基于网络编码的无线网络路由协议

　　网络编码(NC)使得网络节点既实现路由功能又实现编码功能，已被证明是可以逼近网络容量理论传输极限的有效方法。2000年，R.Ahlswede等人发表了文章“Network informatiON flow”证明了组播网络在网络编码传输模式下可以达到极大流容量理论上限。网络编码刚提出的几年，研究工作主要集中在网络编码的理论以及构造和应用等方面。从2005年后，许多国外学者开始研究无线网络中的网络编码，然而网络编码在无线网络(包括无线自组织网络、无线Mesh网络、无线传感器网络)的研究和应用还处于起步的阶段。

　　无线网络与有线网络中的网络编码的理论和应用有着显着的差别，这主要是由无线网络的结构特征决定的。同时无线网络环境也是网络编码非常适宜的一个应用领域。因为无线链路的不可靠性和物理层广播特性非常适合使用编码的方法。相对于传统网络编码机制来说，无线网络中的网络编码尤其能够增加单播流的吞吐量，这也是无线网络中的网络编码与传统网络编码主要区别之一，这同样得益于无线介质的广播特性。图1所示为一无线网络中3节点使用网络编码进行通信的例子：节点A、节点B相互传递信息p1、p2。图1中的箭头代表无线链路。图1(a)采用传统的无线通信方式，这样需要4次传输来完成报文的交换。但是如果利用无线介质的广播特性，将p1和p2作异或运算后直接转发出去，则在节点B处，根据接收到的信息可恢复出p1来;同理，在节点A处也可以恢复出信息p2来。因此采用了网络编码技术后(见图1(b))，只需要使用3次传输就可以实现传统方式的所有通信要求。

　　基于上述思想，Katti等提出基于机会的网络编码方法(COPE)，COPE是首次研究网络编码在无线环境中的协议层面上具体实现的问题。COPE协议使用机会监听以及接收报告来获取邻居节点所存储的报文信息。在得到所有邻居节点所存储的报文信息后，每个节点独立的利用本地信息决定哪些数据包需要进行编码以及如何进行编码，以最大化一次传输中所能够发送的报文数量。通过COPE，无线网络的吞吐量可以得到有效的提高。

　　1 无线网络中的编码感知路由协议

　　当前的无线网络中的网络编码协议，如COPE等方案多半被动的等待编码机会的出现，这种被动的策略很大程度上限制了网络编码提高网络吞吐量的能力。为了更大限度的提高网络编码的性能，需要更有效的方案来在无线节点上创造出更多的编码机会以减少总的传输次数，以有效的提升网络的吞吐量。

　　从COPE协议中可以看出，节点上的编码机会多少主要是由节点附近的流模式所决定的。路由协议的主要功能就是完成网络流的路由和寻址。因此如果将无线网络路由机制与网络编码机制进行有效的结合，设计出编码感知的无线自组织网络路由协议，为节点创造出更多的编码机会，就能有效的提高网络的吞吐量。如图2所示，有两个网络流，分别为从A到E以及从F到A。如果采用传统的最短路径路由机制，则两个流的路径分别为A→B→C→E以及F→D→B→A。网络中没有编码机会。如果从F到A的路径变为F→E→C→B→A，虽然比最短路径多了一跳。但是在节点C和B出创造出了编码机会，从而有效的提升了网络的吞吐量。