Network Coding Introduction网络编码简介
信息论中的网络信息与网络编码
信息论中的网络信息与网络编码信息论是研究信息的传输、编码和处理的一门学科，它在现代通信领域起着至关重要的作用。
在信息论中，网络信息和网络编码是两个重要的概念，它们对于实现高效的信息传输至关重要。
一、网络信息网络信息是指在网络中传输的数据和信息。
在信息论中，网络信息的传输可以分为有错传输和无错传输两种情况。
1. 有错传输有错传输是指在网络传输过程中，由于各种原因导致传输的信息发生错误。
在有错传输的情况下，我们需要通过纠错码等技术手段来恢复传输的数据。
纠错码是一种能够检测和纠正传输错误的编码方式，它通过在数据中添加冗余信息来实现传输错误的检测和纠正。
2. 无错传输无错传输是指在网络传输过程中，传输的信息没有发生错误。
在无错传输的情况下，我们可以直接获取到传输的数据，而无需进行额外的纠错操作。
二、网络编码网络编码是一种将数据进行编码和解码的技术，它可以提高数据的传输效率和可靠性。
1. 压缩编码压缩编码是一种将数据进行压缩的编码方式，通过去除冗余信息和利用统计规律来减少数据的传输量。
常见的压缩编码方式有哈夫曼编码和算术编码等。
2. 纠错编码纠错编码是一种通过在数据中添加冗余信息来实现传输错误的检测和纠正的编码方式。
纠错编码能够提高数据的可靠性，使得即使在有错传输的情况下，我们仍然能够正确地恢复传输的数据。
常见的纠错编码方式有海明码和RS码等。
三、应用实例信息论中的网络信息和网络编码技术在现实生活中有着广泛的应用。
1. 无线通信在无线通信领域，网络信息和网络编码技术可以提高无线信道的利用率和传输的可靠性。
通过使用合适的编码和调制方式，可以使得在有限的频谱资源下获得更高的传输速率。
2. 数据存储和传输在数据存储和传输领域，网络信息和网络编码技术可以提高数据的存储效率和传输的可靠性。
通过使用压缩编码技术，可以减少存储和传输数据的成本；而使用纠错编码技术，则可以保证数据的完整性和可靠性。
3. 流媒体传输在流媒体传输领域，网络信息和网络编码技术可以提高视频和音频的传输质量。
网络编码
网络编码初步陆巍220080551摘要：网络编码是通信网络中信息处理和信息传输理论研究上的重大突玻，其核心思想是允许网络节点对传输信息进行编码处理。
运用网络编码能够提升网络吞吐量、均衡网络负载和提高网络带宽利用率等。
本文简单介绍网络编码的基本原理以及主要优缺点，归纳网络编码的主要实现算法和机制，并重点分析网络编码的在P2P网络中应用。
关键词：网络编码随机网络编码信息流多播1引言传统的多播传输很难使多播传输达到“最大流最小割”定理确定的最大理论传输容量。
这主要是因为现有通信网络中使用的路由机制认为网络中传输的信息是不能叠加的，只能进行存储和转发。
然而，香港中文大学R. Alshwede等在2000年的IEEE信息论会刊上发表的一篇论文，彻底推翻了这一结论。
该文首次提出了网络编码的概念并从理论上证明：如果允许网络信息按照合适的方式进行编码处理，则基于该方式的网络多播总能够实现理论上的最大传输容量。
网络节点对传输信息进行操作和处理的过程，就称为网络编码。
2网络编码的基本概念和优缺点2.1基本概念R. Alshwede等[1]以著名的“蝴蝶网络”（Butterfly Network）模型为例，阐述了网络编码的基本原理。
如图1所示的“单信源二信宿”蝴蝶网络，设各链路容量为1，S是信源节点，Y和Z是信宿节点，其余为中间节点，根据“最大流最小割”定理，该多播的最大理论传输容量为2，即理论上信宿Y和Z能够同时收到信源S发出的2个单位的信息，也就是说能同时收到b1和b2。
图1（a）表示的是传统的路由传输方式，节点W执行存储和转发操作，假定W转发信息b1，则链路WX、XY和XZ上传输的信息均为b1，虽然信宿Z收到b1和b2，但信宿Y却只能收到b1(同时收到一个多余的b1)，因此信宿Y和Z无法同时收到b1和b2，该多播不能实现最大传输容量。
图1(b)表示的是网络编码方法，节点W对输入的信息进行模二加操作，然后将操作结果b1+b2发送至输出链路WX，然后又通过链路XY和XZ，最终达到信宿Y和Z。
网络中的网络编码与纠错技术
网络中的网络编码与纠错技术随着互联网的发展，信息传输的可靠性和效率变得越来越重要。
在传输过程中，数据包丢失、损坏和延迟都是常见问题。
而网络编码和纠错技术则成为解决这些问题的有效手段。
本文将介绍网络中的网络编码与纠错技术的基本原理和应用。
一、网络编码技术1. 基本概念网络编码是一种将数据进行处理和转换的技术，通过在发送端将原始数据进行编码，使接收端只需要接收到一部分编码数据即可恢复原始数据。
网络编码可以提高数据的传输效率和可靠性。
2. 网络编码类型（1）线性网络编码线性网络编码是一种最基本的网络编码方法，通过对输入数据进行线性组合生成编码数据。
具体来说，发送端将原始数据划分为数据块，并对每个数据块进行编码，生成线性组合数据。
接收端则通过接收到的线性组合数据进行解码，还原原始数据。
（2）非线性网络编码非线性网络编码是相对于线性网络编码而言的，它允许在发送端对输入数据进行非线性组合生成编码数据。
非线性网络编码通常能够提供更高的传输效率和纠错能力，但也带来了更高的计算复杂度。
3. 网络编码应用网络编码技术在许多领域都得到了广泛应用，如无线通信、P2P网络、移动互联网等。
通过网络编码，可以提高无线信道的利用率，减少传输延迟，并且增强了数据的抗丢失和纠错能力。
