基于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)可靠性分析

王新策

摘 要：網(wǎng)絡(luò)編碼能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的性能進(jìn)行優(yōu)化。無線網(wǎng)絡(luò)不需通過任何有線的物理設(shè)備就可以進(jìn)行較長(zhǎng)的信號(hào)傳輸。通信網(wǎng)絡(luò)主要是通過無線電射頻或是紅外線等傳輸技術(shù)和媒介所組成。網(wǎng)絡(luò)編碼則是集合了路由器與編碼對(duì)信息進(jìn)行交換的技術(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，以及數(shù)據(jù)的處理。近年來，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，推動(dòng)了計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)可靠性方面的發(fā)展。本文首先了解了網(wǎng)絡(luò)編碼的含義及最大傳輸?shù)臉O限，然后對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)可靠性進(jìn)行分析，最后，提出了對(duì)無線傳輸數(shù)據(jù)可靠性的保證。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)編碼；無線傳輸數(shù)據(jù)；可靠性

Web-based coding of the computer's wireless data transmission reliability analysis

Abstract: Network coding can transmit data to a computer to optimize the performance. Through the wireless network without any physical device can be wired for a longer signal transmission. Communications network mainly through radio frequency or infrared transmission technology and media such as the composition. Network coding is a collection of routers exchange of information and coding techniques, and data storage and forwarding, and data processing. In recent years, network coding for wireless network technology, the wireless transmission of data to promote the reliability of computer development. This article first understand the meaning of network coding and maximum transmission limits, then a computer on the network coding technology to analyze the reliability of wireless data transmission, and finally, presented to the wireless transmission of data reliability.

Keywords: network coding; wireless transmission of data; reliability

在以往的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)中，首先要借助路由器才能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，然后根據(jù)目標(biāo)的IP，路由才能將數(shù)據(jù)包發(fā)送給個(gè)鏈路。協(xié)調(diào)和安排都無法統(tǒng)一，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)堵塞的現(xiàn)象?，F(xiàn)今，無線數(shù)據(jù)傳輸具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是在大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫妫怯捎谄渚邆涑杀镜?、靈活性高、大規(guī)模自組織網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)。然而在實(shí)際的應(yīng)用中，無線數(shù)據(jù)傳輸失效率比較高、節(jié)點(diǎn)資源受限和環(huán)境干擾等，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院茈y得到保障。但如果在無線數(shù)據(jù)傳輸過程中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，可靠性可能會(huì)有所提高。

一、網(wǎng)絡(luò)編碼的含義及最大傳輸?shù)臉O限

1、網(wǎng)絡(luò)編碼的含義

網(wǎng)絡(luò)編碼是指結(jié)合了編碼與路由的一種信息交換的技術(shù)，是種新的編碼技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)編碼兩種方案：一種是線性的編碼，一種是非線性的編碼。而編碼技術(shù)的重點(diǎn)就在于對(duì)所收到的信息由線性和非線性編碼進(jìn)行處理，處理好的數(shù)據(jù)再發(fā)送給下游的節(jié)點(diǎn)，中間的節(jié)點(diǎn)則起著信號(hào)處理器和編碼器的作用。網(wǎng)絡(luò)編碼的使用使網(wǎng)絡(luò)的性能得到提高，并且解決了傳統(tǒng)技術(shù)不能解決的問題。不但使吞吐量得到提升，還使數(shù)據(jù)包的傳送次數(shù)得到控制。

2、網(wǎng)絡(luò)編碼最大傳輸?shù)臉O限

電路交換式數(shù)據(jù)通信的一種重要的交換方式，此交換方式主要是指將兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或者終端在實(shí)現(xiàn)相互的通信時(shí)，使用同一條實(shí)際的物理鏈路，在整個(gè)通信過程中都會(huì)使用該鏈路實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的傳輸，此外，還不允許其他的計(jì)算機(jī)或者是其他終端設(shè)備同時(shí)共享此電路。

