רשתות Mesh מסתמך יותר ויותר על כך שהן מספקות קישוריות אלחוטית חזקה, דרוגנית, במיוחד בסביבות שבהן תשתיות מרכזיות אינן זמינות או בלתי-מעשיות. על ידי כך שהן מאפשרות לבלוטות לתקשר ישירות עם זו ברשת מבוזרת, מסמיכות להתנצלות באופן טבעי, בניגוד לנקודות חד פעמיות של כשל והסתגלות להחלפת תנאים.

מה זה Network Coding?

רשת coding היא שיטה של העברת נתונים העוברת מעבר לפרדיגמה המסורתית של החנות-and-קדימה. במקום פשוט לקבל חבילה ולהעביר אותה לאורך ללא שינוי, צומת אשר מבצע רשת משלבת מספר חבילות הנכנסות לתוך חבילה אחת קודנית באמצעות פעולות אלגבריות (בטעות נחקר על שדה סופי, כגון GFnal Shuen) או GFrag6), לאחר מכן משתמש קידוד של קוד קוד קוד משותף עם גישה רשמית של נייר ליג'י, ו-ידי JFnal, הוא היה לשחזר באופן נרחב, כמו GFnal שרטו הראשון, והוא היה הראשון, והוא היה משולב, כמו GFnal, והוא היה הראשון קוד פתוח, והוא היה כפול, כמו GFnal שרטו, והוא היה לשחזר נתונים, והוא היה על ידי מערכת נתונים קידוד, והוא היה הראשון, והוא היה הראשון, כמו GFnal Shucodeed, והוא היה מלא, כמו GFnal Recodeed, והוא היה מלא, והוא היה מלא, והוא היה מלא, והוא היה מלא, כמו GFnal שרטוט, והוא היה על ידי מערכת נתונים קידוד, כמו GFnal Shun, 000, 000, כמו GFnal, 000, 000, 000, 000, כמו GFnal Recodeed, כמו GFnal,

ברשת מרש אופיינית, כל צומת קדימה חבילות לאורך נתיב לעבר יעד. צומת ביניים הם ממסרים טהורים; הם לא משנים את התוכן. Network coding הפסקות כי הכלל על ידי המאפשרת לממסרים לשלב חבילות אלגבריות. זה שינוי קטן מניב הטבות גדולות במונחים של דרך ספוט, חזק ויעילות.

כיצד רשת Coding משפרת את יכולת הערוץ

יכולת ערוץ, במובן שאנון, היא השיעור המקסימלי שבו ניתן להעביר מידע באופן אמין על ערוץ תקשורת.ברשת מרש, יכולת ערוץ יעילה היא לעתים קרובות מוגבל לא על ידי המדיום הפיזי בלבד, אלא על ידי חוסר היעילות של תוכנית unicast המסורתית.

חידוש ההשמצה Redundancy

שקול תרחיש פשוט שתי זרימה שבו node A רוצה לשלוח נתונים ל- Node B, ו- Node B רוצה לשלוח נתונים ל- Node A, עם שני הזרמים העוברים דרך ממסר ביניים R. תחת חסימה מסורתית, R חייב להעביר כל חבילה מ- A ל- B ו- B עד A בנפרד, צריכת שני חריצים זמן (או חריצים תדירות) עם רשת coding, R XOR את שני הקרובה יחד עם מספר זה יכול להיות מחובר, ולאחר מכן, ולאחר מכן, ולאחר מכן, ולאחר מכן, לאחר מכן, לחתוך כמה זמן קצר יותר, או לחתוך את מספר חתו של מספר מוגבל של מספר חתו של מספר מוגבל של חתו של חתכים (או חיתוך (או חיתוך).

הפחתת הריצוף עוזרת גם להפחית את ההשפעות של התנגשויות והתערבות. כי פחות חבילות מועברות באופן כללי, ההסתברות של שידורים חופפים יורדת.בפריסות מאפר צפופות, זה מתורגם ישירות לקיבולת יעילה יותר.בנוסף, coding רשת יכול לפצות על הפסדי החבילה: חבילת קוד אחד יכול להעביר מידע מכמה שברים אבודים, מה שהופך אסטרטגיות יותר יעילות.