二、纠错技术1. 基本概念纠错技术是指在数据传输过程中，通过添加冗余信息，使接收端可以检测到并纠正数据包中的错误。
常见的纠错技术包括前向纠错码（Forward Error Correction, FEC）和自动请求重传（Automatic Repeat reQuest, ARQ）。
2. 前向纠错码前向纠错码是一种通过在发送端添加冗余信息，增加接收端对错误数据的纠正能力的技术。
常见的前向纠错码包括海明码、RS码等。
在接收端，通过对接收到的数据进行解码和纠错操作，可以将错误的数据包恢复为正确的数据包。
3. 自动请求重传自动请求重传是一种基于反馈机制的纠错技术。
网络编码与纠错技术的基本原理
网络编码与纠错技术的基本原理近年来，随着信息技术的飞速发展，网络通信已经成为现代社会的重要组成部分。
然而，由于信道传输中存在各种干扰和错误，数据传输的可靠性成为制约网络性能的一个关键问题。
为了提高网络通信的可靠性，网络编码和纠错技术应运而生。
本文将介绍网络编码与纠错技术的基本原理，帮助读者更好地理解和运用这些技术。
一、网络编码的基本原理网络编码是一种将数据进行编码的技术，将数据包转化为带有冗余信息的编码包进行传输。
与传统的分组传输方式相比，网络编码可以将多个数据包合并为一个编码包传输，从而提高传输效率和可靠性。
网络编码分为线性网络编码和非线性网络编码两种形式。
线性网络编码是指将数据包中的信息进行线性组合，生成编码包进行传输。
例如，假设Alice要向Bob发送两个数据包A和B，可以将A和B中的数据按某种规则进行线性组合，生成一个编码包C，然后将C发送给Bob。
Bob在接收到C后，可以通过解码还原出A 和B的信息。
非线性网络编码则更加灵活，可以实现任意数据包之间的组合。
例如，Alice要向Bob发送三个数据包A、B和C，可以将A、B和C中的信息以不同的方式进行组合生成编码包D，并将D发送给Bob。
Bob在接收到D后，可以通过解码还原出A、B和C的信息。
网络编码的优势在于可以利用冗余信息，提高传输数据的可靠性。
由于编码包中含有原始数据包之外的冗余信息，即使在传输过程中部分数据包丢失或损坏，接收方仍然能够通过解码重构出原始数据。
二、纠错技术的基本原理与网络编码不同，纠错技术是一种在传输过程中检测和修复数据错误的技术。
纠错技术通过在发送数据包中添加冗余信息，使得接收方在接收到数据包时能够检测出并纠正部分错误。
常见的纠错技术包括循环冗余检验（CRC）和海明码（Hamming Code）等。
循环冗余检验通过对发送数据包进行多项式计算，生成一段检验码，并将检验码添加到数据包中一起发送。
接收方在接收到数据包后，同样进行多项式计算，如果计算结果与接收到的检验码不一致，则说明数据包存在错误。
网络编码综述
图2
单源三接收网络
1. 无线网络 无线网络的物理层广播特性和业务流的双向性 非常适合使用网络编码 , 最新的热点集中于物理层 网络编码、 基于编码的协作方案设计以及实际编码 协议性能评估等。相对于传统的合作方案 , 基于网 43
虽然网络编码优点突出 , 但运用网络编码增加 了计算的复杂性 , 而且网路节点需要缓存足够的输 入信息 , 因此编码操作增加了传输时延和节点额外 的 I/ O、 CPU 消耗。在研究网络编码的综合性 能过
在传统的计算机通信网络中 , 信息传输都是由 源节点经过中间节点, 以存储转发的方式传送到目 标节点的。除了数据复制以外 , 在网络的中间节点 一般不 需要做 任何数 据处 理。Alshwede 等在 2000 年的 IEEE 信息论会刊上发表的一篇著名论文[ 1] , 首 次提出了网络编码的概念并从理论上得以证明。如 果允许网络节点对传输的信息按照合适的方式进行 编码处理 ( 如模二加、 有限域上的运算等 ) , 而非仅限 于存储和转发, 则基于该方式的网络多播总能够实 现理论上的最大传输容量。网络节点对传输信息进 行操作和处理的过程 , 就称为网络编码。 一、 网络编码的基本原理 网络编码的核心思想是利用网络的中继节点对 接收到的传输信息数据进行编码 , 从而提高链路带
2011 年 03 月第 1 期 ( 总第 86 期 ) Vol. 27 No. 1( Serial No. 86) 2011
技术开发与应用
网络编码综述
凌 伟
1
张
靓
2
( 1. 四川大学, 四川 成都 610065; 2. 成都航空职业技术学院, 四川 , 成都 610100)
摘 要 : 网络编码是近年来通信领域的重大突破, 本文在介绍网络编码基本原理的基础上 , 阐述了网络 编码的优缺点、 分类 、 应用和发展趋势。 关键词: 网络编码 最大传输容量 文献标识码: B 文章编号: 1671- 4024( 2011) 01- 0041- 04
无线通信网络中的联合网络编码技术
无线通信网络中的联合网络编码技术无线通信网络环境中，联合网络编码（Joint Network Coding）技术是一项重要的数据传输技术。
它可以在通信信道不好、丢包率很高的网络环境下传输数据，提高数据传输的可靠性和效率。
在当前移动通信和无线数据传输中，联合网络编码技术已被广泛应用和推广。
联合网络编码技术是一种多用户协作通信的技术，它利用随机线性网络编码的方法来将多个数据包进行编码，然后通过广播方式进行传输。
在这个过程中，各用户之间会通过编排形成编码矩阵，并将矩阵发送给其他用户，以实现联合传输的过程。
这种传输方式，可以一定程度上提高网络的吞吐量和传输速度，同时减少数据丢失和延迟等问题的发生。
联合网络编码在无线网络环境中应用的领域很广泛，包括无线传感器网络、车辆间通信、卫星网络、移动通信网络等。
