作 者:彭木根 王月新 王文博
4.2网络编码算法的设计
目前网络编码主要有确定性和随机性两种编码方案,分别用于不同的网络应用与构架上,这些方案主要是基于理论上的分析和实现,因此在实际网络上需要针对不同的应用设计相应的编码方式:如对于结构较小的网络,可以选择比较简单的确定性算法,编码过程中甚至可以通过转换为对数,将乘法运算转换成加法运算,降低总的编码复杂度;而对于无线网络,则应用随机编码机制是主要的研究趋势,即令中间节点随机生成编码系数,对节点所有的可用信息应用线性编码,并随时更新编码系数,文献[5]已经证明,当符号集为无穷大时,采用随机编码,系数传输矩阵满秩的概率是“1”,即编码成功的概率很大,但同时会增大数据报头的负担,因此符号集的大小需要权衡各种因素。
4.3网络编码复杂度的分析
网络节点编码过程中会涉及到大量的乘法与加法运算,需要较大的计算复杂度,而接收节点译码过程若应用高斯消除方法,也是较大的运算过程。接收节点个数和节点信息块大小共同决定了编码符号集的最低门限。对于确定性编码而言,所需的符号集可以较小,编码的复杂度较低,但这种机制需要有中心节点集中控制网络信息,对于网络编码的很多应用场景以及网络构架都不适用,但可以通过对其相应的复杂度分析,来设计合适的编码算法从而降低网络的复杂度;对于随机网络编码而言,所需的符号集较大,而且节点在传送信息的同时传送系数向量,虽然系数向量相对于信息而言较小,但同样会占用较大的带宽,因此需要设计合适的算法,保证在提高编码增益的同时降低复杂度。网络编码复杂度要受到符号集大小、节点计算复杂度、网络编码方案等诸多因素的影响,需要全面分析得出。
4.4网络编码的性能分析和应用
网络编码机制可以提高网络容量。已经证明应用网络编码,可以达到香农极限。网络编码通过编码节点对输入信息线性或非线性的编码处理,可以在不提高消耗带宽的情况下,使不同的信息同时通过有限的链路,从而提高网络流量。对于无线网络中的网络编码性能进行分析则需要应用网络信息论的知识,建立合适的网络容量模型来进行容量分析。
网络编码导致编解码的过程中可能会产生编译码错误,这将增大网络数据传输的误码率。而就网络编码本身而言,对误码率有着相当苛刻的要求,只有较小的误码率才能保证网络编码的有效性和可靠性,否则使用网络编码可能还会带来系统整体性能的降低。因此,如何设计可靠的网络编码方案以保证数据传输较低的误码率,并尽可能地采用相应技术减少误码率对网络编码方案的影响是网络编码研究所必需的。
4.5网络编码与系统安全性分析
网络编码不仅可以提高节点间传输效率和网络吞吐量,还会对网络的安全性能产生影响。一方面,由网络编码导致的信息的分散性和编译码特性增加了信息破译难度,对安全性而言是一种改善;另一方面,对确定性编码算法而言,由于传输过程中将涉及较多的节点数目,以及编码算法方案的确定性,会导致系统的安全性能的降低。因此编码算法的设计中也需要考虑系统的安全性能,通过对不同的编码算法进行恰当的安全性能分析,来确定不同网络算法对系统安全性的影响,从而针对不同的系统应用选用合适的编码算法,以提高网络安全性能,这对于无线通信具有重要意义。
4.6网络编码在无线分布式网络中的应用
对网络编码技术的研究需要在加深理论研究的同时,考虑实际的应用场景,侧重解决实际应用中遇到的问题,比如需要降低编码复杂度,需要考虑系统本身的延时以及网络编码带来的延时影响等。网络编码在无线通信网络当中的应用是一片亟待开发的热土,一方面无线网络的广播特性非常利于网络编码的应用;另一方面,相对于有线网络而言,无线网络中的节点不可能同时监听来自多个源的信息,对网络编码的应用造成了一定的阻碍。如何结合无线分布式网络的特点扬长避短,找到能够最大程度发挥网络编码优势的结合点,是需要考虑的主要问题。
5 结束语
网络编码作为一种新型的信息处理技术已经得到广泛的研究,本文在综合介绍了线性网络编码的产生背景和原理及编译码方案后,讨论了网络编码的优点和应用场景,并介绍了网络编码的研究热点,随着更多学者对该领域的深入研究,网络编码技术在未来通信中必将得到广泛应用。