從而有效提高整個無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量能力，體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)編碼的技術(shù)優(yōu)勢特色。

如圖1編碼感知路由機(jī)制所示，有兩個網(wǎng)絡(luò)流，分別為從A到E以及從F到A。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式采用(a)最短路徑路由方式傳輸，可知其路徑傳輸方式為A→B→C→E以及F→D→B→A，數(shù)據(jù)傳輸過程中無編碼機(jī)會。如果傳輸路徑選擇(b)編碼感知路由機(jī)制則出現(xiàn)了編碼機(jī)會，F(xiàn)到A的數(shù)據(jù)傳輸路徑為F→E→C→B→A，盡管在傳輸路徑上比(a)多了一個節(jié)點，在節(jié)點B和C處創(chuàng)造了編碼機(jī)會，可有效提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐掏铝俊?/p>

2.4網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

網(wǎng)絡(luò)編碼理論在無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)中的實際應(yīng)用有著顯著的區(qū)別，主要?dú)w結(jié)于無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特殊性。網(wǎng)絡(luò)編碼非常適宜于無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)網(wǎng)絡(luò)路由、跨層設(shè)計等技術(shù)無法解決的問題，進(jìn)一步推廣了網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)編碼具有路由和編碼相結(jié)合的技術(shù)特色，不僅是鏈路中的節(jié)點具有存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能，同時使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有編碼的作用，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。和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制相比，無線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)編碼能夠大大提升單播流的吞吐量，主要得益于無線介質(zhì)的廣播特性。

3.網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

隨之網(wǎng)絡(luò)編碼的研究，網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)點顯而易見，網(wǎng)絡(luò)編碼通過與其他應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新應(yīng)用給當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來前所未有的變化，網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用目的是達(dá)到有線網(wǎng)絡(luò)的組播容量，從網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用技術(shù)分析，從其應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r表明網(wǎng)絡(luò)編碼不僅提高了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，并且還改變了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及協(xié)議的設(shè)計方法，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用很大程度上提高了網(wǎng)絡(luò)性能，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及可行性實現(xiàn)的復(fù)雜性也隨之增加，如何在考慮經(jīng)濟(jì)成本的情況下實現(xiàn)現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境編碼是將來更深入的研究方向。

3.1網(wǎng)絡(luò)編碼與信道編譯碼的結(jié)合應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)編碼與信道的編譯碼技術(shù)相結(jié)合的核心實質(zhì)是利用網(wǎng)絡(luò)編碼的冗余信息協(xié)助信道編碼，利用中繼傳輸?shù)娜哂喽葋慝@得分集增，通過對相關(guān)聯(lián)合編碼的幾個方案分析，研究結(jié)果顯示聯(lián)合編碼在多種指標(biāo)上的充分體現(xiàn)了其固有的性能優(yōu)勢，如信道容量、能量消耗、誤碼率等方面體現(xiàn)的較為完美。

可以降低無線網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗，這對以電池為能源供給的無線網(wǎng)絡(luò)來說，是至關(guān)重要的;從而獲得好的抗噪性能，達(dá)到最大的信道容量，有效降低了編碼復(fù)雜度以及由信道噪聲帶來的失真。

3.2網(wǎng)絡(luò)編碼與協(xié)作分集技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)編碼與協(xié)作分集技術(shù)相互結(jié)合是在多用戶環(huán)境下，每一個天線用戶在完成自身信息的同時也為其自身的協(xié)作伙伴傳輸信息，通過編碼感知路由機(jī)制路徑上的節(jié)點相互協(xié)作，整個信息傳輸過程形成虛擬天線系統(tǒng)，這樣相互之間就獲得較多的分集增益，從一定程度上克服了信道衰落，在協(xié)作分集的基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼可以同時獲得分集增益和網(wǎng)絡(luò)編碼增益。

實現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)的最大流傳輸信息。在傳輸數(shù)據(jù)協(xié)作過程中，為提高數(shù)據(jù)傳輸速率，可在數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)點和終端節(jié)點放置中繼器，可有效改善無線通信系統(tǒng)抗衰落性能，大大提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

4.結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)編碼是近年來新興起的一個研究領(lǐng)域，正在引起更多人們的關(guān)注，網(wǎng)絡(luò)編碼在傳輸速率、負(fù)載消耗、負(fù)載均衡、魯棒性等方面帶來的優(yōu)勢有待于進(jìn)一步深入研究，由于無線通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜多變性，數(shù)據(jù)包在傳輸過程中容易丟失，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的出現(xiàn)可作為是一種協(xié)作通信的模式口，與其他技術(shù)相結(jié)合可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，改善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)展。

總之網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中起到了關(guān)鍵作用，具有很廣闊的應(yīng)用前景。