Network Coding, Me Networks'te Etkili Kanal Kapasitelerini Nasıl Geliştirebilir

Meşru ağlar, sağlam, ölçeklenebilir kablosuz bağlantı sunmak için giderek daha fazla güvene sahip, özellikle merkezileştirilmiş altyapının mevcut olmadığı veya pratik olmayan ortamlarda, ağların ağların ağlarının doğrudan birbiriyle iletişim kurmalarına izin veren düğümler tarafından, ağ tabanlı bir web, ağ üstolojileri doğal olarak tek bir başarısızlık noktalarına karşı koymak ve bağlantı koşullarına adapte olmak için adapte olun.Bu meydan okuma ağının sayısı arttıkça, temel olarak birden fazla düğümün nasıl otomatik olarak veri akışının nasıl genişletilebileceğini vaat eden bir çözüm.

Network Coding Nedir?

Ağ kodlaması, geleneksel mağazanın ve ileri paradigmanın ötesine geçen bir veri iletimi yöntemidir.Sadece bir paket almak ve değişmeden geçmek yerine, kodlama katlarının birden çok gelen paketi tek bir kodlanmış paketle bir araya getirerek, Rudolf Ahls tarafından resmileştirilmiş bir alan, Shuo-Yen Robert Li ve Raymond Mac

Tipik bir ağda, her düğüm bir varış noktası için bir yol boyunca paketler öne sürür. Intermediate düğümleri saf rölelerdir; her bir gelen paketin içeriği doğrusal bir kombinasyon olduğunu anlar. kombinasyon için katlar merkezi olarak koordine edilir veya rastgele oluşturulan (random lineer ağ kodlaması)

Network Coding Kanal Kapasitelerini Nasıl Geliştiriyor

Kanal kapasitesi, Shannon anlamda, paylaşılan hava süresi için rekabet eden en yüksek orantır. Bir ağda, etkili kanal kapasitesi genellikle bu sorunları birkaç somut şekilde azaltmaktadır.

Transmisyon Reddansını Yeniden Üretmek

A'nın B'ye gönderdiği basit iki akış senaryosu göz önünde bulundurun ve Node B, bir routing aracılığıyla veri göndermeyi istiyor ve her paketi kendi verilerini kullanarak şifreleyebilir (veya frekans yuvalarını) Ağ kodlaması ile R, iki yolcuyu bir araya getirerek diğer iki kanalda daha fazla sinyal indirmeyi ve yayınlayabilir.

Kırmızı tasarruf azaltma ayrıca çarpışmaların ve müdahalenin etkilerini azaltmaya yardımcı olur. Çünkü daha az paketler genel olarak aktarılır, çapraz aktarma iletimlerinin olasılığı azalır. Yoğun ağ dağıtımlarında, bu doğrudan daha yüksek etkili kapasiteye çevirir. Ek olarak, ağ kodlaması paket kayıpları telafi edebilir: tek bir kodlanmış paketler birden çok kayıp parçadan bilgi aktarabilir, yeniden geçiş stratejileri daha verimli hale getirebilir.

Ağ Destekleme Ağı

Bağlantı, bir ağın devam edebileceği veri transferi oranına pratik bir ölçümdür. Network kodlaması, mevcut verileri birden fazla kaynaktan birleştirip tek bir kodlu akışla bir araya getirmesine olanak sağlar. Alıcılar, orijinal akışları bir araya getirerek, aynı iletileri paylaşmalarını sağlar.

Dahası, ağ kodlaması, yayın ve çok yayınla sinerjik olarak çalışır. Tek bir kodlanmış bir ileti aynı anda birden fazla alıcıya hizmet edebilir, her biri bunun için aranan bilgileri satın alır. Bu özellikle birçok düğümün aynı diziyle ilgilendiği ağlarda değerlidir -örneğin, sensör ağlarında çevre okumaları veya içerik dağılımını toplayabilir.

Kayıplara ve Başarısızlara Karşı Tutulmanın İyileştirilmesi

Kablosuz kanallar fading, müdahale ve geçici kesintiler eğilimlidir. Geleneksel bir mağaza ve ileri ağlarında, kayıp bir paket, kaynak veya orta düğümden yeniden aktarılmalıdır, bu da ek kapasite ve gecikme oranını artırır. Network kodlaması, bazı paketlerin kaybolduğu anlamına gelir, alıcının tüm sinyalleri geri almak için yeterli sayıdaki "tarafsız" kodlu paketi geri alabilir.

Ağ türleri Meşru Ağları ile İlgili

Tüm ağ kodlama programları dinamik, dağınık ağ ağlarının doğasına eşit olarak uygun değildir. İki birincil aile şunlardır:

• [FONT=0)Linear Network Coding[[Dönetici: 0,0)Linear Network Coding[[[Dönergeler)[[Dönersiz))[Gruplar, sabit bir alanda lineer denklemler kullanılarak birleştiriliyor. Bir ağ ortamında, rastgele doğrusal ağ kodlaması (veya aksi takdirde Gaussian ortadan kaldırılmasını kullanarak kodlanabilir. RLNC, her biri, sabit olmayan şekillerdeki değişiklikleri ve iyileştirici şekillerde çalışır.
• [FONT:0)Intra-flow vs. Inter-flow Coding[[Dönetici: 1) Intra-flow kodlama, aynı veri akışına ait paketler birleştirir (örneğin, bir dosyayı dikkatli uçlar ve kodlamalar ile kodlamalar ile birleştirir). Inter-flow kodlama, bu tür kablosuz ağ ağları için müdahaleye dikkat etmek için dikkatli bir yönetim gerektirir.

