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1、48责任编辑：王莹基于网络编码的多信源组播通信系统*MultisourceMulticastCommunicationSystemBasedonNetworkCoding张明龙李挥李亦宁尘福兴北京大学深圳研究生院（广东深圳518055）把信息流ai传送给R1和R2o另一方面,源节点S2也希望在相同时间>以相同速度,把信息流bi传送给同样的接收节点R1和R2o假设每个路径每秒可携带一个位元,而且只能顺着箭号所指的方向前进o如果路由器只传输其所接收到的信息,那么中间链路将是个瓶颈,因为每秒总共接收到二位元的资料,但其容量只有一位元,路由器每秒只能传送一位元资料给中间链路,这种瓶
2、颈会造成可怕的塞车o相反,如果把一般的路由器换成编码器,它可以把两个信息通过异或或者线性组合运算成单一位元输送给中间链路,并且发送ai+bi(或者ai和bi的任意线性组合),这样就轻而易举地解决了塞车问题[1][3]o网络编码另一个与路由系统不同之处在于充分利用网络资源o图1中,S1通过路径S1R1把ai传给R1,S2通过路径S2R2把bi传给R2,这在路由系统中是不会使用到的o节点R1接收到ai,并且根据每次编码器运算结果,输入到与编码器使用的相同函数(异或或者线性组合)内,推导出bio节点R2解出ai也是同样的道理o*国家自然科学基金(60872010)和北京大学深圳研
3、究生院院长基金(2009002)支持；本项目获2010年“第二届OpenHW开发源码硬件与嵌入式大赛”第一名。本文于2011年1月28日收到。张明龙：硕士生；李挥：副教授，博导；李亦宁：硕士生；尘福兴：博士生。他们主要从事网络编码及其相关通信领域的研究。是继60年前C.E.Shannon发表“通信的数学原理“后,网络通信理论的一个全新突破o传统网络通信理论把信息流当成管道中流动的水,是不可压缩的;故传统网络节点上的路由交换机只是完成存储转发功能oNC理论的划时代意义在于:提出网络路由交换节点对输入的信息流进行编码再发送,可进一步提升网络吞吐量!从而改变了比特不能再被压缩的经
4、典结论,即网络信息流可以被压缩o网络编码最简单的概念来自“蝴蝶网“,如图1所示o图1所示的网络中,源节点S1想网络编码理论基本概念u科学美国人v杂志2007年6月,以“BreakingNetworkLogjams“(u打破网络僵局v)为题,详细介绍了17年前诞生于香港中文大学的网络编码理论[2]o其中指出,网络编码多信源组播系统结构及整体设计方案本项目的主要研究目标是基于网图1网络编码的基本原理232011.3www.eepw.com.cn摘要：本文首先介绍网络编码理论的基本概念，回顾了近年来网络编码的研究动态。接着在使用NetFPGA开发平台的基础上，提出网络编码组播通信
5、系统及其整体设计方案。由于本系统的主要功能是由硬件实现，所以和传统组播通信网络相比，具有时延小，没有了调度和排队时间，使得网络中链路负载更均衡，体现出了网络编码的优势。关键词：网络编码；组播；NetFPGADOI:10.3969/j.issn.1005-5517.2011.02.00349责任编辑：王莹要重复地搭建外围模块>开发驱动和GUI等,大大减轻了网络研究的任务o基于网络编码的组播通信系统将充分运用NetFPGA上面的各种硬件和软件资源,实现系统的设计目标,具体是:⒈根据项目的需求,合理且充分利用NetFPGA卡上面的各种硬件资源,如FPGA>存储芯片和输入输出接口o
6、⒉由于基于NetFPGA实现的IPv4原理性路由器是一个开源的系统,因此我们可以运用其提供的部分代码和已经设计好的底层硬件平台,来帮助我们实现设计目标o例如,系统的编码>解码工作主要在网络层完成,因此可以利用NetFPGA中已有的物理层>MAC层硬件逻辑来实现数据的接收和发送o⒊在软件方面,由于NetFPGA平台选择了CentOS操作系统,并且开发了软硬件接口的驱动程序,基于Linux内核的设备驱动程序和Java程序开发的图形用户界面(JavaGUI)等,因此我们可以对其应用>改进,使我们的系统更加完善,方便调试和后续的进一步研究o系统实现的整体设计方案说明如图2所示,是拟
7、采用的组播通信网络的拓扑图o为了易于在工程上实现,将网络编码路由器分为编码路由器EC和解码路由器DC,分别专门负责编码和解码o具体讲,如图2所示,信源S1,S2,S3发送数据包,编码路由器EC0和EC1负责将接收到的数据包以随机的系数进行线性编码后发送给组播路由器R,注意,这里的组播路由器更准确地说是转发路由器,因为它的功能只是将收到的数据包转发到其三个输出端口,而没有IGMP(组播管理)和相应的组播路由功能o当然,我们也可以直接在EC上实现转发的功能,增加R的原因是考虑到NetFPGA端口数量的限制(每块NetF