רשת באמצעות חישוב

באמצעות חישוב הוא מדד מעשי של שיעור העברת הנתונים כי רשת יכולה לקיים.רשת שיתוף פעולה משפר את דרך הספק על ידי הפעלת שידורים מקבילים כי אחרת להפריע. ב mesh מסורתי עם זוגות מרובים של מקור, שכבת routing חייבת לקבוע שידורים כדי למנוע התנגשות, לעתים קרובות מכריחה שימוש זמני של הרשת המאגדת מאפשר שילוב ביניים בין נתונים מרובים ונשלח ביעילות לקוד משותף זה.

יתר על כן, רשת coding עובדת סינרגיסט עם שידור ורבcast. שידור קוד אחד יכול לשרת מקלטים מרובים בו זמנית, כל תמצית המידע המיועד עבורו.זה חשוב במיוחד ברשתות mesh שבו היבטים רבים עשויים להיות מעוניינים באותו סט של נתונים - לדוגמה, רשתות חיישן איסוף קריאה סביבתית או הפצת תוכן.

שיפור עמידות להפסדים ולכישלונות

ערוצים אלחוטיים נוטים להתחזות, להתערבות, ויציאה זמנית.ברשת קונבנציונלית של החנות וקדימה, חפיסת אבודה חייבת להיות משוחררת מהמקור או מצומת ביניים, אשר צורכת יכולת נוספת ומגדילה את החוזקה.רשת הקידוד מציג עמידות למחיקה: מכיוון שכל תיק קידוד מכיל שילוב ליניארי של כמה חבילות מקוריות, יכול לשחזר את כל כולו ככל שברשותו מוגבלת מספיק כדי לקבל קוד חיצוני זה, אפילו לא מתאים יותר מאשר לחסימת קוד פתוח יותר מאשר ל-כך, אפילו אם זה אינו מתאים באופן עצמאי (או קיבולת).

סוגים של Network Coding ⁇ to Mesh Networks

לא כל תוכניות הקידוד של הרשת מתאימות באותה מידה לטבע הדינמי והמופץ של רשתות היש.

  • (FLT:0.Linear Network CodingFLT:1 - חבילות משולבים באמצעות משוואות ליניאריות על שדה סופי. בהקשר של מדף, רשת ליניארית אקראית coding (RLNC) הוא לעתים קרובות המועדפת כי זה דורש שום תיאום מרכזי.כל אחד לא בוחר באופן עצמאי משוואות קוקטיטיס אקראי, קודים חבילות, ומקדמת אותם, כל עוד coefficients לתקן את ה-codes (או-D) ניתן לבצע שינויים בלתי צפויים.
  • (FLT:0) זרימה של זרימה לעומת זרם Inter-flow CodingFLT 1 - Intra-flow coding משלב חבילות השייכות לאותו זרימת נתונים (למשל, פיצול קובץ לתוך בלוקים וקידוד סביבם) אינטר-זרימה משלבת חבילות מזרמים שונים, אשר יכול להגדיל את היכולת אך דורש ניהול זהיר כדי למנוע התערבות בין נתונים שאינם קשורים, ברשתות קושחה, לעתים קרובות יותר יעיל עבור קיבולת הפעלה יעילה (כגון שימוש) לשימוש יעיל יותר, כמו גם רשתות הפעלה יעילה יותר, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם רשתות הפעלה יעילה יותר, כמו גם כן, כמו גם שימוש יעיל יותר, כמו גם שימוש יעיל יותר, כמו גם כן, כמו גם קיבולת הפעלה יעילה יותר, כמו גם שימוש יעיל יותר, כמו גם שימוש יעיל יותר, כגון:

ברקע תיאורטי עמוק יותר, המאמר של FLT:0 ויקיפדיה ברשת codingFreaLT:1 מספק סקירה מצוינת. עבור יישום מעשי במערכות אלחוטיות, מאמר המחקר "COPE: גישה רשתית ל-WiFile Mesh Networks" על ידי קטטי et al. (2007) מומלץ מאוד.

