山東省招遠(yuǎn)市阜山鎮(zhèn)廣播電視站 李寶杰

一、什么是網(wǎng)絡(luò)編碼

網(wǎng)絡(luò)編碼，是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)將接收到的信息進(jìn)行編碼后再轉(zhuǎn)發(fā)出去的多點(diǎn)傳送技術(shù)，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(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，中間節(jié)點(diǎn)扮演著編碼器或信號處理器的角色。根據(jù)圖論中的最大流-最小割定理，數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方通信的最大速率不能超過雙方之間的最大流值(或最小割值)，如果采用傳統(tǒng)多播路由的方法，一般不能達(dá)到該上界。R Ahlswede等人以蝴蝶網(wǎng)絡(luò)的研究為例，指出通過網(wǎng)絡(luò)編碼，可以達(dá)到多播路由傳輸?shù)淖畲罅鹘纾岣吡诵畔⒌膫鬏斝?，從而奠定了網(wǎng)絡(luò)編碼在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信研究領(lǐng)域的重要地位。

二、網(wǎng)絡(luò)編碼方案

網(wǎng)絡(luò)編碼方案可分為線性和非線性兩種，其中線性方法的編碼和解碼都相對簡單，因此，一般都傾向于采用線性方法。Li指出在有向網(wǎng)絡(luò)中，如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)編碼問題有解，則一定有線性解。從理論上保證了線性算法的有效性。線性組合要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有更高的計(jì)算能力，然而根據(jù)摩爾定律，隨著處理成本的降低，網(wǎng)絡(luò)的“瓶頸”逐漸轉(zhuǎn)向業(yè)務(wù)所需的更高的帶寬支持和服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證。網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)際上是用節(jié)點(diǎn)處理能力換取更高的網(wǎng)絡(luò)效率。

（一）編碼過程

線性網(wǎng)絡(luò)編碼是將節(jié)點(diǎn)傳送信息線性映射到一個(gè)有限域內(nèi)，利用線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)編譯碼過程。假設(shè)每個(gè)信息數(shù)據(jù)包為L比特，當(dāng)它與要組合的數(shù)據(jù)包長度不同較短的信息附加額外一串“0”，將包中的s個(gè)連續(xù)比特組成域上的一個(gè)符號，則一個(gè)包中包含L/s個(gè)符號。在線性編碼下，運(yùn)用乘法和加法運(yùn)算，使從節(jié)點(diǎn)發(fā)出去的數(shù)據(jù)為該節(jié)點(diǎn)接受到信息的線性組合。假設(shè)一個(gè)源或多個(gè)源產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)包含信息為M1.......Mn，則在線性網(wǎng)絡(luò)編碼中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可表示為線性網(wǎng)絡(luò)編碼是將節(jié)點(diǎn)傳送信息線性映射到一個(gè)有限域內(nèi)，利用線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)編譯碼過程。假設(shè)每個(gè)信息數(shù)據(jù)包為L比特，當(dāng)它與要組合的數(shù)據(jù)包長度不同時(shí)，較短的信息附加額外一串“0”，將包中的s個(gè)連續(xù)比特組成域上的一個(gè)符號，則一個(gè)包中包含L/s個(gè)符號。在線性編碼下，運(yùn)用乘法和加法運(yùn)算，使從節(jié)點(diǎn)發(fā)出去的數(shù)據(jù)為該節(jié)點(diǎn)接收到信息的線性組合。

（二）解碼過程

解碼需要求解一組線性方程。實(shí)際中，可以應(yīng)用高斯消去的方法：節(jié)點(diǎn)存貯編碼向量以及編碼之后的結(jié)果，以行向量的形式，存儲在所謂解碼矩陣中。最初，解碼矩陣中只包含未經(jīng)該節(jié)點(diǎn)編碼的包以及與之相對應(yīng)的編碼向量(如果有的話)，否則為空。當(dāng)接收到一個(gè)已編碼包后，會從中抽取它的編碼向量以及編碼結(jié)果，放入到解碼矩陣中。解碼矩陣會經(jīng)過等價(jià)變換變成行階梯型，最終變成行最簡型。所收到的某一個(gè)包如果可以增加矩陣的秩，則稱之為更新包，如果所收到的包是非更新的，它可以通過等價(jià)變換變?yōu)槿?，從而可以忽略。?dāng)解碼矩陣變換成最簡型后，方程組得解。這種情況發(fā)生在當(dāng)接收到n個(gè)線性獨(dú)立的編碼向量之后。

三、總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)編碼(Network Coding)是進(jìn)入21世紀(jì)后通信領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，它融合了編碼和路由的概念，通過允許對來自不同鏈路的信息進(jìn)行編碼組合，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)既實(shí)現(xiàn)路由功能又實(shí)現(xiàn)編碼功能.網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用可以改善網(wǎng)絡(luò)性能，甚至可以改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、改變網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)方法，可以說網(wǎng)絡(luò)編碼正在給現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶來革命性的變化。

[1]無線網(wǎng)絡(luò)編碼綜述[D].復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院.

[2]網(wǎng)絡(luò)編碼中的優(yōu)化問題研究[D].華中科技大學(xué)電子與信息工程系.

[3]無線自組織網(wǎng)絡(luò)的編碼技術(shù)[D].北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院.