基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)分析

紀(jì)玩波

公誠(chéng)管理咨詢(xún)有限公司第七分公司

基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)分析

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網(wǎng)絡(luò)編碼的出現(xiàn)是無(wú)線(xiàn)通信史上強(qiáng)有力的一次革命，網(wǎng)絡(luò)編碼在無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用使得網(wǎng)絡(luò)流量的使用比以前有所降低，且網(wǎng)絡(luò)吞吐量有所提升。其發(fā)揮作用的主要流程就是在繼節(jié)點(diǎn)處存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)信息流量的基礎(chǔ)上對(duì)其實(shí)行編碼處理，這一處理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)利用率的提升起到了很大的影響，網(wǎng)絡(luò)資源使用效率得到提升，資源浪費(fèi)問(wèn)題也得到了解決，因此，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通信中的作用不可小覷。將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與其他通信技術(shù)相結(jié)合，是幫助網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)走出多徑衰落困境的有效途徑。

網(wǎng)絡(luò)編碼；通信技術(shù)；應(yīng)用分析

隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的飛快發(fā)展，人們的日常生活和工作中出現(xiàn)了越來(lái)越多的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，人們對(duì)它們的依賴(lài)程度也不斷增加，同時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。所以，提高網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率以及其通信質(zhì)量，是網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)十分關(guān)注的問(wèn)題，也是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域需要解決的重要課題。網(wǎng)絡(luò)編碼的使用改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信方式，給當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信帶來(lái)了革命性的方法。

1 網(wǎng)絡(luò)編碼的基本原理

網(wǎng)絡(luò)編碼較為全面的定義了網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)輸入和輸出的關(guān)系，中間結(jié)點(diǎn)一旦具備編碼條件，那么中間結(jié)點(diǎn)就會(huì)對(duì)其所接受到的數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的方式進(jìn)行編碼方面的處理。當(dāng)編碼的數(shù)據(jù)被逐漸的傳送到后續(xù)結(jié)點(diǎn)之后，后續(xù)結(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行編碼，也可以不進(jìn)行編碼，如果有需要還要進(jìn)行編碼的話(huà)，這時(shí)就要對(duì)接到的信息按照之前的方式再進(jìn)行一次編碼，然后傳輸，經(jīng)過(guò)不斷的反復(fù)編碼傳輸，最終就會(huì)實(shí)現(xiàn)所有的編碼信息都能夠到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。最后一步工作就是目的結(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行譯碼之后，就可以得到最初結(jié)點(diǎn)所發(fā)出的基本信息了。

2 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用

2.1 信道編譯碼技術(shù)基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)編碼

信道編碼也是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)中十分有效的一種，將二者結(jié)合起來(lái)，主要的目的是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)編碼中的冗余數(shù)據(jù)來(lái)幫助信道編碼，使信道編碼的抗噪性能和容量在冗余信息的幫助下達(dá)到最大化，在這一過(guò)程中，分集增益的獲得是由冗余度在中繼傳輸中實(shí)現(xiàn)的。這種聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼一般都是基于TUIBO 碼與LDPC 碼，至今已受到通信公司廣泛的喜愛(ài)和應(yīng)用，在于多種編碼技術(shù)的比較過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)編碼與信道編譯碼的結(jié)合是一種更加完善的高效率技術(shù)，在資源消耗、信道容量等多方面都有著不可小看的優(yōu)勢(shì)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送中編碼技術(shù)

一是網(wǎng)絡(luò)編碼復(fù)雜度降低研究。現(xiàn)階段最主要的問(wèn)題就是怎樣在提高網(wǎng)絡(luò)編碼效率的同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)編碼的復(fù)雜程度，還有就是在網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)用化的過(guò)程當(dāng)中，逐漸控制網(wǎng)絡(luò)編碼的復(fù)雜程度，減少網(wǎng)絡(luò)編碼需要的額外計(jì)算量，從而降低系統(tǒng)實(shí)施成本。二是數(shù)據(jù)傳送可靠性研究。現(xiàn)階段對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的網(wǎng)絡(luò)編碼研究主要是根據(jù)多徑路由展開(kāi)的，這也在一定程度上為網(wǎng)絡(luò)編碼中的數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠性。因此，在多跳動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當(dāng)中，分析研究提高網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)傳送的可靠性具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸性能保障機(jī)制中的網(wǎng)絡(luò)編碼

