文獻(xiàn)綜述大賽—網(wǎng)絡(luò)編碼的發(fā)展和趨勢

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1、科技文獻(xiàn)綜述競賽網(wǎng)絡(luò)編碼研究綜述姓名：賈騏瑋張麗韓改霞專業(yè)：交通信息工程及控制學(xué)號：130112038213011203801301120372指導(dǎo)教師：張向東2014年4月7日網(wǎng)絡(luò)編碼研究綜述賈騏瑋，張麗，韓改霞（西安電子科技大學(xué)交通信息工程及控制專業(yè)，西安710071）摘要：網(wǎng)絡(luò)編碼是指網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)參與編譯碼，它的提出對于網(wǎng)絡(luò)信息論具有劃時代的意義。網(wǎng)絡(luò)編碼具有提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低節(jié)點(diǎn)能耗等顯著優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了網(wǎng)絡(luò)編碼的起源與發(fā)展，基本原理以及其在無線網(wǎng)絡(luò)、P2P系統(tǒng)、分布式文件存儲、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域的最新應(yīng)用。文章最后對網(wǎng)絡(luò)編碼的研究趨勢和熱點(diǎn)進(jìn)行分析，并

2、對其提出展望。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)編碼網(wǎng)絡(luò)信息論P(yáng)2P系統(tǒng)分布式文件存儲網(wǎng)絡(luò)安全ResearchonWirelessNetworkCoding:ASurveyJiaQiwei,ZhangLi,HanGaixia(XiDianUniversity,TrafficInformationEngineering&Control,Xi’an710071,China)Abstract:Networkcodingreferstothenodeswithinthenetworkinvolvedtoencodinganddecoding,ithasagreatsignificancefornetworkinfor

3、mationtheory.Networkcodingcanlargerthroughputofthenetwork,enhancenetworkloadbalance,savenetworkbandwidthandreducetheenergyconsumptionofnodes.Thisarticledescribesnetworkcodingoriginanddevelopment,aswellasitsbasicprinciplesanditslatestapplicationsintheareasofwirelessnetwork,P2Psystems,distributedfi

4、lestorage,andnetworksecurityandsoon.Finally,weanalysisthetrendsandhotspotsfortheresearchofnetworkcoding,andthenraiseitsoutlook.Keywords:NetworkCoding;NetworkInformationTheory;P2PSystem;DistributedFileStorage;NetworkSecurity經(jīng)典的信息理論指出，不論是互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)包還是移動網(wǎng)絡(luò)中的信號，信息的傳輸都只是單純的共享網(wǎng)絡(luò)和鏈路資源，彼此互不相干、相互獨(dú)立。數(shù)據(jù)的路由、存儲、

5、差錯控制等等研究都是基于上述假設(shè)。直到網(wǎng)絡(luò)編碼的提出，完全打破了這一假設(shè)，開創(chuàng)了一個全新的領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)編碼(networkcoding)是一種融合了編碼和路由轉(zhuǎn)發(fā)的信息交換技術(shù)，在傳統(tǒng)存儲轉(zhuǎn)發(fā)的路由方法基礎(chǔ)上，通過允許對接收的多個數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼(如模二加、有限域上的運(yùn)算等)信息融合，增加單次傳輸?shù)男畔⒘?，以提高網(wǎng)絡(luò)信息傳輸效率和整體性能。網(wǎng)絡(luò)編碼打破了經(jīng)典信息論中商品流(CommodityFlow)[2]不能被壓縮的結(jié)論，指出網(wǎng)絡(luò)信息流(NetworkInformationFlow)可以被處理或壓縮，從而可以進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量。1網(wǎng)絡(luò)編碼的起源和發(fā)展網(wǎng)絡(luò)編碼概念的誕生可以追溯到1998年

6、論文“NetworkInformationFlowTheory”[3](引自文獻(xiàn)[4])和1999年Yeung和Zhang發(fā)表的關(guān)于衛(wèi)星通信的論文[5](引自文獻(xiàn)[6])。網(wǎng)絡(luò)編碼原理論文正式發(fā)表于2000年的先鋒論文“NetworkInformationFlow”[1]，這是網(wǎng)絡(luò)編碼理論的奠基之作。在2003年，網(wǎng)絡(luò)編碼領(lǐng)域發(fā)表了許多重要研究成果，具有里程碑意義。2003年，香港中文大學(xué)訊息工程系的李碩彥教授、楊偉豪教授、蔡寧教授發(fā)表了論文“LinearNetworkCoding”[2]指出線性網(wǎng)絡(luò)編碼可以達(dá)到多播方式下的網(wǎng)絡(luò)容量。該文于2005年獲得IEEE信息理論學(xué)會年度最佳論文獎

7、。該獎項(xiàng)首次頒發(fā)給亞洲學(xué)者，以表彰他們在信息理論領(lǐng)域的重要貢獻(xiàn)，這也彰顯出網(wǎng)絡(luò)編碼理論所具有的重大價值。2003年，Koetter和Medard[7]提出網(wǎng)絡(luò)編碼的代數(shù)學(xué)(Algebra)框架，即用抽象代數(shù)來解決線性網(wǎng)絡(luò)編碼的問題，為研究網(wǎng)絡(luò)編碼提供了一個用力的數(shù)學(xué)工具。2003年，Sanders等[8]提出具有多項(xiàng)式復(fù)雜度的線性信息流算法，該算法屬于集中式的碼構(gòu)造算法。2005年，Jaggi等[9]將之正式發(fā)表于IEEE信息論會刊