網絡編碼的數據通信技術研討
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所謂網絡編碼，其實就是將編碼和路由的信息進行相互交換的技術。網絡編碼的工作原理為：網絡通信系統在運行中接收到的若干個數據被網絡結點進行重新編碼組合，并將重組后的數據編碼通過中間結點傳送到多個目的結點處，目的結點再利用編碼系數對這些數據編碼作解碼處理，以還原原始數據，由此達到數據通信目的。這種數據通信方式有別于傳統的數據通信方式，其極大的提高了網絡的通信容量，并時原本屬于物理層的編碼和原本屬于網絡層的路由相互融合在一起，實現了兩者的有機統一，這就打破了原有數據通信技術和數據處理方式的格局，為網絡通信技術水平的提升提供了新的發展方向。可以說，利用網絡編碼技術進行數據信息傳送能夠極大的提高信息傳送效率。這不但是因為網絡編碼可以使網絡數據單次傳送的信息量大幅度增加，還在于網絡編碼可以減少分組的傳送次數，這樣就極大的改善了網絡數據的傳送性能，包括增大網絡吞吐量，提高帶寬利用率，均衡網絡負載等方面。尤其是在無線通信技術應用越來越廣泛的今天，網絡編碼技術還能夠增大無線網絡通信的安全性和能量資源的利用率。因此，基于網絡編碼的數據通信技術正逐漸成為未來通信技術的主要發展趨勢，是一個非常值得重視的研究課題。
二、基于網絡編碼的數據通信研究現狀
目前，世界各國都在積極的研究網絡編碼的相關技術，并且已經在多個領域取得了一定的成果。具體主要可以體現在網絡協議結構、數據傳送模型、路由協議、數據傳送性能保證機制等幾個方面：
2.1基于網絡編碼的網絡協議結構研究
目前，網絡編碼的研究主要集中在網絡層方面，尤其是網絡編碼與路由協議的結合，一些研究也開始探討網絡編碼在協議結構中其它協議層中的研究，如網絡編碼與MAC層協議的結合及與傳送層TCP協議的結合等。由于網絡編碼的內在特性與傳統的網絡數據傳送模式不同，將網絡編碼引入到現有的網絡數據傳送協議中，將會產生一系列新的問題，如網絡編碼與現有各種普遍應用的網絡協議的兼容性、網絡編碼對現有網絡協議層次結構的影響等。這些問題的研究將為后續數據傳送中網絡編碼的研究提供一個總體結構框架，使網絡編碼能夠與現有網絡協議緊密結合，從而有效地提高網絡數據傳送性能，同時，也為網絡編碼的實際應用提供了理論基礎。
2.2基于網絡編碼的數據傳送模型研究
構造算法是網絡編碼成功應用的基礎，一個可行的網絡編碼的碼構造算法應保證網絡各目的結點成功地解碼編碼數據，且算法的復雜度較小，易于在現實網絡中部署應用。目前，網絡編碼的碼構造算法主要有線性網絡編碼代數網絡編碼以及隨機網絡編碼等。在各種編碼機制設計中，應用較多的為線性網絡編碼，其核心思想是允許網絡中間結點對接收到的來自不同輸入鏈路的信息流在有限域內進行線性組合(有限域指編碼系數選擇的范圍，通常指伽羅華域)，然后再將組合的數據轉發出去。線性網絡編碼中典型的碼構造算法包括指數時間算法、多項式算法和分布式的隨機網絡編碼算法等。由于隨機線性網絡編碼方案具有獨立于網絡拓撲結構的特性和較高的靈活性，且線性編碼運算相對簡單，因此，基于網絡編碼的數據傳送機制，在編碼構造過程中均采用隨機線性網絡編碼構造方案。
2.3基于網絡編碼的路由協議研究
在基于網絡編碼的數據傳送技術研究中，具有網絡編碼技術應用的路由協議的優化設計對提高網絡數據傳送性能的影響相對較大，是網絡數據傳送研究的重要內容之一。基于網絡編碼的路由協議設計是網絡編碼實現及應用的基礎，將網絡編碼與路由協議統一到一個較高層次的描述是網絡編碼研究中的一個重要問題，這將為新的網絡系統及網絡設備的設計提供理論指導，且基于網絡編碼的路由協議研究將為網絡編碼理論提供應用的基礎。目前，結合網絡編碼與路由協議的研究主要體現在獨立路由協議的網絡編碼的研究和編碼感知的路由協議的研究，區別在于路由協議產生的路徑是否存在主動編碼機會，即路由協議是否可創造更多的編碼機會及更有效地利用編碼機會。
2.4基于網絡編碼的數據傳送性能保證機制研究
在實際網絡環境中，數據傳送的突發性及網絡拓撲結構的易變性造成網絡數據傳送的不穩定性，如引起隨機的分組丟失和不確定性的數據傳送時延等，這使得基于網絡編碼的數據傳送技術研究應依據實際網絡狀態，分析探討提供數據傳送性能保證的編碼策略方案，特別是降低網絡編碼中數據傳送時延及提供數據傳送可靠性保證的策略方案，因此，在基于網絡編碼的數據傳送過程中，提供具有一定QoS保證的網絡數據編碼傳送機制是網絡編碼技術研究中的重要問題之一。目前已經有學者研究出了一些解決方案，如采用多速率編碼機制來，利用不同鏈路和不同傳輸速率的數據來執行相關決策機制，從而避免編碼對數據的傳輸速率產生影響，從而解決時延控制問題。當然，具體的解決方案還需要進一步的研究和探索。
三、結束語
總之，網絡編碼的研發和應用促進了數據通信技術的改革，為未來的網絡數據通信技術發展提供了新的契機。現如今基于網絡編碼的數據通信技術已經取得了一定的進展，但是這些研究成果仍然是一些初級成果，相信在未來的發展中，網絡編碼的技術體系還將更加完善，從而極大的提高數據通信技術，尤其是無線數據通信技術，并為人們的生活和工作提供更多便利，促進信息時代的進一步發展。
作者：王啟佳 單位：國脈通信規劃設計有限公司