實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜多變，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐蝗恍院途W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，例如造成數(shù)據(jù)丟失或者傳輸延遲等。所以基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，研究出能確保數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)谋Ｕ蠙C(jī)制和編碼策略，尤其需要盡可能減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t時(shí)間和保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。所以，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信中，利用QoS保證機(jī)制是當(dāng)前研究的重要課題之一。當(dāng)前已研究出來(lái)幾個(gè)解決方案，比如建立數(shù)據(jù)延遲時(shí)間的模型，從模型中找出延遲的解決方案；利用多速率編碼器來(lái)分析各路中傳輸速率不同的數(shù)據(jù)，從而減小數(shù)據(jù)在編碼器中的傳輸時(shí)間。

2.4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)編碼

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)編碼研究中涉及到的主要部分還是在網(wǎng)絡(luò)層方面，特別是如何有效地將路由協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)編碼有機(jī)結(jié)合，是基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究的重要方面。有一部分研究已經(jīng)深入到網(wǎng)絡(luò)編碼如何有效結(jié)合協(xié)議結(jié)構(gòu)中其他協(xié)議層，例如網(wǎng)絡(luò)編碼與MAC層協(xié)議或者與傳送層TCP協(xié)議等等的結(jié)合問(wèn)題。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)編碼的特性與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的方式有很大的區(qū)別，所以為了不更改已普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將網(wǎng)絡(luò)編碼與其融合將會(huì)遇到各種各樣新的問(wèn)題，例如，它們之間的兼容性、網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)是否會(huì)產(chǎn)生不利的影響。這些問(wèn)題都是后來(lái)研究者需要解決的問(wèn)題，同時(shí)也為研究基于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)提供了框架性借鑒，使得網(wǎng)絡(luò)編碼能夠與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有機(jī)融合，提高網(wǎng)絡(luò)通信性能。

3 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳送技術(shù)研究趨勢(shì)

隨著基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)研究的不斷深入，出現(xiàn)了很多新的理論，但是網(wǎng)絡(luò)編碼所面臨的問(wèn)題也隨之增多，尤其是網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送技術(shù)問(wèn)題，雖然經(jīng)過(guò)近幾年的研究取得了一定的進(jìn)展。但是仍然面臨著許多難題需要我們?nèi)ブ鹨唤鉀Q。

1）網(wǎng)絡(luò)編碼復(fù)雜度得到降低。現(xiàn)階段最主要的一個(gè)問(wèn)題就是怎樣在提高網(wǎng)絡(luò)編碼效率的同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)編碼的復(fù)雜程度。這會(huì)涉及到網(wǎng)絡(luò)編碼的相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，這也是作為網(wǎng)絡(luò)編碼性能評(píng)價(jià)的內(nèi)容之一，還有就是在網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)用化的過(guò)程當(dāng)中，逐漸控制網(wǎng)絡(luò)編碼的復(fù)雜程度，減少網(wǎng)絡(luò)編碼需要的額外的計(jì)算量，從而降低系統(tǒng)的實(shí)施成本。這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)部署以及應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼都具有非常重要的意義。

2）數(shù)據(jù)傳送可靠性研究。保證網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)主要方面就是提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送的可靠性，現(xiàn)階段對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的網(wǎng)絡(luò)編碼研究主要是根據(jù)多徑路由展開(kāi)的，這也在一定程度上對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼中的數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠性。因此在多跳動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當(dāng)中，分析研究提高網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)傳送的可靠性具有很高的現(xiàn)實(shí)意義。

綜上所述，通過(guò)對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)進(jìn)行分析和研究可知，當(dāng)前我國(guó)網(wǎng)絡(luò)編碼在實(shí)際應(yīng)用中仍處于初級(jí)階段，在方案設(shè)計(jì)以及復(fù)雜編碼的簡(jiǎn)化上有待進(jìn)一步完善，以降低網(wǎng)絡(luò)編碼的復(fù)雜度，減少協(xié)議運(yùn)行開(kāi)銷(xiāo)，促進(jìn)數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中各項(xiàng)問(wèn)題的有效解決。在未來(lái)的研究中，應(yīng)不斷加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)通信技術(shù)創(chuàng)新，從而更加廣泛地應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)。

[1]李世唐. 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作通信技術(shù)研究[D].南京郵電大學(xué), 2012.