Daha derin bir teorik arka plan için, [[COPE: 0)Wikipedia'nın ağ kodlaması üzerindeki makale[Dönetici: 1) Mükemmel bir genel bakış sunar. Kablosuz sistemlerdeki pratik uygulamalar için, araştırma makalesi "COPE: A Network Coding Approach to Wireless Me Networks" by Katti et al. (2007)

Meşru Ağda Pratik Faydaları

Network kodlamasının teorik avantajları gerçek dünya ağlarında somut kazanımlara dönüştürülür. İşte en etkili faydalardan bazıları:

• [[Dönetici:0)Increased Etkili Kanal Kapasitesi) - Birden fazla akışları daha az iletimle birleştirerek, ağ kodlaması, trafik modellerine ve topolojiye bağlı olarak 30–100 tarafından geliştirilebilir. Bu, daha fazla kullanıcı veya daha yüksek veri oranını yükseltme olmadan destekleyebilir.
• [FONT=0)Better Ortak Orta Düzey Kullanımı[Dönetici: 1) Wi-Fi ağ ağlarında, örneğin, ağ kodlaması, orta erişim girişimlerinin sayısını azaltır ve çarpışma olasılığı azaltır. Bu özellikle dağıtımlarda yoğundur.
• [FONT=0) Alçakgönüllü Latency[[[Dönetici: 1 ) – Daha az retransmisyonlar ve paralel dekoding, son gecikme gecikme gecikme gecikme gecikmeleri gibi gecikmeli uygulamalar için, IP veya gerçek zamanlı kontrol gibi, iyileştirme önemli olabilir.
• [FONT=0]Yenilenebilirlik[Dönetici:0][Dönetici:0)En iyileştirilmiş Güvenilirlik[Dönetici:0)[Dönetici:0)))[Dönetici:0))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))Etsiz lineer kodlama özelliği, kırıcı kayıpların ağ geçidini daha dirençli hale getirir.
• [FONT=0] Multicast ve Yayın için Destek[Dönetici: 0[Dönetici:0) – Network kodlaması, bir-to-many ve birçok-en-manlı iletişim için, video gözetimi, grup sohbetleri ve dağıtım gibi ağ uygulamaları için çok iyi bir şekilde uygun.

Ağ operatörleri akıllı şehirler, endüstriyel IoT veya askeri iletişim için ağ ağ kodlamasını taşıma katmanına entegre ederken sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık ağ ağ ağ ağ ağ ağ ağ ağ ağlarını dağıtıyor. Örneğin, [[ENFLT:0)NTT'nin kablosuz backhaul kablosuz arkadaki ağ kodlama dağıtımını % 40 artırdı.

Meydanlar ve Sınırlar

Yararlılarına rağmen, ağ kodlaması bir gümüş mermi değildir. Ağ ağ ağlarında kabul edilmesi birkaç pratik zorluk için dikkate almalıdır:

C ⁇ Overhead

Ağ kodlaması matematiksel işlemleri gerektirir - özellikle de, alan arithmetic (addition, multiplication) her pakette, modern işlemciler ve gömülü cihazlar bu işlemleri verimli bir şekilde ele alabilirken, çok düşük güç düğümleri (örneğin, batarya-işlem sensörleri) ek işlem yüküyle mücadele edebilir.

Packet Overhead

Bu paket, doğrusal kombinasyonlarında kullanılan katsayılar taşımak zorundadır. Ayrıca, blok hakkında bazı meta-bilgiler (örneğin, blok kimlik, nesil numara) gerekli olduğunda, paket ödeme ağlarında bu yüksek çözünürlükte önemli olabilir. Örneğin, bir ağ ağ ağ ağ geçidinde kontrol mesajları veya küçük sensör okumaları, kat üst katta çift veya üç katına çıkar.

Güvenlik ve Dürüstlük

Network kodlama yeni saldırı yüzeylerini tanıtmaktadır. Kötü niyetli kodlanmış paketler tüm kombinasyon sürecini azaltabilir, hataları veya yanlış veri toplamasına neden olur.Institute checks (e.g., homomorphic message authentication kodları veya dijital imzalar) mağaza-ve-and-and-sonuçlu ağlarda daha karmaşıktır çünkü lineer yöntemler doğrulanabilir. Araştırma devam eder, ancak mevcut çözümler hesaplama eki.

Uyumluluk ve standardizasyon

Mevcut ağ protokollerinin çoğu (örneğin, 802.11s, Zigbee, Thread) yerel olarak ağ kodlamasını desteklemez.Bu, yedek parça veya MAC tabakalarına değişiklikler gerektirir, ki bu da tüm düğümlerin ağ kodlamasını desteklediği homojen dağıtımlarda, faydaların açık olduğu açıktır, ancak heterojen ağlarda miras cihazlarla birlikte kodlanabilir segmentlere göre sınırlıdır.

