基于網絡編碼技術的計算機無線傳輸數據可靠性分析

王新策

摘 要：網絡編碼能夠將計算機傳輸數據的性能進行優化。無線網絡不需通過任何有線的物理設備就可以進行較長的信號傳輸。通信網絡主要是通過無線電射頻或是紅外線等傳輸技術和媒介所組成。網絡編碼則是集合了路由器與編碼對信息進行交換的技術，并對數據存儲和轉發，以及數據的處理。近年來，網絡編碼技術應用于無線網絡技術中，推動了計算機無線傳輸數據可靠性方面的發展。本文首先了解了網絡編碼的含義及最大傳輸的極限，然后對網絡編碼技術的計算機無線傳輸數據可靠性進行分析，最后，提出了對無線傳輸數據可靠性的保證。

關鍵詞：網絡編碼；無線傳輸數據；可靠性

Web-based coding of the computer's wireless data transmission reliability analysis

Abstract: Network coding can transmit data to a computer to optimize the performance. Through the wireless network without any physical device can be wired for a longer signal transmission. Communications network mainly through radio frequency or infrared transmission technology and media such as the composition. Network coding is a collection of routers exchange of information and coding techniques, and data storage and forwarding, and data processing. In recent years, network coding for wireless network technology, the wireless transmission of data to promote the reliability of computer development. This article first understand the meaning of network coding and maximum transmission limits, then a computer on the network coding technology to analyze the reliability of wireless data transmission, and finally, presented to the wireless transmission of data reliability.

Keywords: network coding; wireless transmission of data; reliability

在以往的計算機無線傳輸數據中，首先要借助路由器才能對數據進行傳輸，然后根據目標的IP，路由才能將數據包發送給個鏈路。協調和安排都無法統一，時常會出現數據堵塞的現象。現今，無線數據傳輸具有廣泛的應用前景，尤其是在大規模數據傳輸等方面，是由于其具備成本低、靈活性高、大規模自組織網絡等優點。然而在實際的應用中，無線數據傳輸失效率比較高、節點資源受限和環境干擾等，使得數據傳輸的可靠性很難得到保障。但如果在無線數據傳輸過程中應用網絡編碼技術，可靠性可能會有所提高。

一、網絡編碼的含義及最大傳輸的極限

1、網絡編碼的含義

網絡編碼是指結合了編碼與路由的一種信息交換的技術，是種新的編碼技術。網絡編碼兩種方案：一種是線性的編碼，一種是非線性的編碼。而編碼技術的重點就在于對所收到的信息由線性和非線性編碼進行處理，處理好的數據再發送給下游的節點，中間的節點則起著信號處理器和編碼器的作用。網絡編碼的使用使網絡的性能得到提高，并且解決了傳統技術不能解決的問題。不但使吞吐量得到提升，還使數據包的傳送次數得到控制。

2、網絡編碼最大傳輸的極限

電路交換式數據通信的一種重要的交換方式，此交換方式主要是指將兩臺計算機或者終端在實現相互的通信時，使用同一條實際的物理鏈路，在整個通信過程中都會使用該鏈路實現對信息的傳輸，此外，還不允許其他的計算機或者是其他終端設備同時共享此電路。

這類數據通信的交換方式主要適用于一次接續后以及一些長報文的通信。在最初階段主要使用與公用電話網以及公用電報網之中，在經過一系列的技術改進后，不僅大大的提高了數據的傳遞速率，而且還被應用到公用數據的通信網絡之中。在經過一系列技術改良后的公用數據網，其工作速率、線路均衡條件以及用戶線距離等方面都比公用電話網具有優勢，其時效性方面也更具有優勢。但是也存在一定的不足之處，比如對于相關線路的利用率就比較低。

網絡編碼主要是以提升網絡的性能為主，對不同鏈路中的信息進行編碼的組合。在網絡編碼新的體系中，根據最大流與最小割的定理，在已知的網絡流圖中S信源至U信宿流量，最大值就等于最小割的容量，其式為：Max flow（S，U）=Min Cut（S，U）。例如：如下面最大流與最小割的定理圖所示，S信源至U信宿的流量Cu最大值等于最大割集時，則Cu=min{Cut（S，U）}=9。

又如：蝴蝶型的網絡編碼方案所示，當所輸入的信息流被V1進行編碼時，此編碼的a?茌b結果將發送到V2中，然后再將其發送給R1，R2。R1將根據所收到的信息a與a?茌b，經過對a+(a?茌b)=b解碼后，解得b。R2與R1同樣可以對所有的信息進行完整的解碼。因此，可以得知所達到的速率為2比特，也是網絡編碼最大傳輸的極限。如圖：

