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1.1網絡編碼概念
網絡編碼是將路由和編碼進行融合的一類信息交換技術，該技術的核心思想為，在網絡內的各節點處，對不同信道所收集的信息進行線性或是非線性的處理，然后，將處理后的信息轉發至下游節點處，幫助用戶獲取相關信息。需要說明的是，在上述過程中，網絡編碼充當信號處理器或是編碼器的角色，從而將轉化后的信息傳至用戶節點。
1.2網絡編碼的工作原理與特點
網絡編碼工作原理如下：通過將不同的信息進行轉化，從而形成位數更小的“痕跡”，當被轉化后的“痕跡”傳輸到目標節點后，便進行演繹還原，由此，則無需反復傳輸或將全部信息進行復制，由于痕跡能夠在多個中間節點多條路徑上進行反復傳遞，而后，才被送至目的端點，因此，在確保信息可靠性的同時，提高了其傳輸的效率。還需說明的是，網絡編碼無需額外路由或容量，只需要將原來信息的痕跡進行轉換，形成位流即可，而現有的網絡基礎設施也能夠較好地支持其進行信息轉換。網絡編碼不僅能夠提升網絡容量，而且還能夠均衡網絡負載，通過降低網絡帶寬資源的消耗，在提高網絡資源利用效率的同時，也使得網絡的魯棒性得以大幅提高。
2網絡編碼在無線通信網絡中應用的技術分析
2.1與傳統網絡技術的對比
對傳統網絡進行分析可知，網絡數據在其中的傳輸需要以路由器為傳輸的基本設備，根據網絡目標地址，路由器則將數據包傳輸到網絡的各個鏈路當中，但由于此過程中缺乏時序安排，經常會出現鏈路阻塞的情況，使得數據在各鏈路傳輸的過程中需要進行排隊等候，從而使網絡傳輸的效率大幅降低[3]。網絡編碼技術的出現有效解決的這一問題。對于一個具有多源接收端的網絡而言，當只對其中的一個接收端進行考慮時，對應此接收端將會產生一個傳輸速率，此時，網絡編碼的優勢便體現在，當全部接收端同時接收信時，每個接收端仍然能夠保持其原來的數據接收速率，而隨著網絡節點的增加，網絡編碼提高網絡吞吐量的優勢就愈加明顯，使得數據在各個鏈路傳輸的過程中無需等候，或等候時間大幅縮減，有效提高了數據的傳輸速度和效率。相較于傳統網絡技術，網絡編碼在通信技術中應用的另一優勢還體現在增加網絡健壯性方面。在網絡編碼后，網絡中的各個數據包所具有的重要性是相同的，而對于接收端而言，其僅需獲取足夠數量的數據包，便可以進入到解碼工作環節，進而從整體上提高通信網絡的健壯性。
2.2網絡編碼傳輸技術的安全性
網絡編碼在無線通信網絡應用的另一方面則體現在其技術的安全性和可靠性上。傳統的無線網絡數據傳播的安全性主要是以消息認證碼或者是數字簽名等辦法為依據，對通信網絡所攜帶的惡意修改程序進行檢測的。而以網絡編碼為主的通信網絡，則通過產生一類數據包的所及網絡編碼檢測策略對通信網絡的安全進行檢測，由于此類方法具有較少的計算量，且能夠根據通信控制開銷以及檢測時間和網絡編碼的難易程度對檢測概率進行調控，從整體上提高通信網絡的可靠性。但此種方法對通信網絡可靠性的支持仍然存在著相關方面的問題，具體體現在，該方法要求接收節點應事先獲取至少一個未被相關惡意程序或軟件修改過的通信數據包，且數據包的內容也不能被黑客等網絡攻擊者所知曉，因此，此種方法在數據傳輸的過程中，抗網絡攻擊的能力較差。
2.3無線通信網絡中編碼感知的路由協議
對現有無線通信網絡中的編碼協議進行分析可知，其大都處于被動等待編碼機會的狀態，而編碼協議的這種被動態勢使得網絡編碼性能的發揮受到了較大的局限，同時，此種被動的網絡通信策略的控制方式對網絡編碼吞吐量的維持和增加產生了較大影響。因此，為了進一步提高網絡編碼的技術可行性，則應在通信網絡的節點處盡可能創造出更多的編碼機會，以達到提高無線通信網絡吞吐量能力的目的。由此，可引入編碼感知路由機制，通過對傳統數據傳輸方式下的最短傳輸路徑進行查找和分析，從而為發掘數據傳輸過程的編碼機會奠定基礎；通過引入感知路由協議，創造出數據在各節點傳輸過程中的編碼機會，需要說明的是，在感知路由協議的作用下，雖然數據的路徑傳輸將比原來的最短傳輸路徑多出一個或數個節點，但其在各節點相連的鏈路中所創造的網絡編碼機會，將促使網絡編碼大幅提升通信網絡傳輸的吞吐量，從而提高數據傳輸效率，進一步滿足人們的通信需求。
3網絡編碼在無線通信網絡中的應用