Pratik Uygulama Stratejileri

Mühendisler ve sistem mimarları ağ ağlarında ağ kodlamasını düşünüyor, çeşitli dağıtım stratejileri, zorlukların azaltılması sırasında en iyi avantajlar sağlayabilir:

• [FONT:0)Use Intra-flow Coding[[Döncükler: 1 ) – Tek bir akış içinde basit blok kodlama ile başlayın. Bu, inter-flow kodlamasından daha kolay ve debug.
• [[Dönetici Blok Boyutu[[Dönetici:0)[Dönetici:0) Adaptif Blok Boyutu[[Dönetici: 1)) - Kanal koşullarına ve hesaplama kapasiteye dayanan blok başına paket sayısını ayarlama. Küçük bloklar gecikmeli kanallarda gecikmeli ve yüksek seslenir; daha büyük bloklar stabil bağlantılar üzerinde verimliliği artırır.
• [FONT:0]Modular Entegrasyon[[[Dönetici:0)[[değiştir | kaynağı değiştir] – Ulaşım ve ağ katmanları arasında bir shim katmanı olarak uygulama ağı kodlaması, böylece tüm yığını yeniden yazmaksızın tanıtılabilir. Birçok araştırma prototipleri paketler kullanan bir “network kodlama çerçevesi” kullanır.
• [FONT=0)Use Sparsity[[Dönetici: 1))[Dönetici:0)Use Sparsity[[Dönetici:0)[Döneticileri ve kat kat katsayıları azaltmak için, özellikle büyük bloklar ve yüksek veri oranları için etkilidir.
• [FONT:0]Combine with Advanced Scheduling[[DÜDÜT:1) – Network kodlama, kodlama fırsatlarının farkında olduğunda en iyi şekilde çalışır. Bir ağ ortamında, merkezileştirilmiş bir programlayıcı (if mümkün olduğunca) veya dağıtılmış bir arsaist programcı, kodlamayı etkinleştiren iletimlere öncelik verebilir.

Gerçek Dünya Uygulamaları

Network kodlama, birkaç alanda pratik dağıtım için akademik teoriden taşındı:

• [FONT=0)Satellite İletişim[Dönetici:0)[Dönetici: 0 3) - Sınırlı güç ve bant genişliği ile ağ kodlaması, birden çok akışları zemin terminallerinden bir araya getirmek için, spektral verimliliğini artırmak.The DVB-S2X standard, opsiyonel ağ kodlama uzantılarını geri dönüş kanalları için içerir.
• [FONT=0)Mobile Ad Hoc Networks (MANETs)[Dönetici: 1) Askeri ve acil yanıt takımları, sık sık sık sık sık yüksek koşullarda bağlantı sağlamak için ağ kodlamasını içeren MANET'lere güveniyor. Örneğin, ABD Ordusu'nun ağ kodlama testi, yarı iletken ağ senaryolarında %50 artış gösterdi.
• [FONT:0]Wireless Sensör Ağları[[Dönetici: 1) Çevre izleme ve tarım IoT sistemleri ağ kodlamasını bir ağ aracılığıyla birçok sensörden bir araya getirmek için ağ kodlamasını kullanır, iletim sayısını azaltır ve batarya ömrünü uzatır.
• [FONT=0]Content Dağıtım - Halk Wi-Fi sunan şehir ağ ağ ağ ağ ağlarında popüler içerik dağıtmakta yardımcıları (örneğin, yazılım güncelleştirmeleri, haritalar) aynı anda birçok kullanıcıya dağıtmaktadır.

Kapsamlı bir uygulama araştırması, “ Kablosuz Ağ Ağı için Ağ Kodingi: A Survey” ile 03. Al-Nuaimi ve al. (2013)).

Future Yol ve Sonuç

Ağ ağları proliferate olarak - akıllı evler, endüstriyel otomasyon ve 5G-Gelişen entegre erişim / geri dönüş için talep yalnızca daha yüksek etkili kanal kapasitesi için daha da yoğunlaşacak. Network kodlaması, yalnızca bağlantı parametrelerini artırmak için değil, aynı zamanda gerçek zamanlı olarak yeni özellikler geliştirmek için de incelenir.

Network kodlama, bilgisayar ağlarında etkili kanal kapasitesini geliştirmek için güçlü ve kanıtlanmış bir yaklaşım sunuyor.Transform redundancy, kayıplara karşı dayanıklılık artırmak ve kayıplara karşı dayanıklılık artırmak, ek spektrum olmadan daha fazla cihaz desteklemek için, ağ kodlaması ciddi zorluklara sahiptir.

Daha fazla okuma için, temel kağıt:0)Ahlswede ve al. (2000)) mükemmel bir başlangıç noktası olmaya devam etmektedir. Pratik uygulamalar, uygulama ağ kodlaması üzerinde Microsoft Research kağıt üzerinde iyi belgelenir).