例如，在无线传感器网络中，由于节点分布密度较高，各节点之间的相互通信受到严重干扰，导致数据的传输中止或失败。
在进行传输时，利用联合网络编码技术可以将各节点发送的数据包进行编码，形成符号向量，然后在节点之间通过传递数据包的方法进行传输。
这样，不仅提高了网络的传输效率，而且降低了电量消耗率。
在车辆间通信中，联合网络编码技术也有重要的应用。
由于车辆行驶中的速度、方向和距离等因素的影响，车辆间通信的效率和可靠性存在较大难度。
利用联合网络编码技术，可以将多个车辆发送的数据包进行编码，然后进行传输，以实现数据之间的共享和交换。
这种方法能使车辆间通信更加高效、可靠，大大提高了整个车联网的性能和安全性。
总之，联合网络编码技术在无线通信网络中的有着广泛的应用前景，通过多用户协作传输的方式，它可以从根本上提高网络的吞吐量、降低数据丢失率、减少数据传输时延等问题，为用户带来更好的通信体验和高效的数据传输服务。
网络编码研究综述
网络编码研究综述摘要：网络编码是通信网络中信息处理和传输理论研究上的重大突破，它的核心思想是允许网络节点对所传输的信息进行编码处理。
它在提高网络数据吞吐量即数据传输可靠性等方面拥有显著的优势。
本文介绍网络编码的基本原理以及主要优缺点，对网络编码的研究进展进行分析，分析网络编码当前面临的重要问题，以及解决网络编码问题可能采取的方法。
关键词：网络编码；随机网络编码；网络编码机制引言香港中文大学的R. Alshwede 等在2000年的IEEE信息会议上发表的一篇著名论文[1]，该论文首次提出了网络编码(Network Coding)的概念，并从理论上证明了：如果允许网络节点对传输的信息按照合适的方式进行编码处理，而不是局限于传统的存储和转发，则基于该方式的网络多播总能够实现理论上的最大传输容量。
网络节点对传输信息进行操作和处理的过程，就称为网络编码。
网络编码的提出是网络通信领域中的一项重要突破，自其被Ahlswede提出以来，已迅速发展成为一个重要的研究领域，对信息论、编码、通信网络、网络交换理论、无线通信、计算机科学、密码学、矩阵论等研究领域产生了深远的影响，已成为当今最热门的研究领域之一。
网络编码是一种融合编码和路由的信息交换技术。
它的原理是，网络中的节点对接收到的多个数据分组进行编码融合，经过编码后的数据被中间节点以多播的方式进行转发，目的结点可依据相应的编码系数进行解码，从融合的数据中还原出原始的数据，网络编码通过允许网络中间节点对不同数据流数据编码获得网络最大流传输理论的上界，从而改变了传统网络节点智能从当存储、转发的角色。
网络编码已引起国内外学者的广泛关注，国外一些著名的院校和实验室都对网络编码进行了研究，例如MIT、普林斯顿大学和微软研究院等，它们的研究侧重点在应用网络编码提高网络吞吐量及提高网络能量利用率，以及编码提高网络传输的可靠性和安全性等方面。
其中，前一个侧重点的研究多集中在传输中编码策略的研究[2-3]，而在提高数据传输的可靠性等方面的研究多集中在数据的重传策略方面[4]。
通信网络中的网络编码技术
通信网络中的网络编码技术随着网络技术的发展，人类的通信方式也在不断地升级，从最初的电报、电话，到现代的互联网，通信技术的更新换代从未停止。
然而，在这些通信技术的背后，有一个强大而不为人知的技术——网络编码技术。
网络编码是一种网络技术，其实际应用范围非常广泛。
从基础的数据传输，到高级的视频流媒体，都可以使用网络编码进行优化。
网络编码技术的基本思想是将数据进行冗余度的增加，从而提高传输的可靠性和速度。
下面我们就来详细了解一下网络编码技术的原理和应用。
一、网络编码技术的原理网络编码技术是如何实现冗余度的增加呢？首先我们需要了解数据传输的基本原理。
在传统的数据传输中，数据包是以原始形式逐一发送的，当遇到网络中断或者数据损坏时，整个数据包就需要重新发送。
这种方式存在两个问题：一是低效，因为数据包的传输效率较低，而且需要不断地重试；二是不稳定，因为单个数据包的丢失就会导致整个传输过程的失败。
网络编码技术提供了一种全新的解决方案。
在网络编码中，数据包并不直接发送，而是经过编码之后再发送。
具体的方法是将多个数据包合并成一个编码包，再将该编码包通过网络进行传输。
这个编码包中包含了原始数据包的冗余信息，即冗余度的增加。
如此一来，当数据包传输过程中出现网络中断或者数据损坏时，只需要重新发送出现问题的编码包即可，这意味着效率大大提高，同时还可以保证传输的可靠性和稳定性。
二、网络编码技术的应用我们刚才说到网络编码可以应用于基础的数据传输和视频流媒体，下面我们就来详细介绍一下它的应用情况。
1、基础的数据传输在基础的数据传输中，网络编码技术可以通过多个数据包的编码来实现传输效率的提高。
一个典型的例子是P2P 文件共享网络，而 BitTorrent 就是使用了网络编码来提高下载速度和数据冗余度。
2、视频流媒体视频流媒体是一种高级的应用场景，它要求传输的速度和稳定性都非常高。
在这种情况下，网络编码技术发挥的作用更加明显。
它可以通过增加视频流的冗余度来提高传输的速度和稳定性，并可以很好地应对网络抖动和丢包等问题。
局域网的网络编码与数据压缩技术
局域网的网络编码与数据压缩技术局域网是指在一个相对较小的范围内，由计算机互联而成的网络。
在局域网中，为了提高网络传输的效率和可靠性，网络编码和数据压缩技术起到了关键作用。
本文将介绍局域网中的网络编码和数据压缩技术，并探讨它们在提高网络性能方面的应用。
一、网络编码技术在传统的数据传输中，通常采用错误检测和纠正技术来保证数据的可靠性。