這類數(shù)據(jù)通信的交換方式主要適用于一次接續(xù)后以及一些長(zhǎng)報(bào)文的通信。在最初階段主要使用與公用電話網(wǎng)以及公用電報(bào)網(wǎng)之中，在經(jīng)過一系列的技術(shù)改進(jìn)后，不僅大大的提高了數(shù)據(jù)的傳遞速率，而且還被應(yīng)用到公用數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡(luò)之中。在經(jīng)過一系列技術(shù)改良后的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，其工作速率、線路均衡條件以及用戶線距離等方面都比公用電話網(wǎng)具有優(yōu)勢(shì)，其時(shí)效性方面也更具有優(yōu)勢(shì)。但是也存在一定的不足之處，比如對(duì)于相關(guān)線路的利用率就比較低。

網(wǎng)絡(luò)編碼主要是以提升網(wǎng)絡(luò)的性能為主，對(duì)不同鏈路中的信息進(jìn)行編碼的組合。在網(wǎng)絡(luò)編碼新的體系中，根據(jù)最大流與最小割的定理，在已知的網(wǎng)絡(luò)流圖中S信源至U信宿流量，最大值就等于最小割的容量，其式為：Max flow（S，U）=Min Cut（S，U）。例如：如下面最大流與最小割的定理圖所示，S信源至U信宿的流量Cu最大值等于最大割集時(shí)，則Cu=min{Cut（S，U）}=9。

又如：蝴蝶型的網(wǎng)絡(luò)編碼方案所示，當(dāng)所輸入的信息流被V1進(jìn)行編碼時(shí)，此編碼的a?茌b結(jié)果將發(fā)送到V2中，然后再將其發(fā)送給R1，R2。R1將根據(jù)所收到的信息a與a?茌b，經(jīng)過對(duì)a+(a?茌b)=b解碼后，解得b。R2與R1同樣可以對(duì)所有的信息進(jìn)行完整的解碼。因此，可以得知所達(dá)到的速率為2比特，也是網(wǎng)絡(luò)編碼最大傳輸?shù)臉O限。如圖：

二、網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)可靠性

傳輸數(shù)據(jù)可靠性主要是在傳輸中，節(jié)點(diǎn)可以將數(shù)據(jù)包成功接收的概率。平均能量消耗（Eaverage）等于總能量的消耗除去收到數(shù)據(jù)包的數(shù)量。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)有兩種可靠性，一種是多路徑下傳輸?shù)目煽啃?，另一種是單路徑下傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

1、多路徑傳輸?shù)目煽啃?/p>

通過節(jié)點(diǎn)編碼產(chǎn)生了編碼包m，然后將m按多路徑進(jìn)行傳輸，當(dāng)一定量的數(shù)據(jù)包被sink收到時(shí)，便可進(jìn)行解碼，這是一種網(wǎng)絡(luò)編碼和多路徑融合的方法。因?yàn)榇朔椒ㄔ谥付ǖ臄?shù)量路徑中會(huì)產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)包，容易使能量與寬帶浪費(fèi)。所以，為了使節(jié)點(diǎn)可以正常并順利的進(jìn)行解碼，源節(jié)點(diǎn)將對(duì)原始的數(shù)據(jù)包數(shù)進(jìn)行編碼。在某種程度上多路徑的傳輸使冗余數(shù)據(jù)包數(shù)量急速擴(kuò)大，這么大的冗余數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，就會(huì)對(duì)多余的能量進(jìn)行消耗，對(duì)于編碼的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)則是不可取的。因此，在每條路徑中，都要減少冗余數(shù)據(jù)包的數(shù)量，使能量消耗達(dá)到最小。

2、單路徑傳輸?shù)目煽啃?/p>

對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來說，只需要對(duì)鏈路的失效與沒有失效情況進(jìn)行考慮就可以。鏈路的失效是一種獨(dú)立的情況，當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸數(shù)據(jù)位p時(shí)，假設(shè)在節(jié)點(diǎn)上所傳送的數(shù)據(jù)包的消耗能量是e，那么，傳輸數(shù)據(jù)的可靠性R1，則為：RS=pn。對(duì)于所有數(shù)據(jù)包的總消耗能量，則為：

