无线网络编码科技.doc

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1、无线网络编码科技1网络编码技术引进在2000年，网络编码技术最初被提出来用于提高有线网络中的多播（单点到多点）传输速率，使其达到多播的最大流限。在传统的数据包传送方式中，中间节点仅仅扮演着转发器角色，它们对接收到的数据进行复制和转发而不对数据内容做任何处理。而网络编码技术拓展了传统的包传送技术。简单来说，网络编码是一种融合了编码和转发的信息交换技术。使用网络编码技术，中间节点扮演了编码器的角色，来完成编码和转发双重功能。自提出以后，网络编码技术便引起了国内外学术界、工业界的广泛关住。最初几年，关于网络编码技术应用的研究主要集中于有线通信网络。已有的研究成果表明：网络编码可以在有线网络中不同的

2、通信场景中带来好处。跟传统的包转发技术相比，网络编码技术能有效地提高多播传输速率，或者有效地降低多播带宽消耗。Gkansidis等人研究了网络编码在大数据分发中的应用问题，不仅节约了下载时间，还增强了P2P通信系统的鲁棒性。此外，网络编码还在纠错、链路失败下的数据恢复等方面有着潜在的应用。最近几年，网络编码技术在无线通信网络里的应用也开始受到广泛关注。研究成果表明，由于无线链路的不可靠性和物理层广播特性非常适合采用网络编码，网络编码技术可以在无线局域网、无线中继网络、分布式无线多跳网络等无线网络中带来非常可观的性能改善。网络编码在无线网络中所能带来的好处可以用图1中的简单例子来说明。图中，节

3、点A要发送数据包P1到节点B，节点B要发送同样大小的数据包P2到节点A。A和B不在相互的通信范围内，必须借助于节点R来转发。如果用传统的发送方式，总共需要4次发送来完成P1和P2的传送。如果采用网络编码技术，可以先让节点A把P1发送到R和B把P2发送到R，然后R把P1和P2逐个比特异或后得到编码包P1P2并且发送（物理层广播）出去。A接收到P1P2后，通过把P1P2和P1异或得到P2，同理B也得到P1。6学海无涯因此总共只需要3次发送就完成P1和P2的传送，从而提高传送效率。接下来讨论网络编码技术如何在无线局域网、无线中继网络、分布式无线多跳网络等无线网络中带来性能提高，指出存在的一些问题，

4、并讨论可能的解决方法。2网络编码在无线局域网的应用无线局域网已经被广泛部署在各种地方，比如说办公楼、大学校园、机场等等。由于无线局域网中无线链路内在的高丢包性，获得高传输效率是一个很大的挑战，网络编码技术可以用于无线局域网中以显著提高传输效率。无线局域网中的网络编码主要思想是：在无线接入点，不像传统的协议里那样不同的丢包被分开重传，几个（有着不同接收节点的）丢包可以组合在一起来实现一次发送就恢复多个丢包。以图2里的无线局域网为例来说明该思想。在这个例子中，接入点要分别发送P1和P2到节点A和B。当发送P1时，A没有正确接收到此包，而B却正确接收到此包；当发送P2时，B没有正确接收到此包，而A

5、却正确接收到此包。在这种情况下，接入节点可以发送编码包P1P2。如果A收到该编码包，则可以通过把P1P2和P2异或来恢复出P1。同样，如果B收到该编码包，则可以通过把P1P2和P1异或来恢复出P2。这样一来，一次发送就能成功传输2个丢包，从而将重传效率提高了一倍。为了设计出实际可行的基于网络编码的无线局域网接入点发送协议，有两个重要的方面需要进一步考虑：（1）媒体接入控制（MAC）协议的设计目前的无线局域网工作模式下，当无线接入点要给某个用户发数据包时，通过基于点到点连接的MAC协议来获取发送机会。当采用网络编码后，由于一个编码包有好几个接收节点，基于点到点连接的MAC协议已经不能再用于此种

6、场合。因此有必要设计新的MAC协议。一种简单的方案是接入节点采用广播的方式来发送数据，从而让每个接收节点都接收编码包。这种方案的缺点是那些不需要此编码包的接收节点会由于接收此包而浪费能量。更合理的方案是设计能够建立从接入节点到多个接收节点连接的MAC协议，来保证仅仅有必要的接收节点来接收编码包。（2）高效编码算法的设计当有很多个接收节点时，不同的编码包（即有不同接收节点集合）会有不同的性能提高。因此，有必要明确编码包好坏的合理衡量方法以及设计高效编码算法来找出较好的编码包。6学海无涯合理的编码包好坏衡量方法应该综合考虑到各个接收节点处已经接收的包，各个接收节点处的丢包率和各个流的包大小。而高

7、效的编码算法可以从最优化理论的角度来研究，设计查找最优编码的低复杂度算法，或者设计低复杂度启发式算法来查找较好（但不一定最优）的编码。3网络编码在无线中继网络的应用下一代移动通信系统对频谱效率提出了更高的要求，在现有的蜂窝网结构中引入中继的协作式通信是实现高速率高覆盖的非常可行的方案之一。无线中继的基本思想是使用中继节点将基站发送的信号处理后再发送给用户，或者将用户发送的信号处理后再发给基站，从而扩展覆盖范围