然而，在有噪声干扰的情况下，这些方法往往效果有限。
网络编码技术通过在传输信息中引入冗余，使得接收方能够通过解码重构出原始信息。
1. 瓦斯托码（Vasudevan和Murthy码）瓦斯托码是一种应用在有损网络中的网络编码技术。
它通过将多个数据包进行逻辑上的“与”操作，生成一个更小的包进行传输。
接收方在收到足够数量的小包后，通过进行逻辑上的“或”操作解码重构出原始数据。
2. 云复制码（Cloud Coding）云复制码是一种适用于多播传输的网络编码技术。
它通过将数据包分散存储在多个服务器上，接收方可以根据自身需求从不同的服务器下载数据包，从而提高数据的可靠性和传输效率。
3. 转发网络编码（Network Coding）转发网络编码是一种在中间路由节点上进行编码操作的网络编码技术。
中间节点不仅仅是简单地转发数据包，而是对接收到的数据包进行编码处理，生成新的数据包再进行转发。
这种方式能够提高数据传输的效率和可靠性。
二、数据压缩技术数据压缩技术是通过对数据进行编码和转换，以减少数据的存储空间和传输带宽。
在局域网中，数据压缩技术可以减少网络拥塞和传输延迟，提高数据传输的效率。
1. 无损压缩无损压缩是一种压缩数据的方法，通过编码和解码过程，确保压缩后的数据能够完全恢复为原始数据。
常见的无损压缩算法包括哈夫曼编码、算术编码等。
2. 有损压缩有损压缩是一种在压缩过程中，为了减小数据体积而牺牲一定的信息质量的压缩方法。
有损压缩广泛应用于音频、视频等多媒体数据的传输。
常见的有损压缩算法有JPEG、MP3等。
计算机网络中的网络编码技术
计算机网络中的网络编码技术网络编码技术是计算机网络领域中一项重要且被广泛研究的技术。
它通过在数据包中引入冗余信息，以增强数据传输的可靠性和效率。
本文将介绍网络编码技术的基本原理、应用场景以及未来的发展趋势。
一、网络编码技术的基本原理网络编码技术通过对数据包进行编码来增强传输过程中的容错性。
传统的数据传输方式是将数据拆分成若干个数据包依次发送，接收方则按照特定顺序接收并解码这些数据包。
然而，在网络传输中常常存在丢包、延迟等问题，这会导致数据包的丢失或者乱序到达，从而降低了传输效率和可靠性。
网络编码技术通过将多个数据包进行混合编码，生成一组新的编码包进行传输。
接收方则收到一定数量的编码包后，可以通过解码得到原始数据包。
这种编码方式可以将原始数据包的信息进行冗余处理，从而在一定程度上提高了传输的可靠性。
即使在数据包丢失的情况下，接收方仍然能够通过解码得到原始数据。
二、网络编码技术的应用场景1. 无线网络传输：无线网络通常面临严重的信道干扰和数据丢失问题。
网络编码技术可以有效地提高无线网络的容错性和传输效率。
例如，在无线传感器网络中，节点之间通过编码方式传输数据，可以减轻节点之间的通信负担，延长网络寿命。
2. 分布式存储系统：网络编码可以增加分布式存储系统的冗余性，提高数据的可靠性和可用性。
传统的存储系统通常采用备份的方式进行数据冗余，而网络编码则可以通过对数据包进行编码，实现数据冗余的同时提高存储系统的性能和容错性。
3. 流媒体传输：在实时性要求较高的流媒体传输中，网络编码技术可以提供更好的传输效果。
通过在流媒体数据包中引入冗余信息，可以减少数据包的丢失和乱序，从而提高视频和音频的传输质量。
三、网络编码技术的未来发展趋势1. 应用广泛化：随着对数据传输可靠性要求的提高，网络编码技术将被应用于更多领域。
例如，物联网、车联网等领域的快速发展对网络编码技术提出了新的需求。
2. 实时性改进：目前的网络编码技术主要关注数据的可靠传输，未来的发展趋势将更加重视实时性。
无线协作通信中的网络编码―增量中继机制
无线协作通信中的网络编码―增量中继机制?フ? 要:针对以往的网络编码应用于无线通信系统中都是采用固定的中继转发方式，提出了一种新的协作机制：网络编码―增量中继。
该方案的中继节点根据两用户直传路径的发送情况来决定是否需要转发：即当两用户发送数据的直传路径都成功或都发送失败时，中继节点不转发数据；当两用户发送数据的直传路径有一个成功、一个失败时，中继节点转发经过网络编码后的数据。
经过仿真表明，采用该协作机制，在不影响系统性能的情况下大大节约了时隙、功率、带宽资源。
?ス丶?词:协作通信；网络编码；增量中继；中断概率；资源消耗?ブ型挤掷嗪?: TP393 文献标志码:AAbstract: The existing network coding applied to wireless communication system uses a fixed way to relay. Therefore, a new cooperation mechanism was proposed: Network Coding??Incremental Relay (NC??IR). The relay node decided whether to forward according to the two users’ sending statusof the direct passing path. That is, if both of the direct passing paths or neither of them were successful while sending users’ data, the relay node did not forward data, and if only one of the direct passing path