יתרונות מעשיים ב-Mesh Network Deployments

היתרונות התיאורטיים של רשת coding לתרגם להישגים מוחשיים ברשתות השממה בעולם האמיתי.כאן הם חלק מהיתרונות המשפיעים ביותר:

  • (FLT:0) increaseed ערוץ יעיל ערוץ קיבולת 1:1 - על ידי שילוב של זרימת מספר זרמים לתוך פחות שידורים, הקידוד ברשת יכול לשפר את התפוקה של 30–100% בתרחישים טיפוסיים של mesh, בהתאם לדפוסי תנועה וטופולוגיה.זה אומר רשת mesh יכול לתמוך יותר משתמשים או יותר גבוה יותר של נתונים ללא חומרה.
  • (FLT:0) שימוש טוב יותר של משותף MediumFLT:1 - ברשתות Wi-Fi mesh למשל, רשת coding להפחית את מספר הניסיונות לגישה בינונית, הורדת תוכן וצמצום ההסתברות להתנגשות.
  • (FLT:0)Lower LatentiencyFLT:1 - פחות רנסנסרים וקידוד מקביל יכול להפחית את העיכוב מקצה לקצה.עבור יישומים רגישים לעיכוב כמו קול על IP או שליטה בזמן אמת, השיפור יכול להיות משמעותי.
  • התאוששות מחדש של ReliabilityFLT: [הנכס המתוקן של סלילת לינארית אקראית הופך את ה- mesh יותר עמיד להפסדים מפורצים.
  • (FLT:0) ,Support for Multicast and BroadcastFirLT:1) - רשת הקידוד הוא בעל התאמה גבוהה לתקשורת חד-מינית ורבים-לגברים, נפוץ ביישומים של כיבוי וידאו, צ'אט קבוצתי וניתוק מופץ.

מפעילי רשת שמפיצים רשתות של רשתות מרש עבור ערים חכמות, IoT תעשייתי או תקשורת צבאית רואים לעתים קרובות רווחים מיידיים כאשר משלבים רשתות הקידוד לתוך שכבת ההובלה.לדוגמה, פריסת רשת של 0LT:0T של רשת הקידוד של רשת אלחוטית backhaulcioFLT:1 הפגינו עד 40% שיפור באמצעות חישוב בתנאים ריאליים.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות שלה, הקידוד ברשת הוא לא כדור כסף.אימוץ ברשתות השממה חייב לקחת בחשבון כמה אתגרים מעשיים:

המונחים: overhead

קולינג רשת דורש פעולות מתמטיות - ספציפית, שטח קידוד (מסורת, ריבוי) על כל החבילה. בעוד מעבדים מודרניים ומכשירים משובצים יכולים להתמודד עם פעולות אלה ביעילות, צומת כוח נמוך מאוד (למשל, חיישנים בעלי סוללות) עשויים להיאבק עם עומס העיבוד הנוסף.

חבילות Overhead

כדי לאפשר קידוד, כל חבילה קודמה חייבת לשאת את האפקטיביות בשימוש בשילוב ליניארי שלה.בנוסף, כמה מידע מטא-אינפורמציה על בלוק (למשל, לחסום ID, מספר הדור) נדרש.ראש זה יכול להיות משמעותי כאשר המטען החבילה הוא קטן.לדוגמה, ברשת mesh הנושאת הודעות שליטה או חיישנים זעירים, coefficient overhead עשוי להכפיל או את הגודל, אכילת אחסון זה יכול להיות יעיל.

ביטחון ואינטגרליות

רשת coding מציגה משטחים חדשים של התקפה. An ⁇ כי הוספת חבילות קוד זדוני יכול להמחיש את תהליך השילוב כולו, גרימת כשלים מרתיעים או משחית נתונים. Integrity Check (למשל, קודים אימות הודעה הומומורפי או חתימה דיגיטלית) מורכבים יותר מאשר ברשתות לאחסון-וקדימה כי שילובים ליניאריים חייבים לשמר את יכולת המחקר התקינה, אך מוסיפים פתרונות חישוביים.

תאימות וסטנדרטיזציה

רוב פרוטוקולי רשת קיימים (למשל, 802.11s, Zigbee, Messenger) אינם תומכים ברשת של שיתוף פעולה. יישום זה דורש שינויים בשכבות routing או MAC, אשר עשויים לשבור תאימות עם מכשירים מחוץ ל- Shelf. in הומוגני פריסות שבו כל הכשלים תומכים ברשת, היתרונות ברורים, אבל ב heterous הוא רשתות קוד פתוח עם קוד פתוח.

