基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多信源組播通信系統(tǒng)

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的整體設(shè)計(jì)方案說明

　　如圖2所示，是擬采用的組播通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D。為了易于在工程上實(shí)現(xiàn)，將網(wǎng)絡(luò)編碼路由器分為編碼路由器EC和解碼路由器DC，分別專門負(fù)責(zé)編碼和解碼。具體講，如圖2所示，信源S1,S2,S3發(fā)送數(shù)據(jù)包，編碼路由器EC0和EC1負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)包以隨機(jī)的系數(shù)進(jìn)行線性編碼后發(fā)送給組播路由器R，注意，這里的組播路由器更準(zhǔn)確地說是轉(zhuǎn)發(fā)路由器，因?yàn)樗墓δ苤皇菍⑹盏降臄?shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到其三個(gè)輸出端口，而沒有IGMP(組播管理)和相應(yīng)的組播路由功能。當(dāng)然，我們也可以直接在EC上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，增加R的原因是考慮到NetFPGA端口數(shù)量的限制(每塊NetFPGA只有4個(gè)端口)。解碼路由器DC接收編碼的數(shù)據(jù)并解碼，并將它發(fā)送給下游的信宿主機(jī)。

　　編碼策略與方案

　　作為一種編碼結(jié)構(gòu)的提出，我們將編碼只限于不同信源數(shù)據(jù)包之間，暫不考慮信源包內(nèi)部編碼。相同信源的數(shù)據(jù)包之間分“代”，以便在解碼時(shí)區(qū)分信息先后順序[6]。不同信源的包之間不區(qū)分代的概念。

　　定義：為了討論的方便性和簡潔性，我們將信源S1的第1代記為S(1,1)，信源S2的第3代記為S(2,3),??依此類推。依據(jù)包頭和緩存，每個(gè)信源的代的編號從0開始，至1023結(jié)束，即信源n的最大的代編號為S(n,1023)。

　　在編碼路由器EC上對不同信源的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，編碼系數(shù)矢量隨機(jī)選擇，編碼方法是線性編碼。例如，在上圖中的編碼路由器EC0，設(shè)兩個(gè)鏈路的輸入的全局編碼向量為：

,由于只有兩個(gè)信源之間的編碼有且只有一條邊輸出，則本地編碼向量為(α β)，依據(jù)文章[7]的公式：

　　out(e)=(α β)=αS(1,x)+βS(2,y)。編碼后的數(shù)據(jù)以NCP(network coding protocol)包頭封裝，然后再封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中，如圖3所示。

　　為減小相應(yīng)的編碼負(fù)擔(dān)和提高編碼效率，我們只對網(wǎng)絡(luò)中的IP數(shù)據(jù)報(bào)中的有效載荷進(jìn)行編碼(已經(jīng)編碼過的數(shù)據(jù)包可以再進(jìn)行編碼)，不對ARP等其他數(shù)據(jù)包編碼。在編碼路由器中，我們?yōu)椴煌妮斎胪ǖ篱_辟不同的FIFO以進(jìn)行順序存取和編碼，編碼流程如圖4所示。

　　轉(zhuǎn)發(fā)(組播)路由器R工作流程

　　在實(shí)際的應(yīng)用中，R應(yīng)該是具有組播功能的路由器，即可以運(yùn)行網(wǎng)際組播管理協(xié)議IGMP和多播路由選擇協(xié)議DVMRP等，從而它可以知道網(wǎng)絡(luò)的局部的拓?fù)浜蜐M足組播成員的要求。為了初期容易實(shí)現(xiàn)，我們將其功能簡化為轉(zhuǎn)發(fā)功能(即廣播功能)，具體工作流程如圖5。