无线网络编码协议的研究

陶雯

江苏第二师范学院数学与信息技术学院



无线网络编码协议的研究

陶雯

江苏第二师范学院数学与信息技术学院

本文首先介绍了无线网络编码的研究进展，接着描述了网络编码的核心思想，最后介绍了典型的无线网络编码协议COPE协议以及现有的网络编码协议的研究现状。

网络编码 机会转发 COPE协议

网络编码是目前流行的网络数据传输方式，可以改进网络的容错力、降低端到端时延以及提高网络的吞吐量。本文首先介绍无线网络编码的研究进展，接着描述了网络编码的核心思想，最后介绍了典型的无线网络编码协议COPE协议以及网络编码协议的研究现状。

1　无线网络编码研究进展

R.Ahiswede等人在2000年首次提出网络编码（ network coding，NC）的基本思想，其最大的优点就是能够在数据包传输过程中提高网络带宽的利用率。

在非编码的网络中，当传输的数据包到达中间节点后，其不做任何处理直接将数据包传输到下一个节点，而在实现网络编码的传输过程中，当来自不同链路的数据包到达中间节点后，该节点将数据包进行编码后再发送出去。目的节点接受到不是原始数据包，而是经过编码的数据包，其需要进行解码才可以得出原始数据包。网络编码改变了中间节点只能对数据包进行存储转发，其可以对数据包进行编码，可以大大提高网络带宽。

2　网络编码的核心思想

网络编码核心思想是：中间节点既可以转发数据包，而且能够将来自不同节点的数据包进行编码，并将编码包发送到下一个节点，由此类推一直传送到目的节点，由此通过提高单次传输的信息量达到转发次数的减少，从而使网络吞吐量得到较大的增强。

3　典型的无线网络编码协议

典型的无线网络编码协议——COPE协议将网络编码应用于实际网络环境中，通过对缓存队列的多个数据包进行编码，提高单次传输的信息量达到转发次数的减少，从而使网络吞吐量得到增强。

图2　传统方法和COPE协议的比较

图2是传统方法和COPE协议的比较，在图2（a）中，节点A、B通过节点C转发数据包P1和P2，一共需要四次传输，分别为P1从A传输到B需要经过A-C、C-B两次传输，P2从B传输到A，需要经过B-C、C-A两次传输，总共需要四次传输。而使用COPE协议P1、P2分别到达中间节点C后，C对P1、P2进行异或操作得到P1⊕P2数据包，并将，该包广播给节点A和B。节点A和B收到P1⊕P2包后，通过P1⊕（P1⊕P2）和P2⊕（P1⊕P2）分别得到P2和P1，由此可以完成P2和P1数据包的传输。和图2（a），使用COPE协议只需要三次传输就可以完成目的，节省了传输的带宽。

此后，很多研究人员对COPE协议进行了更有成效的改进。上海交通大学的陈贵海等提出的基于网络编码的多路径路由CAMP（Coding-Aware Multi-Path routing）能够根据路径的可靠性和编码机会，采用路由发现机制进行数据包的传送，和COPE协议相比，CAMP的优势在于其动态地改变传送路径从而主动创造编码机会，从而获得比COPE协议更大的网络吞吐量。Zhang等人提出的BEND协议，其最大的优点是转发节点不固定，各个节点通过竞争来获得编码机会，从而获得更高的编码增益。

4　总结

本文首先介绍了无线网络编码的研究进展，接着描述了网络编码的核心思想，最后介绍了典型的无线网络编码COPE协议以及现有的网络编码协议的研究现状。

［1］ R.W.Yeung， Z.Zhang. Distributed Source Coding for Satellite Communications ［J］. IEEE Transaction on Information Theory， 1999， 45（3）： 1111-1120

［2］ S. Katti， H. Rahul， W. Hu，etal.XORs in the air：practical wireless network coding［C］， Proceedings of ACM SIGCOMM， Pisa， Italy， September 2006： 243-254

［3］ 陈贵海， 李宏兴， 韩松等. 多跳无线网络中基于网络编码的多路径路由［J］. 软件学报， 2010， 21（8）： 1908-1919

［4］ J. Zhang， Y. P. Chen， I. Marsic. MAC-layer Proactive Mixing for Network Coding in Multi-hop Wireless Networks［J］. Computer Networks， 2010， 54（2）： 196-207

TP393

A

陶雯（1979-），女，江苏泰州，硕士，讲师，CCF会员（E202102579），主要研究方向为无线网络编码。