אסטרטגיות יעילות

עבור מהנדסים ואדריכלי מערכת בהתחשב ברשת הקידוד ברשתות מרש, כמה אסטרטגיות פריסה יכולות למקסם את היתרונות תוך הקטנת אתגרים:

  • (ב) ,0) ,Use Intra-flow CodingFIRLT:1 ; התחל עם בלוק פשוט הקידוד בתוך זרימה אחת.זה קל יותר לשלב ולפענוח מאשר קידוד בין-זרימה.
  • (FLT:0) גודל בלוקים שלילי 1FLT - התאמת מספר החבילות לבלוק בהתבסס על תנאי ערוצים ויכולת חישובית. בלוקים קטנים יותר להפחית את הגמישות ואת פני השטח על ערוצים רועשים; בלוקים גדולים יותר לשפר את היעילות על קישורים יציבים.
  • (FLT:0)ModularאינטגרציהFLT:1 - רשת יישום הקידוד כשכבה שולית בין שכבות התחבורה לרשת, כך שניתן להציג אותה ללא כתיבת ערימה של אבטיפוסי מחקר רבים משתמשים ב"מסגרת מבוססת רשת" אשר מיירטת חבילות.
  • (FLT:0)Use SparsentiityFLT:1 - בקידוד ליניארי אקראי, השתמש בVisors coefficients (כלומר, רוב ה- coefficients הם אפס) כדי להפחית את החישוב ואת coefficient overhead.זה יעיל במיוחד עבור בלוקים גדולים ושיעורי נתונים גבוהים.
  • (FLT:0)Combine with Advanced SchedulingFLT:1) - רשת coding עובד הכי טוב כאשר שכבת MAC מודעת לקידוד הזדמנויות. in a mesh, לוח זמנים מרכזי (אם ניתן) או לוח זמנים ⁇ מבוזר יכול לאשר שידורים המאפשרים קידוד.

יישומים אמיתיים

קולינג רשת עבר מהתאוריה האקדמית לפריסה מעשית במספר תחומים:

  • (FLT:0Satellite CommunicationsFLT:1) - לוויינים עם חשמל מוגבל ופס רוחב פס רשת כדי לשלב זרמים מרובים מטרמינלים קרקעיים, שיפור יעילות ספקטרלית. תקן DVB-S2X כולל הרחבות רשת אופציונליות עבור ערוצי החזרה.
  • (FLT:0)Mobile Ad Hoc Networks (MANETs)BuildFLT:1) - צוותי תגובה צבאיים וחירום מסתמכים על MANETs אשר לעתים קרובות משלבים רשתות כדי לשמור על קישוריות בתנאים מוזנחים.
  • (FLT:0) רשתות חיישן ללא סייג:1 - ניטור סביבתי ומערכות IoT חקלאיות משתמשים ברשת המאגדת נתונים מחיישנים רבים באמצעות מרש, צמצום מספר השידורים והרחבת חיי הסוללה.
  • (FLT:0)Content DistributionFLT:1) - ברשתות מירש עירוני המציעות Wi-Fi ציבוריות, רשתות שיתוף פעולה ברשת להפיץ תוכן פופולרי (למשל, עדכוני תוכנה, מפות) למשתמשים רבים בו זמנית.

סקר מקיף של יישום ניתן למצוא ב "רשת קולינג עבור רשתות אלחוטיות: סקר" על ידי ההרחבה:0A אל-נומי ואל. (2013)

כיוונים עתידיים ומסקנות

כמו רשתות mesh proliferate - מונע על ידי בתים חכמים, אוטומציה תעשייתית, ו 5G- מתקדם גישה משולבת /backhaul - הביקוש לקיבולת ערוץ יעילה יותר רק להגביר.רשת coding הוא מוכן לשחק תפקיד מפתח לא רק להגביר את לוח הזמנים אלא גם כדי לאפשר תכונות חדשות כמו חיתוך רשת וקידוד מתקדם על התקדמות מחקר לתוך רשת פיזית colayer coling coling, אשר מנצל את אותות בפועל אפילו קיבולת האוויר.

רשת coding מציעה גישה חזקה ומוכחת לשיפור יכולת ערוץ יעילה ברשתות mesh. על ידי צמצום שידור Redundancy, שיפור דרךput, ושיפור עמידות להפסדים, היא מתייחסת לרבים מהיעילות הבסיסית של החנות המסורתית-and-forward routing. בעוד אתגרים ב חישוב יתר על פני, חפיסת יתר, אבטחה, תאימות להישאר, עיצוב זהיר והגדרה ממוקדת יכול להיות רווחי תשואה משמעותית.

לקריאה נוספת, הניירת הבסיסית של FLT:0ahlswede et al. (2000) ⁇ FLT:1 נשאר נקודת התחלה מצוינת. יישום מעשי מתועד היטב במחקר Microsoft 2,2 מחקר על רשת מעשית codingFLT 3: 3.