基于網(wǎng)絡(luò )編碼的多信源組播通信系統

　　系統實(shí)現的整體設計方案說(shuō)明

　　如圖2所示，是擬采用的組播通信網(wǎng)絡(luò )的拓撲圖。為了易于在工程上實(shí)現，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(zhuān)門(mén)負責編碼和解碼。具體講，如圖2所示，信源S1,S2,S3發(fā)送數據包，編碼路由器EC0和EC1負責將接收到的數據包以隨機的系數進(jìn)行線(xiàn)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確地說(shuō)是轉發(fā)路由器，因為它的功能只是將收到的數據包轉發(fā)到其三個(gè)輸出端口，而沒(méi)有IGMP(組播管理)和相應的組播路由功能。當然，我們也可以直接在EC上實(shí)現轉發(fā)的功能，增加R的原因是考慮到NetFPGA端口數量的限制(每塊NetFPGA只有4個(gè)端口)。解碼路由器DC接收編碼的數據并解碼，并將它發(fā)送給下游的信宿主機。

　　編碼策略與方案

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

　　定義：為了討論的方便性和簡(jiǎn)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(lèi)推。依據包頭和緩存，每個(gè)信源的代的編號從0開(kāi)始，至1023結束，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數據包進(jìn)行編碼，編碼系數矢量隨機選擇，編碼方法是線(xiàn)性編碼。例如，在上圖中的編碼路由器EC0，設兩個(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)，依據文章[7]的公式：

　　out(e)=(α β)=αS(1,x)+βS(2,y)。編碼后的數據以NCP(network coding protocol)包頭封裝，然后再封裝在IP數據報中，如圖3所示。

　　為減小相應的編碼負擔和提高編碼效率，我們只對網(wǎng)絡(luò )中的IP數據報中的有效載荷進(jìn)行編碼(已經(jīng)編碼過(guò)的數據包可以再進(jìn)行編碼)，不對ARP等其他數據包編碼。在編碼路由器中，我們?yōu)椴煌妮斎胪ǖ篱_(kāi)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。

　　轉發(fā)(組播)路由器R工作流程

　　在實(shí)際的應用中，R應該是具有組播功能的路由器，即可以運行網(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 )的局部的拓撲和滿(mǎn)足組播成員的要求。為了初期容易實(shí)現，我們將其功能簡(jiǎn)化為轉發(fā)功能(即廣播功能)，具體工作流程如圖5。