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摘要：随着无线网络技术的成熟及针对传输质量要求的不断提高，如何保证无线链路的可靠性和安全性、提高现有无线网络资源的利用率已成为当今无线网络通信研究的重要课题之一。由于无线链路的广播传输特性和不可靠性，近年来将网络编码应用于提高无线传输效率和安全可靠方面的研究正成为热点。
关键词：网络；编码；无线；广播传输
一、网络编码的概念和定义
网络编码是一种融合编码和路由的信息交换技术，在传统存储转发的路由方法基础上，通过允许对接收的多个数据包进行编码信息融合，增加单次传输的信息量，提高网络整体性能。网络编码的本质是利用节点的计算能力提高链路带宽的利用率。
二、网络编码应用于无线传输的研究
1、由于无线链路的不可靠性和物理层的广播特性非常合适使用编码的方法，无线网络环境成为了网络编码首先被应用的领域。通过对无线网络编码的研究，人们发现网络编码可以解决传统无线技术无法解决的问题，很大程度上提高无线网络传输性能。
2.在无线链路的传输中，网络编码技术的引入可以提高和改善多项网络性能指标，给网络技术的发展带来巨大的影响。同时，由于网络编码对信息进行编码组合后发送，数据包在传输中的丢失、篡改和失效对信息安全性提供了新的问题。当前，保证无线链路安全性的研究已成为应用网络编码传输技术的焦点。目前，无线网络编码安全性方面的研究主要集中在一下几个方面：
（1）网络编码的内在安全性
在应用网络编码的系统中，数据包经过编码、混合和多路径传递，单个偷听着艰难组合出完整的信息。Feng等人指出，无需另外的加密方式，确保中间节点观察到的编码矩阵的低于网络容量就可以获得足够的内部安全，也就是单个中间节点不能解码出完整信息。Cai等人分析了多源线性网络编码系统安全性的充分必要条件，该条件有助于分析此类系统的安全性，同时可以表明安全性与源节点分布无关。Lima等人则提出代数安全的概念，代数安全性与网络拓扑息息相关，对无环图进行了重点分析，显示在代数安全要求下如何确定最大流和最少符号数。
（2）攻击对网络编码系统的影响与对策
网络编码虽然对于防止信息窃听有一定的内在安全性，然而通过捕获中间节点故意篡改发送的信息或者伪造假信息，这种攻击对网络编码系统的影响要比基于传统路由的要大得多而且不太容易发觉恶意节点。传统上拜占庭篡改的检测是使用信息认证码或者数字签名的方法。Ho等人针对这一问题，提出了一种基于数据包的随机网络编码检测策略，该策略对原始数据进行哈希变换，把结果添加到原始数据内，接收节点经过比较解码数据和哈希值可以判断拜占庭修改，大大的减少了计算量。Krohn等人则提出一种基于同态散列函数的方法来进行检测。Charles等人利用椭圆曲线算法给出了一种适用于网络编码的签名方案，除了可检测被修改的分组，还加入了对数据的身份认证功能。Jaggi等人进一步给出了一种多项式复杂度的分布式算法，在可纠正敌手错误的前提下，同时达到最优组播速率。
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（3）网络编码应用在安全机制中
网络编码还用于一些安全业务，如秘钥交换。Paulo等人针对传感器网络中的秘钥发布进行了探讨，基本方法是利用一个移动节点来实现秘钥发布的过程，移动节点中储存的是编码后的秘钥，而普通节点储存是一小部分私密钥，通过简单的交换过程（其中用到最简单的网络编码异或操作），每对相邻节点之间都会共享同一个秘钥。Erman等人则提出一种合适高密度无线传播器网络的安全机制LNCS，将网络分割为大小一致形状相同的若干小区，利用了网络编码技术，显著的提高了数据的可利用性。
3.保证无线传播可靠性
在无线链路的传输中，相比起有线链路，其链路丢包率和链路失效概率均较大。因而，在应用网络编码的无线传输中保证无线链路的可靠性研究是传输研究的重要内容。
目前，无线网络编码链路可靠性方面的研究主要集中在一下几个方面：
（1）无线链路纠错性的研究
保证无线链路可靠传输的主要手段是纠错。传统无线传输，当某条链路出现错误，将采用逐条纠错的方法，某条链路的对错与别的链路无关。Cai等人针对这一问题提出了结合网络编码的纠错方法，当网络在某一时刻有几条链路符号发生错误时，只要错误条数没有超出一定的纠错范围，则可以对错误进行纠正，从而提高了网络的纠错效率。
（2）无线传输数据重传的研究
无线传输可靠性的另一个研究方面是重传，无线传输中的传统重传策略采用逐一重传的机制，需要消耗较大的重传次数，占用较大的网络信道资源。D.Nguyen等人研究了这一问题，将网络编码和ARQ相结合，提出了两接收节点的编码重传策略，减少了重传次数。
三、基于网络编码的无线传输技术研究趋势、
综上，尽管当前研究中已经出现了很多基于网络编码的无线传输技术的研究，但该领域的研究仍然有着广泛的前景。因此，我们将进一步的研究工作归类为一下几个方面：
（1）无线传输中如何降低网络编码复杂性的研究
在无线传输中采用网络编码可以在很大程度上提高网络性能，但设计和实现的复杂性也随之增加。如何在不显著增加网络开销的情况下，综合考虑效率和性能，如何实现最小化网络编码等问题是将来需要进行深入研究的方向。
（2）网络编码与当前无线路由机制相结合的研究。
无线传输中，路由机制是传输研究的热点。现有的基于网络编码的无线路由机制研究主要针对存在长效流，拓扑结构固定的无线网络，且相关的研究为路由机制中的路由衡量参数、路由协议等概念。因此，可以将基于网络编码的无线路由机制研究扩展到实时流、动态拓扑结构等特效性的无线网络中，同时针对多路由机制中的包括传输服务质量、链路拥塞情况等等问题进行扩展性的研究。
参考文献：
[1]肖潇，杨路明.一种应用随机线性网络编码的广播重传策略.小型微型计算机系统.2009.30（5）：817~821
论文作者:宋岩峰
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/7
标签：网络论文; 链路论文; 节点论文; 等人论文; 无线网络论文; 无线传输论文; 路由论文; 《基层建设》2016年7期论文;