P2P内容分发系统中的网络编码技术

王毅敏

摘 要 随着科技的发展，我国的科技水平得到了很大的进步，其中信息技术发展尤为突出。网络编码在本世纪初得到了大力发展，并推进了我国信息技术的发展，具有划时代的意义，这种网络编码技术突破了传统的理念，并将独立比特不能再次压缩这一经典结论推翻了，利用网络编码技术实现了对信息流的压缩功能，增强了网络的吞吐量。文章分析P2P内容分发系统中网络编码技术的作用，并对其具体的技术进行探讨。

关键词 P2P内容分发；网络编码技术；系统

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0065-01

P2P内容分发主要是用于对大文件的分发，特别是处在大量用户同时下载相同大文件中，P2P内容分发就会先将文件划分成多个数据块，并将每一个数据块都进行独立的共享，使其能够被分发、下载，这样用户就不用下载整个文件，只需要下载一个完整的数据块，通过网络对这些数据块进行交换，就能得到对文件的下载，快速的得到下载文件。

1 网络编码原理

网络编码的原理是将不同的网络信息转换成“痕迹”，这些痕迹的特点是位数小，所以可以更容易的将这些痕迹在目标节点处进行演绎还原，这样操作的目的就是避免进行反复的传输操作，也避免了将全部信息内容进行复制。利用网络编码的原理，可以实现信息在多个节点中反复传输的效果，这主要是由于信息转换成“痕迹”的特征实现的，这些痕迹最终会被送往目的端点。在整个的传输过程中，只需要将相关的信息痕迹转换成位流就可以，不需要使用额外的路由以及容量，并且网络编码原理是可以通过常规的网络设备实现的。

下面以具有两个信宿的多播网络为例进行说明网络编码的原理。图1是网络通信示意图，通过这个示意图解析这个多播网络是如何获取最大流的。图为一个单信源两信宿的网络，我们假设其每一个链路没有时间延时，也没有差错，将源节点用S表示，目的节点分别用Y、Z来表示。在a图中，我们将每一条边上的信息传输速率定为每单位时间1bit，这样通过有关的定理就能得出信源到目的节点的最大流，每条边上的最大流都是2。这样就说明信源S可以在同一时间向t1与t2发送2bit的信息量。B图式具体的一种编码方案，从图中可以看出，在信源节点向b1与b2传输2bit信息量的过程中，在节点3处，需要利用网络编码技术，将3与4输出边比特进行线性组合，得出模2加，才能够实现目的节点由这些线性组合演绎还原成b1b2，利用网络编码实现了传统路由无法在单位时间将信息传输到目的节点的功能，这是网络编码技术的优点之一。

图1 网络编码原理

2 P2P内容分发系统中的网络编码技术

在P2P内容分发系统中，利用网络编码技术实现了系统的很多功能优化，其主要表现在编码操作以及解码操作过程中。

编码操作就是将具有一定的编码参数的多元编码函数进行相关的操作。其中编码函数是一个具有多个Pieces的变量以及一个编码参数的多元函数，并且这个函数的函数值就是一个编码Pieces。用数学表示的方法将编码函数表示出来，就可以得出有编码函数相关操作产生的Pieces都具有相同的GOP，并且编码函数的参数时可以进行任意设定的。

解码操作是一个与编码操作互逆的过程，就是在已知一定数量以及正确的Pieces前提下，对全部或者是部分原始的Pieces获取的过程。由于编码操作中得到的Pieces具有同一个GOP，所以原始的Pieces自身组合的集合一定是一个可解集，并且最小解集是存在的，所以我们一般将解码操作分成以下几个步骤进行。

1）建立一个空的Pieces集合；2）对找出的Pieces集合进行验证，如果这个集合正确就将其归入建立的Pieces集合中；3）寻找新的Pieces集合，并验证其正确性以及是否对建立的空集合有用处，如果是一个正确的集合，且对步骤一中建立的集合有用，则保留在步骤一建立的集合中；4）重复步骤三中的操作，直到步骤一中建立的集合元素达到一定的数量；5）利用这个Pieces集合就能对所有的原始Pieces进行求解。

通过对编码操作以及解码操作的介绍，可以大致得出，在P2P内容分发系统中，利用网络编码技术主要是对编码函数以及解码函数的设计，对有用的Pieces进行收集，并判断Pieces是否有用，并验证其的正确性。

3 网络编码技术应用与P2P内容分布系统中的优点

在P2P网络中应用网络编码技术具有很大的优势，其主要表现在以下几个方面。

1）利用网络编码可以大大减少文件下载的时间。在文件下载的过程中，需要在一个范围较大的分布式系统中，找寻一条最佳的发送路径，这是一个较为复杂的过程，在主机对于底层网络拓扑了解较少情况下更为困难。利用网络编码技术，就可以对网络拓扑进行优化，减少其以及文件发送的先后顺序对时间的影响，降低了文件下载的时间；2）网络编码具有较好的健壮性，这主要是由于利用网络编码技术进行编码后的分组具有多样性，在文件下载过程中，如果服务器离线或者某一网络节点离开，都对文件的下载不会产生太大的影响；3）与转发协议相比，网络编码的协议对于编码性能的影响较小；4）在P2P网络中，利用网络编码技术可以提升网络传播的安全性能；5）利用网络编码技术，提升了P2P网络的吞吐量，这是由于网络编码对于均匀以及非均匀的链路都有较强的获取更多多播容量的性能，并且随着节点平均数的增加，网络吞吐量优势就越加明显。

4 总结

本文对P2P内容分发系统中的网络编码技术进行了探讨，分析了网络编码的工作原理，并对其在P2P网络中的应用优势进行了分析，对网络编码技术在P2P内容分发系统中的工作进行了探析。说明了基于网络编码技术的P2P内容分发系统是具有较大的可行性的。对于网络编码技术的发展，可以将这种技术集成到ShareStorm系统中，实现系统的量化，进一步的提升P2P内容分发系统的性能。

参考文献

[1]雷迎春，程实，吴产乐，等.应用网络编码的P2P内容分发[J].计算机研究与发展，2009，46（1）：108-109.endprint