were successful while sending users’ data, the relaying node forwarded the data by network coding. The simulation shows that this cooperation mechanism saves a lot of time slot, power and bandwidth resources without affecting the system performance.Key words: cooperative communication; network coding; incremental relay; outage probability; resource consumption ??0 引言??未来无线移动通信要求系统支持高信息传输速率和高服务质量(Quality of Service, QoS)，然而无线信道固有的多径衰落特性成为影响传输速率与质量的瓶颈。
网络编码 (1)
网络编码初步陆巍220080551摘要：网络编码是通信网络中信息处理和信息传输理论研究上的重大突玻，其核心思想是允许网络节点对传输信息进行编码处理。
运用网络编码能够提升网络吞吐量、均衡网络负载和提高网络带宽利用率等。
本文简单介绍网络编码的基本原理以及主要优缺点，归纳网络编码的主要实现算法和机制，并重点分析网络编码的在P2P网络中应用。
关键词：网络编码随机网络编码信息流多播目录1引言................................................................................................................................... - 1 - 2网络编码的基本概念和优缺点....................................................................................... - 2 -2.1基本概念................................................................................................................ - 2 -2.2主要优缺点............................................................................................................ - 3 -3网络编码的原理和模型................................................................................................... - 4 -3.1 线性网络编码....................................................................................................... - 4 -3.2 数学模型............................................................................................................... - 5 -4. 网络编码的构造算法..................................................................................................... - 6 -4.1指数时间算法........................................................................................................ - 6 -4.2 多项式时间算法................................................................................................... - 6 -5 网络编码的分布式实现：随机网络编码...................................................................... - 7 -6 网络编码的应用.............................................................................................................. - 8 -参考文献.............................................................................................................................. - 9 -1引言传统的多播传输很难使多播传输达到“最大流最小割”定理确定的最大理论传输容量。
无线通信网络中的网络编码技术
无线通信网络中的网络编码技术随着移动通信技术的快速发展，无线通信网络已成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。
