网络编码的数据通信技术研讨

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一、网络编码在数据通信技术中的应用

所谓网络编码，其实就是将编码和路由的信息进行相互交换的技术。网络编码的工作原理为：网络通信系统在运行中接收到的若干个数据被网络结点进行重新编码组合，并将重组后的数据编码通过中间结点传送到多个目的结点处，目的结点再利用编码系数对这些数据编码作解码处理，以还原原始数据，由此达到数据通信目的。这种数据通信方式有别于传统的数据通信方式，其极大的提高了网络的通信容量，并时原本属于物理层的编码和原本属于网络层的路由相互融合在一起，实现了两者的有机统一，这就打破了原有数据通信技术和数据处理方式的格局，为网络通信技术水平的提升提供了新的发展方向。可以说，利用网络编码技术进行数据信息传送能够极大的提高信息传送效率。这不但是因为网络编码可以使网络数据单次传送的信息量大幅度增加，还在于网络编码可以减少分组的传送次数，这样就极大的改善了网络数据的传送性能，包括增大网络吞吐量，提高带宽利用率，均衡网络负载等方面。尤其是在无线通信技术应用越来越广泛的今天，网络编码技术还能够增大无线网络通信的安全性和能量资源的利用率。因此，基于网络编码的数据通信技术正逐渐成为未来通信技术的主要发展趋势，是一个非常值得重视的研究课题。

二、基于网络编码的数据通信研究现状

目前，世界各国都在积极的研究网络编码的相关技术，并且已经在多个领域取得了一定的成果。具体主要可以体现在网络协议结构、数据传送模型、路由协议、数据传送性能保证机制等几个方面：

2.1基于网络编码的网络协议结构研究

目前，网络编码的研究主要集中在网络层方面，尤其是网络编码与路由协议的结合，一些研究也开始探讨网络编码在协议结构中其它协议层中的研究，如网络编码与MAC层协议的结合及与传送层TCP协议的结合等。由于网络编码的内在特性与传统的网络数据传送模式不同，将网络编码引入到现有的网络数据传送协议中，将会产生一系列新的问题，如网络编码与现有各种普遍应用的网络协议的兼容性、网络编码对现有网络协议层次结构的影响等。这些问题的研究将为后续数据传送中网络编码的研究提供一个总体结构框架，使网络编码能够与现有网络协议紧密结合，从而有效地提高网络数据传送性能，同时，也为网络编码的实际应用提供了理论基础。

2.2基于网络编码的数据传送模型研究

构造算法是网络编码成功应用的基础，一个可行的网络编码的码构造算法应保证网络各目的结点成功地解码编码数据，且算法的复杂度较小，易于在现实网络中部署应用。目前，网络编码的码构造算法主要有线性网络编码代数网络编码以及随机网络编码等。在各种编码机制设计中，应用较多的为线性网络编码，其核心思想是允许网络中间结点对接收到的来自不同输入链路的信息流在有限域内进行线性组合(有限域指编码系数选择的范围，通常指伽罗华域)，然后再将组合的数据转发出去。线性网络编码中典型的码构造算法包括指数时间算法、多项式算法和分布式的随机网络编码算法等。由于随机线性网络编码方案具有独立于网络拓扑结构的特性和较高的灵活性，且线性编码运算相对简单，因此，基于网络编码的数据传送机制，在编码构造过程中均采用随机线性网络编码构造方案。

2.3基于网络编码的路由协议研究

在基于网络编码的数据传送技术研究中，具有网络编码技术应用的路由协议的优化设计对提高网络数据传送性能的影响相对较大，是网络数据传送研究的重要内容之一。基于网络编码的路由协议设计是网络编码实现及应用的基础，将网络编码与路由协议统一到一个较高层次的描述是网络编码研究中的一个重要问题，这将为新的网络系统及网络设备的设计提供理论指导，且基于网络编码的路由协议研究将为网络编码理论提供应用的基础。目前，结合网络编码与路由协议的研究主要体现在独立路由协议的网络编码的研究和编码感知的路由协议的研究，区别在于路由协议产生的路径是否存在主动编码机会，即路由协议是否可创造更多的编码机会及更有效地利用编码机会。

2.4基于网络编码的数据传送性能保证机制研究

在实际网络环境中，数据传送的突发性及网络拓扑结构的易变性造成网络数据传送的不稳定性，如引起随机的分组丢失和不确定性的数据传送时延等，这使得基于网络编码的数据传送技术研究应依据实际网络状态，分析探讨提供数据传送性能保证的编码策略方案，特别是降低网络编码中数据传送时延及提供数据传送可靠性保证的策略方案，因此，在基于网络编码的数据传送过程中，提供具有一定QoS保证的网络数据编码传送机制是网络编码技术研究中的重要问题之一。目前已经有学者研究出了一些解决方案，如采用多速率编码机制来，利用不同链路和不同传输速率的数据来执行相关决策机制，从而避免编码对数据的传输速率产生影响，从而解决时延控制问题。当然，具体的解决方案还需要进一步的研究和探索。

三、结束语

总之，网络编码的研发和应用促进了数据通信技术的改革，为未来的网络数据通信技术发展提供了新的契机。现如今基于网络编码的数据通信技术已经取得了一定的进展，但是这些研究成果仍然是一些初级成果，相信在未来的发展中，网络编码的技术体系还将更加完善，从而极大的提高数据通信技术，尤其是无线数据通信技术，并为人们的生活和工作提供更多便利，促进信息时代的进一步发展。

作者：王启佳 单位：国脉通信规划设计有限公司