二、網絡編碼技術的計算機無線傳輸數據可靠性

傳輸數據可靠性主要是在傳輸中，節點可以將數據包成功接收的概率。平均能量消耗（Eaverage）等于總能量的消耗除去收到數據包的數量。網絡編碼技術的計算機無線傳輸數據有兩種可靠性，一種是多路徑下傳輸的可靠性，另一種是單路徑下傳輸的可靠性。

1、多路徑傳輸的可靠性

通過節點編碼產生了編碼包m，然后將m按多路徑進行傳輸，當一定量的數據包被sink收到時，便可進行解碼，這是一種網絡編碼和多路徑融合的方法。因為此方法在指定的數量路徑中會產生大量的冗余數據包，容易使能量與寬帶浪費。所以，為了使節點可以正常并順利的進行解碼，源節點將對原始的數據包數進行編碼。在某種程度上多路徑的傳輸使冗余數據包數量急速擴大，這么大的冗余數據包進行傳輸的時候，就會對多余的能量進行消耗，對于編碼的計算機無線傳輸數據則是不可取的。因此，在每條路徑中，都要減少冗余數據包的數量，使能量消耗達到最小。

2、單路徑傳輸的可靠性

對于無線傳感器網絡數據來說，只需要對鏈路的失效與沒有失效情況進行考慮就可以。鏈路的失效是一種獨立的情況，當節點之間的傳輸數據位p時，假設在節點上所傳送的數據包的消耗能量是e，那么，傳輸數據的可靠性R1，則為：RS=pn。對于所有數據包的總消耗能量，則為：

。因為enMpn是n跳后所收到的，eiMpi-1（1-p）是跳后所丟失的，所以可以得出：

。對隨機的線性網絡編碼，設有原始的數據包M，在經過源節點的編碼以后，就產生了數據包N，其中N要大于等于M，在sink收到線性獨立的數據包才能夠對數據包進行解碼。所以，傳輸數據包的可靠性為：

總之，當單路徑傳輸數據包速率低，跳數又顯示高時，融合網絡編碼中的單路徑傳輸，就會導致sink無法使數據包滿足解碼的數量。所以網絡編碼要低于單路徑無線傳輸數據的效益。當利用多路徑網絡編碼可以很好的解決編碼中的問題，還可以根據路徑數量的不同，使網絡編碼技術的計算機無線傳輸數據更好的體現。

三、計算機無線傳輸數據可靠性的保證

計算機無線傳輸數據中，保證網絡編碼技術的無線傳輸數據可靠性主要有兩方面。其一是對無線鏈路的糾錯，要想保證無線傳輸數據的可靠性，就要對其進行糾錯。在以往的無線傳輸中，當鏈路出現了錯誤的時候，就要采取一一糾錯的方式，排除傳輸鏈路中對錯。例如：研究者們，將經典的糾錯碼理論結合，并且運用在網絡的編碼中，對網絡編碼技術在計算機無線傳輸數據中的糾錯與檢錯功能進行了一系列的塑造，保證了其可靠性。其二是無線傳輸數據的重新傳送，在無線傳輸數據中，所利用的重新傳送的策略主要是一次重新傳送的機制，因此，會使重新傳送的次數增多，消耗了許多的能量，并且對網絡的信道資源占用率大。因此，研究者們針對此目的，提出了在兩個節點處進行編碼重新傳送的策略，減少了重新傳輸的次數。提高了網絡編碼技術的計算機無線傳輸數據可靠性。

總而言之，網絡編碼為網絡的發展帶來了重大的變化，從有線的網絡傳輸發展到如今的無線傳輸數據，不斷提高了其吞吐量，同時還提高了能量的節省及安全性，并且還轉變了傳統的網絡結構，利用網絡編碼技術可以很快速的提高無線傳輸數據的可靠性。無線傳輸數據是出于多變的環境中的。因此，導致數據包在傳輸的時候極容易被丟失。網絡編碼技術是一項新的技術，將網絡編碼技術與無線傳輸數據結合，為了提高網絡編碼技術的計算機無線傳輸數據的可靠性，通過對傳輸路徑與最大傳輸極限的分析，判斷其編碼技術的計算機無線傳輸數據的可靠性，并對如何保證其可靠性提出了兩方面。

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