而在无线通信网络中，网络编码技术的应用越来越重要，它有效地提高了无线网络的容量和可靠性。
本文将深入探讨无线通信网络中的网络编码技术及其应用。
一、网络编码技术概述网络编码技术是一种将数据进行编码、传输和解码的技术，它在数据传输中起到了重要的作用。
传统的数据传输方式是一对一的传输，即发送方将数据直接发送给接收方，但这种方式存在一些问题，比如信道容量限制、传播延迟等。
而网络编码技术通过在数据包中添加冗余信息，使得接收方可以通过解码冗余信息来重构原始数据，从而提高数据传输的可靠性。
二、无线通信网络中的网络编码技术无线通信网络由多个无线节点组成，节点之间通过无线信道进行通信。
在传统的无线通信网络中，节点之间的通信方式通常是一对一的单播方式。
然而，由于信道的不稳定性和多路径衰落等原因，单播方式的传输效果较差。
因此，网络编码技术开始被引入无线通信网络，为节点之间的通信提供了新的选择。
1. 基于网络编码的数据传输基于网络编码的数据传输是指在数据包传输过程中，发送节点对数据包进行编码后再发送给接收节点。
接收节点接收到多个编码后的数据包后，可以通过解码重构原始数据，从而提高数据传输的可靠性和容量。
在无线通信网络中，网络编码技术可以有效降低信道传输错误率，提高信号传输效果。
2. 基于网络编码的路由在无线通信网络中，节点之间的路由选择是一个复杂而重要的问题。
传统的路由选择方法通常基于距离、拓扑结构等因素，但这种方法不能适应无线通信网络的特点。
而基于网络编码的路由选择方法则能够更好地适应无线通信网络的特点，提高网络的吞吐量和可靠性。
三、网络编码技术的应用网络编码技术在无线通信网络中有着广泛的应用，下面将介绍一些典型的应用场景。
1. 移动互联网移动互联网是无线通信网络的一个重要应用场景。
在移动互联网中，人们通过移动设备进行信息交流和共享。
网络编码
传统的通信网络传送数据的方式是存储转 发，即除了数据的发送节点和接收节点以 外的节点只负责路由，而不对数据内容做 任何处理，中间节点扮演着转发器的角色。 长期以来，人们普遍认为在中间节点上对 传输的数据进行加工不会有任何收益，然 而R Ahlswede等人于2000年提出的网络编 码理论彻底推翻了这种传统观点。
传统的路由方法
图1(a)表示的是传统的路由传输方式，节 点W执行存储和转发操作。假定W转发信 息b1，则链路WX、XY和XZ上传输的信息 均为b1，虽然信宿Z收到b1和b2，但信宿Y 却只能收到b1 (同时收到一个多余的b1)， 因此信宿Y和Z无法同时收到b1和b2，该多 播不能实现最大传输容量。
网络编码=IP地址（IP Address）and 子网掩码（Subnet Mask）。通过划分子网，即设置子网掩码，获得不同的 网络编码，分配给计算机和路由器。
网络编码通常是使用在跨地域的网络互联之中。两者之间 使用路由器连线，同时也上Internet。如果只申请到一组 C 类IP地址，过路由器又需不同的网络,所以此时就必须 使用到网络编码。
传统方法和网络编码的比较
S b1
b2
T
U
S b1
b2
T
U
b1 b2
W
b1 b2
W
b1 b1 b2
X
b1
b1
Y
Z
b1 b1+b2 b2
Xb1+b2 b1源自b2YZb1
b1,b2 b1,b1+b2 b2,b1+b2
实际应用
网络编码，就是在路由器配置中所说的“网域”、"网段 “. 网络编码是融合了路由和编码的信息交换技术。 在搭建网络的过程中，路由器正是实现网络编码的设备。 即有路由器的地方就需要网络编码。
networkcoding
伽罗华域
GF(2 m)域
以m=4为例，它的本原多项式为 4 1 0 ,即 4 1
在伽罗华域中，加法等于对应位异或
先给出推导过程
0 0000 3 1000 1 0001 4 0011 14 1001 0010 5 0110 15 0001
2
0100
…
可以看出，当m=4时，GF(4)是一个包含15个数的有限域，
k 1
s 1 0
0 1
1 1B
kB 1 1
1U 1
1
kU 1 1
V1 1
kV 1 1
R1
R2
• 全局编码向量：
•
有向无环网络中，记 F 为有限域，w为正整数。对于任
何节点 T，标量 kd , e表示节点 T的每个相邻链路对 d , e 的
局部编码标量，对于节点 T的每条输入链路 d In(T ) 和输出
4
网络编码基础
• （点对点的最小割最大流定理） 对于已知的网络
流图，从发点 S 到收点 u 的流量 ru 的最大值小于
或等于任何一个割切的容量，即
ru min{cut(S, u)}
记 Cu min{cut(S, u。)}
a
4
S
3
b
3
3
2
u
Cu 9
4
2
4
d
•
一个组播传输，信源为 s接收节点集{u1,u2 ,..., uN }
据数包据，包用Y1Y，1，Y2Y，2，……，，YMY的M表组示标，志即和相Yi 应 的mj1编gijX码j 信g源i1把，编…码，
• gim添加到数据包前发送出去，编码后的数据包格式如图 2．
• 中间节点接收到一个数据包，首先判断与缓存中
Network Coding Introduction网络编码简介
cost 5 transmission slots
Throughput Gain:25%
C
B
D
By using opportunistic listening,all of the four nodes has 3 packets to decode from the broadcasted packets: a⊕c⊕d⊕e
