无线Mesh网中网络编码的研究进展

２２０１０．４６（１２）ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用
ＷｉｒｅｌｅｓｓＭｅｓｈＣｌｉｅｎｔｓ
图１混合结构的Ｍｅｓｈ结构图
２网络编码原理及发展
网络编码是一种融合编码和路由的信息交换技术，在传统存储转发的路由方法基础上，通过允许对接收的多个数据包进行编码信息融合，增加单次传输的信息量，提高嘲络吞吐量等性能。

网络编码在单播的应用Ｈ如图２所示，节点Ａ需要向节点ｃ发送一个数据包，而节点Ｃ也想向节点Ａ发送—个数据包。

由于传输范围的限制，这两个路径都必须经过转发节点艿。

假没时间轴被划分为时Ｉ’日Ｊ槽，每传输—个数据包需要花费一个时间槽。

如果采用传统路由的调度方法，完成两个方向的中继传输需要四个时问槽，如图２（ａ）所示。

（１）节点Ａ发送数据包到节点Ｂ；
（２）节点Ｂ转发Ａ的数据包到节点Ｃ；
（３）节点ｃ发送数据包到节点Ｂ；
（４）节点曰转发Ｃ的数据包到节点Ａ。

对比传统路由的传输方案，采用无线网络编码技术只需要三个时间槽来完成两个方向的中继传输，如图２（ｂ）所示。

（Ｉ）节点Ａ发送数据包到节点曰；
（２）节点ｃ发送数据包到节点Ｂ；
（３）节点曰转发经过异或操作的数据包ＡｏＢ。

节点Ａ对从Ｂ接收到的新数据包ＡｏＢ进行异或操作，根据自身的数据包可以获得Ｃ的数据包；同理，节点Ｃ能得到Ａ的数据包。

图２单播中传统路由与网络编码传输的比较图自Ａｈｌｓｗｅｄｅ等人［５１于２０００年提出网络编码概念，指出对组播网络中的某些节点附加额外的编码操作能使组播传输达到最大流最小割１６１定理确定的最大理论传输量以来，网络编码引起了国际学术界的广泛关注，其理论和应用已成为通信领域研究的新热点川。

目前网络编码的理论研究已取得重要进展，在应用基础和工程实践方面的研究正在全方位展开。

Ｌｉ等人ｌ蚪证明了使用线性网络编码已经能足够达到Ｍ络多播容量。

ＫｏｅｔｔｅｒＲ等９提出了阿络编码的代数框架，并证明了存在满足多播容量的线性时不变编码。

这两者的工作为网络编码的发展准备了必要的理论条件。

随机网络编码㈣是由ＨｏＴ、Ｍ∈ｄａｒｄ等人在２００３年提出的，它的提出拓宽了网络编码的适用场景，使得网络编码不再局限于确定的网络拓扑和集中式算法。

Ｃａｉｌ“利用分布式网络编码来纠正整个网络中的差错，并论述了阱络编码在安全方面的应用旧，为网络编码增加了新的应用领域。

３无线Ｍｅｓｈ网络中的网络编码研究
随着研究的不断深入，｝哪络编码的研究重点开始从集中在理论方面转向应用到具体网络中。

越来越多的学者将网络编码应用到无线Ｍｅｓｈ网络中，为解决Ｍｅｓｈ嘲络问题提供了一条新途径。

这里着重分析和归纳无线Ｍｅｓｈ网络中网络编码的研究现状。

具体可以分为以下儿个方面：
（１）网络编码在无线Ｍｅｓｈ中的实现方法。

Ｋａｔｔｉ等人首次提出一种基于网络编码技术的ＣＯＰＥ协｝义，并给出了一个具体实现方案ｐ，１３１。

ＣＯＰＥ协议采用嘲络编码中最简单和常用的异或线性编码（ＸＯＲ），即在编码节点输入ｘ个数据包（扎ｘ２，…，机），通过编码操作ｙ≈．砭》１９…砭弧计算得到一个混合数据包，然后将混合数据包在网络中传输；接收节点利用侦听到的编码信息和本地信息对混合数据包进行解码，从而获得自己需要的数据包。

ＣＯＰＥ协议有效地减少了网络中数据包的发送量，使得无线Ｍｅｓｈ网络单播通信吞吐量增加。

但是该协议是对多个数据流从不同节点经过一个节点时进行编码，对于同一个数据流传输时没有考虑编码的实现，且秘路由技术的结合考虑得少。

文献１１４１针对ＣＯＰＥ，提出一个支持无线网络编码技术ＣＯＰＥ的按需路由协议ＯＣＲ。

以提高无线Ｍｅｓｈ网中的网络吞吐量。

ＫａｉＦａｎ等『针对ＣＯＰＥ进行改进使得达到负载均衡。

文献［１６】
把重叠编码和线性编码结合起来，在无线网络实现混合数据包的传输，该方法可以较大地提高网络的性能，但是重叠编码不容易实现。

文献ｆｌ７】在｝《】４络编码的实现上设计出了基于符号级的编码，可是对于细粒度的编码可能带来更大的计算开销，且
编码节点需较多的缓存空间。

Ｋｅｓｈａｖａｘｚ铮”研究了在Ｍｅｓｈ中
尹志忠，张龙，周贤伟：ＬＥＯ／ＨＥＯ／ＧＥＯ三层卫星网络层间ＩＳＬ性能分析２０１０．４６（１２）１３～。

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图１４ＧＥＯ一１与ＨＥｎ一１１建定层问ＩＳＬ的仰角、厅位角及链路距岗图１５ＧＥＯ层ＩＳ．星与ＨＥｎ一１２建立层闭ＩＳＬ的时问
图１６ＧＥＯ层卫星与ＨＥＯ一２ｌ建立层阐ＩＳＬ的仰角
５结论
针对现有基于分层体系结构的卫星网络存在覆盖盲区的问题，尤其是难以提供对特定地区或高纬度地区的覆盖服务，提出一种ＬＥＯ／ＨＥＯ／ＧＥＯ三层卫星网络体系结构，并在此基础上对三层卫星网络的层ｆ’甘ＪＩＳＬ几何特住进行了分析，为未来卫星网络分层体系结构的研究提供基础理论依据和参考。

通过ＳＴＫ仿真表明在该三层卫星网络中，ＧＥＯ层中卫星可２４小时不问断地与ＬＥＯ层及ＨＥｎ层中所有卫星建立动态层问琏Ｌｏ下一步工作是利用ＬＥＯ居ＩＥＯＩＧＥＯ三层卫星嘲络体系结构，研究该三层卫星网络的高效单播、组播路由协议。

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ｃｏｄｅｄｗｉｒｅｌｅｓｓｍｅｓｈｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｃｌ／／ＳＥＣＯＮ’０８．５ｔｈＡｎｎｕａｌｌＥＥＥＣｏｍｍｏｎｉｅａｔｉｏｎｓＳｏｃｉｅｔｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ｊｕｎｅ２００８：１７９一１８７．
【３９１ＳｕｎｄⅡａｍｊａｎＪＫ，ＳｈａｈＤ，Ｍ’ｅｄａｒｄＭ，ｅｔａ１．Ｎｅｔｗｏｒｋｃｏｄｉｎｇｍｅ既ｓ
ＴＣＰ『ＣＦＷｒｏｃＩＮＦＯＣＯＭ’０９。

Ｒｉｏｄｅ
Ｊａｎｅｉｍ，Ｂｒａｚｉｌ。

Ａｐｔ，２００９．。