近年來，隨著網絡編碼研究的日益深入，使得該項技術在通信網絡中應用的優勢愈加明顯，而網絡編碼與其他技術的結合應用也為有效帶動了無線通信技術產業的變革。通過引入網絡編碼，進而使無線通信網絡擁有有線網絡的組播容量，而網絡編碼所應用領域的發展狀況也使得網絡吞吐量大幅提高，在使得傳統網絡結構和網絡協議的設計方式發生變更的同時，也使得網絡傳輸的性能得到了優化。但在產生上述一系列良好結果的同時，網絡編碼的應用也使得網絡設計和實現方式的復雜性進一步加強，如何在對經濟成本進行合理考量的基礎上，實現網絡編碼對通信技術的支持作用已成為通信網絡領域需要面對和解決的主要問題。
3.1網絡編碼同信道編碼的結合
網絡編碼同信道編碼技術相結合，實際上就是通過借助網絡編碼的冗余信息，以達到幫助信道編碼提高編碼效率的目的，同時，通過借助中繼傳輸的冗余度獲取分集增益。在對前人關于聯合編碼的方案進行總結和分析的基礎上，得知網絡編碼與信道編碼的聯合編碼技術在通信網絡中的各項技術方面達到了良好的指標，例如，信道容量、網絡傳輸的能量耗損以及誤碼率等，其中，通信網絡傳輸能量損耗的降低一方面使得網絡數據傳輸的抗噪性能得到了良好的提升，信道容量也得到了相應的擴張，另一方面，也使得以電池為主要能源供給的無線網絡的經濟性得到了進一步的加強。
3.2網絡編碼同協作分集技術的結合網絡編碼和協作分集技術結合應用于無線通信網絡中的原理如下：在多用戶的環境下，單個網絡天線在發射、接收相關信息的同時，也將為其自身的協作伙伴，即臨近的其他天線傳輸信息，通過引入前文的編碼感知路由機制，使通信網絡傳輸路徑中的各個節點相互協作，此時，數據信息的全部傳輸過程便形成了虛擬的天線系統，由此，各個天線至今便獲得了比原來更多的分集增益與網絡編碼增益，從而確保網絡以最大流輸出、輸出相關通信數據信息，有效提高通信效率和質量。還需說明的是，在數據傳輸寫作的過程中，為了進一步提高通信數據的輸出速率，可以在網絡節點（數據傳輸節點）以及終端節點處安置中繼器，從而確保無線通信網絡系統具有良好的抗衰弱性能，由此提高網絡資源的利用效率。
4網絡編碼在通信網絡中應用時應注意的問題
為了進一步確保網絡編碼在通信網絡中應用的高效性和安全性，在將其應用到通信網絡中時，應注意以下幾方面的問題：
4.1算法設計
就現階段而言，網絡編碼大致可分為確定性與隨機性兩種編碼方案，且分別適用于不同的通信網絡架構當中。對于相對簡單的網絡，主要以簡單的確定算法進行網絡編碼；而對于結構復雜的無線網絡，則需要采取隨機編碼機制進行網絡編碼。需要說明的是，對于隨機編碼而言，信息成功傳輸的概率是隨著其符號集的增加而增加的，但符號集的增加會使得數據報頭的負擔也相應地增加。因此，在對符號集的大小進行選取和確定時，需要對多種因素進行權衡，如節點個數、網絡環境等，從而確定出最為合理的符號集，確保通信信息的順利傳輸。
4.2復雜度分析
對網絡編碼進行分析可知，其所涉及的數學計算量較為龐大，且計算復雜度較高。對于上述編碼方案中的確定性方案而言，由于其所需的符號集較小，故編碼的復雜程度較低，但通常需要中心節點對網絡信息進行集中控制以實現通信信息的順利傳輸；而對于隨機性網絡編碼而言，其所需符號集較大，且各個節點之間在進行數據傳輸時，所需的系數向量也將占據相應的網絡帶寬。因此，在進行網絡編碼前，應對影響其復雜度的因素如符號集大小、節點計算難易程度以及網絡編碼方案等進行綜合分析，從而確保網絡編碼的順利進行，并提高無線通信的質量和效率。
5結論
本文以網絡編碼在通信網絡中的應用作為主要研究內容，通過對網絡編碼的概念和基本原理進行分析，在結合其相關特點的基礎上，從其與傳統網絡技術的對比以及技術本身的安全性和可靠性與編碼感知路由協議引入的角度出發，對網絡編碼在無線通信網絡中應用的技術展開分析；又從網絡編碼同信道編碼和協作分集技術結合等方面對其在無線通信網絡中的應用做出了系統的剖析。研究結果表明，網絡編碼在通信網絡技術中的應用能夠有效提高通信網絡中數據傳輸的效率，而網絡編碼同其他相關網絡技術和協議的結合應用，則能夠在確保通信網絡安全、可靠的基礎上，增加網絡的分集增益，使通信網絡技術的應用取得良好的經濟性。
作者：王煥磊 單位：浙江商業職業技術學院