Throughput Gain:33%
2 How to use Network Coding?
a,b
A lost a
b
a,b
B
C
lost a
lost a b
B
a,b A
a,b encode a,b
C to a+b and 2a+b
lost a+b
E b
E
decode a by b
b
and 2a+b
1 How do we find Network Coding?
a Ab
a
A b
A
a
b
Ba
bC
Ba b C
Ba
bC
D
aa
b
D
a
bb
D
a
a⊕b b
E
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a G
E
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G
E
a⊕b a⊕b
F
G
Network Coding in Butterfly Network
A has packets a,b and wants to send both of them to F,G.
• B has packet b; • D has packet d; • E has packet e; 1.No NC:
网络编码浅析
网络编码浅析【摘要】网络编码是近年来通信领域的重大突破，其基本思想是网络节点不仅参与数据转发，还参与数据处理，这样可以大幅提高网络性能。
本文关注网络编码在无线网络环境中编解码过程。
【关键词】网络；网络编码；解码一、什么是网络编码网络编码，是网络中的节点将接收到的信息进行编码后再转发出去的多点传送技术，是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给下游节点，中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。
根据图论中的最大流-最小割定理，数据的发送方和接收方通信的最大速率不能超过双方之间的最大流值(或最小割值)，如果采用传统多播路由的方法，一般不能达到该上界。
R Ahlswede 等人以蝴蝶网络的研究为例，指出通过网络编码，可以达到多播路由传输的最大流界，提高了信息的传输效率，从而奠定了网络编码在现代网络通信研究领域的重要地位。
二、网络编码方案网络编码方案可分为线性和非线性两种，其中线性方法的编码和解码都相对简单，因此，一般都倾向于采用线性方法。
Li指出在有向网络中，如果一个网络编码问题有解，则一定有线性解。
从理论上保证了线性算法的有效性。
线性组合要求网络节点具有更高的计算能力，然而根据摩尔定律，随着处理成本的降低，网络的“瓶颈”逐渐转向业务所需的更高的带宽支持和服务质量(QoS)保证。
网络编码实际上是用节点处理能力换取更高的网络效率。
（一）编码过程线性网络编码是将节点传送信息线性映射到一个有限域内，利用线性关系实现编译码过程。
假设每个信息数据包为L比特，当它与要组合的数据包长度不同较短的信息附加额外一串“0”，将包中的s个连续比特组成域上的一个符号，则一个包中包含L/s个符号。
在线性编码下，运用乘法和加法运算，使从节点发出去的数据为该节点接受到信息的线性组合。
假设一个源或多个源产生的原始数据包含信息为M1.......Mn，则在线性网络编码中传输的数据可表示为线性网络编码是将节点传送信息线性映射到一个有限域内，利用线性关系实现编译码过程。
1网络编码资料
网络编码是Ahlswede等人于2000年提出的一种网络数据传输方式[1].它在概念上是路由的扩展.在传统的基于路由的网络(下文简称路由网络)中,网络节点(路由器、交换机等)只执行数据的转发和复制两项操作;而在使用网络编码的网络中,网络节点原则上能够对接收到的数据进行任意的编码操作(如线性变换等),再将编码结果复制或转发.与路由相比,网络编码的优势主要体现在组播应用中.它可以提升吞吐率,达到有向网络(directed networks)的组播容量(multicast capacity)[1].传统的网络中，路由器或网络中间节点(如F2P网络中的各主机)对收到的数据包只简单转发到下一个节点。
而利用网络编码，网络节点可以把收到的多个数据包通过一定的编码手段(如线性编码)重新组包再发送到下一节点，接收端收到一定数量的包后通过解码获得数据。
网络编码可以提高网络吞吐量，增强可靠性[2]，但同时也增加了网络节点的计算量。
根据摩尔定理，处理器的速率将越来越高，网络传输的瓶颈不在于运算量而在于网络带宽和服务质量。
网络编码正是利用了计算机强大的计算能力来提高网络吞吐量，保证可靠的服务质量。
网络编码的基本思想是网络的中继节点不再只进行数据的存储转发，而是对收到的数据进行处理之后再发送出去，以达到节省网络资源、提高网络性能的目的。
【摘要】网络编码可以优化网络传输的性能，网络编码的基本思想是网络节点不仅对数据进行存储转发，还参与数据处理。
网络编码的出现更迎合了无线网络技术的发展，本文关注了网络编码在无线网络中的研究和应用，初步探讨了面对网络编码，我们应采取和研究的信息安全措施，同时提出了针对网络编码应着力解决的研究问题以及无线网络技术如何依靠网络编码进行安全有效的信息交换，并对其发展进行了展望。
关键词：网络编码无线网络信息交换1、网络编码技术与传统网络的差异在传统的计算机网络数据传输过程中，要借助路由器进行数据传递，根据数据的目标地址，路由器将数据包向各个链路发送。
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1 How do we find Network Coding?