。因?yàn)閑nMpn是n跳后所收到的，eiMpi-1（1-p）是跳后所丟失的，所以可以得出：

。對(duì)隨機(jī)的線性網(wǎng)絡(luò)編碼，設(shè)有原始的數(shù)據(jù)包M，在經(jīng)過源節(jié)點(diǎn)的編碼以后，就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)包N，其中N要大于等于M，在sink收到線性獨(dú)立的數(shù)據(jù)包才能夠?qū)?shù)據(jù)包進(jìn)行解碼。所以，傳輸數(shù)據(jù)包的可靠性為：

總之，當(dāng)單路徑傳輸數(shù)據(jù)包速率低，跳數(shù)又顯示高時(shí)，融合網(wǎng)絡(luò)編碼中的單路徑傳輸，就會(huì)導(dǎo)致sink無法使數(shù)據(jù)包滿足解碼的數(shù)量。所以網(wǎng)絡(luò)編碼要低于單路徑無線傳輸數(shù)據(jù)的效益。當(dāng)利用多路徑網(wǎng)絡(luò)編碼可以很好的解決編碼中的問題，還可以根據(jù)路徑數(shù)量的不同，使網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)更好的體現(xiàn)。

三、計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)可靠性的保證

計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)中，保證網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的無線傳輸數(shù)據(jù)可靠性主要有兩方面。其一是對(duì)無線鏈路的糾錯(cuò)，要想保證無線傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，就要對(duì)其進(jìn)行糾錯(cuò)。在以往的無線傳輸中，當(dāng)鏈路出現(xiàn)了錯(cuò)誤的時(shí)候，就要采取一一糾錯(cuò)的方式，排除傳輸鏈路中對(duì)錯(cuò)。例如：研究者們，將經(jīng)典的糾錯(cuò)碼理論結(jié)合，并且運(yùn)用在網(wǎng)絡(luò)的編碼中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)中的糾錯(cuò)與檢錯(cuò)功能進(jìn)行了一系列的塑造，保證了其可靠性。其二是無線傳輸數(shù)據(jù)的重新傳送，在無線傳輸數(shù)據(jù)中，所利用的重新傳送的策略主要是一次重新傳送的機(jī)制，因此，會(huì)使重新傳送的次數(shù)增多，消耗了許多的能量，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)的信道資源占用率大。因此，研究者們針對(duì)此目的，提出了在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行編碼重新傳送的策略，減少了重新傳輸?shù)拇螖?shù)。提高了網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)可靠性。

總而言之，網(wǎng)絡(luò)編碼為網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來了重大的變化，從有線的網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)展到如今的無線傳輸數(shù)據(jù)，不斷提高了其吞吐量，同時(shí)還提高了能量的節(jié)省及安全性，并且還轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)可以很快速的提高無線傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。無線傳輸數(shù)據(jù)是出于多變的環(huán)境中的。因此，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包在傳輸?shù)臅r(shí)候極容易被丟失。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)是一項(xiàng)新的技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與無線傳輸數(shù)據(jù)結(jié)合，為了提高網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，通過對(duì)傳輸路徑與最大傳輸極限的分析，判斷其編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，并對(duì)如何保證其可靠性提出了兩方面。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭木根;王月新;王文博;無線自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)[J];中興通訊技術(shù);2007年04期

[2] 沈麗麗;侯春萍;楊家琛;網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中的信息交換[A];無線傳感器網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)信息處理技術(shù)——2006年通信理論與信號(hào)處理年會(huì)論文集[C];2006年

[3] 李珊珊;廖湘科;朱培棟;等;基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑傳輸方法[J];軟件學(xué)報(bào);2008;19(10)：2638．2647

[4] 孫利民,李建中,陳渝,等;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M];北京：清華大學(xué)出版社．2005