a Ab
a
A b
A
a
b
Ba
bC
Ba b C
Ba
bC
D
aa
b
D
a
bb
D
a
a⊕b b
E
a F
a G
E
b
b
F
G
E
a⊕b a⊕b
F
G
Network Coding in Butterfly Network
A has packets a,b and wants to send both of them to F,G.
Opportunistic Coding and Listening
• A and E/ C and D want to exchange packets.
• 1.NC without opportunistic listening
cost 6 transmission slots
A
2.NC using opportunistic listening
E 4 Node Relay Network
eg: A decode e by a⊕c⊕d⊕(a⊕c⊕d⊕e)=e
Node B uses opportunistic coding Node ACDE use opportunistic listening
Network Coding using MIMO
• eg.Random Network Coding
Random Network Coding
X1a+Y1b =C1
B
a,b A
• A encodes a,b to Xia+Yib=Ci
(i=1,2)
X2a+Y2b =C2
•
D encodes Xia+Yib=Ci to
X3(X1a+Y1b)+Y3(X2a+Y2b)=C3
total number of transmission: 4+4+4-3=9 Encode at node B,D,E
I Throughput Gain:11%
A
B
C
Network Coding in Wireless two-way Relay channel
• A and C want to exchange packets.
1. Traditional Routing:
A-B,B-C,C-B,B-A
cost 4 transmission slots.
2. Using Network Coding:
A-B,C-B, B-A/C
cost 3 transmission slots.
A has a packet:a; C has a packet:c After B receives both a and c, it broadcasts a⊕c thus A can decode c by a⊕(a⊕c); C can decode a by c⊕(a⊕c)
1.Traditional Routing Throughput: (2+1)/2=1.5/per node ing Network Coding Throughput: (2+2)/2=2/per node
Throughput Gain:33%
1 How do we find Network Coding?
B can broadcast a⊕e to A and E, and c⊕d to C and D simultaneously by using MIMO.
Coding-Aware Routing
1.Traditional routing
F-A:F-D-C-B-A
A-I: A-B-C-E-I;
• 1.NC using opportunistic listening cost 5 transmission slots
2.NC using MIMO
A
cost 3 transmission slots Throughput Gain:66%
C
B
D
E 4 Node Relay Network
By using MIMO, A and E can send packets a and e to B simultaneously; C and D,respectively.
C
D
E
F
G
X3(X1a+Y1b)+Y3(X2a+Y2b)=C3
Decode: eg. F can decode a,b from ① X1a+Y1b=C1 ② X3(X1a+Y1b)+Y3(X2a+Y2b)=C3
Note that every coefficient is random choosen and transmitted.
Throughput Gain:33%
2 How to use Network Coding?
a,b
A lost a
b
a,b
B
C
lost a
lost a b
B
a,b A
a,b encode a,b
C tห้องสมุดไป่ตู้ a+b and 2a+b
lost a+b
E b
E
decode a by b
b
and 2a+b
cost 5 transmission slots
Throughput Gain:25%
C
B
D
By using opportunistic listening,all of the four nodes has 3 packets to decode from the broadcasted packets: a⊕c⊕d⊕e
Network Coding Introduction
郑晗谞 2013.11.12 andyhanxu@
CI.HFUT
Network Coding Introduction
• 1 How do we find Network Coding? • 2 How to use Network Coding? • 3 Why do we use Network Coding?
A
I-F: I-H-G-F
total number of transmission:11
B
C
D
E
F
G
H
2.NC with traditional routing total number of transmission:10
Encode at node B
3.NC using coding-aware routing I-F:I-E-C-D-F