网络编码基础与应用

第1章 网络编码入门 1

1.1 蝶形网络 1

1.2 图和网络 3

1.2.1 组合包网络 3

1.2.2 网络信息流 5

1.3 单源多播问题 6

1.3.1 多播容量 6

1.3.2 线性网络编码 7

1.3.3 实现多播容量的线性网络编码 9

1.4 多播网络中的码字构造 10

1.4.1 线性信息流算法 10

1.4.2 随机构造 13

1.5 编码和路由 14

1.6 非相干网络编码 15

1.6.1 携带数据包报头的传输 15

1.6.2 子空间传输 16

1.7 关于字母表和非线性 17

1.8 结论 19

1.9 致谢 19

1.10 附录 19

1.10.1 有限域 19

1.10.2 多项式的零点和非零点 21

1.10.3 det（Gt）的次数 23

参考文献 24

第2章 无线系统中的网络编码 26

2.1 引言 26

2.2 网络编码背景：业内视点 27

2.3 网络编码在无线网络中的应用 29

2.3.1 COPE：提高吞吐量的网络编码 29

2.3.1.1 COPE协议 30

2.3.1.2 性能结果 32

2.3.2 MORE：提高可靠性的网络编码 33

2.3.2.1 示例1：盲区 33

2.3.2.2 示例2：多播 34

2.3.2.3 MORE协议 34

2.3.2.4 实证结果 35

2.3.3 模拟网络编码：利用无线干扰 36

2.4 结论 39

参考文献 39

第3章 利用网络编码实现P2P网络的内容分发和多媒体流 42

3.1 运用网络编码的内容分发 42

3.1.1 怎样在P2P内容分发中使用网络编码？ 42

3.1.2 为什么网络编码有助于P2P内容分发？ 43

3.1.3 利用网络编码的P2P内容分发的理论结果 44

3.1.4 网络编码实现P2P内容分发的实际应用 47

3.2 运用网络编码的P2P多媒体流 48

3.2.1 网络编码怎样应用于P2P多媒体流？ 48

3.2.1.1 随机网状结构中的随机push 49

3.2.1.2 下游对等体的及时反馈 50

3.2.1.3 同步播放和初始缓冲延迟 51

3.2.2 为什么网络编码对多媒体流有帮助？ 51

3.2.3 基于网络编码的P2P多媒体流的理论结果 52

3.2.4 基于网络编码的P2P多媒体流中的实际问题 55

3.3 总结 56

参考文献 56

第4章 真实世界中的网络编码 59

4.1 引言：并非火箭科学 59

4.2 移动电话上的网络编码 59

4.3 系统组成与设计选择 64

4.4 实际问题 66

4.5 二进制确定性方法 67

4.6 随机线性网络编码 68

4.7 通过优化提升随机线性网络编码 69

4.8 通过设计提升随机线性网络编码 71

4.9 采用了网络编码的移动电话应用 73

4.10 隐患和参数 75

参考文献 76

第5章 网络编码和用户协同在LTE网络流和下载服务上的应用 79

5.1 引言 79

5.2 eMBMS中的Raptor码 82

5.3 包丢失图样 84

5.4 基于用户协同的丢失恢复 86

5.5 网络编码应用于用户协同 89

5.6 仿真结果 91

5.7 结论 93

参考文献 93

第6章 CONCERTO：现实世界MANET系统中的一些基于网络编码的经验 96

6.1 引言 96

6.1.1 无线MANET面临的挑战 97

6.1.2 CONCERTO解决方案 97

6.2 CONCERTO综述 98

6.3 网络编码 100

6.3.1 前期工作 100

6.3.2 CONCERTO网络编码 100

6.4 子图构造 102

6.4.1 算法 102

6.4.2 实现 103

6.5 网络编码传输协议 104

6.5.1 MANET中的可靠传输 104

6.5.2 转发协议架构 104

6.5.3 网络编码传输协议的主／从架构 105

6.5.4 半可靠从转发引擎算法 106

6.5.5 全可靠从转发引擎算法 107

6.6 网络编码的效益 108

6.6.1 广播、多播和单播的统一机制 108

6.6.2 对于路由环路的鲁棒性 108

6.6.3 对于链路或节点故障的鲁棒性 109

6.6.4 提供低延迟链路层编码 109

6.6.5 极端机会路由 110

6.6.5.1 长跳 110

6.6.5.2 大量的有损链路 111

6.7 现场实验的基础设施 111

6.7.1 硬件 111

6.7.2 基准系统 112

6.7.3 通信方案 113

6.7.4 评估方法 114

6.8 实验结果及分析 114

6.8.1 实验场景 114

6.8.2 实验结果 117

6.8.2.1 地面战术场景 117

6.8.2.2 空中战术场景的结果 121

6.8.2.3 战术场景下的文件传输结果 122

6.9 总结和展望 122

6.9.1 总结 122

6.9.2 展望 123

6.10 致谢 123

参考文献 123

第7章 安全网络编码：保密与可靠通信中的界和算法 125

7.1 引言 125

7.2 模型 126

7.2.1 威胁模型 126

7.2.2 网络和码字模型 127

7.3 窃听安全 128

7.3.1 相干情况 128

7.3.2 非相干情况 130

7.4 干扰安全 131

7.4.1 相干情况 131

7.4.2 非相干情况 134

7.4.3 加密场景 137

7.5 存在窃听和干扰对手时的保密传输 139

7.5.1 相干情况 139

7.5.2 非相干情况 140

7.6 其他方案 141

7.7 总结 142

7.8 致谢 142

参考文献 142

第8章 网络编码和数据压缩 148

8.1 引言 148

8.2 模型和符号 150

8.3 一般联合信源网络编码的速率区域特性 151

8.4 无损组播的容量结果 152

8.4.1 无边信息场景 153

8.4.2 汇聚节点具有边信息的场景 153

8.5 实用的方法 154

8.6 附录 155

参考文献 157

第9章 网络编码的标度律 160

9.1 引言及基本设定 160

9.2 有损链路下的无线广播 161

9.2.1 延迟标度增益 161

9.2.2 扩展 164

9.2.2.1 拓扑扩展 164

9.2.2.2 动态到达 166

9.2.2.3 流入流量的延迟灵敏度 167

9.2.3 吞吐量-延迟权衡 168

9.3 大规模移动Ad Hoc网络中的编码 172

9.3.1 示例：在i.i.d移动模型下的吞吐量-延迟权衡 173

9.3.2 对多播通信流的扩展 176

9.3.3 对现有成果的总结 178

9.3.4 结论 179

参考文献 180

第10章 网络编码在容断网络中的应用 183

10.1 引言 183

10.2 容断网络与随机线性编码的背景介绍 184

10.2.1 网络模型 184

10.2.2 DTN路由方案回顾 185

10.2.2.1 DTN广播路由方案 185

10.2.2.2 DTN单播路由方案 186

10.2.3 随机线性编码 187

10.3 设计空间 188

10.4 广播通信中的编码效益 190

10.4.1 编码有利于提高能效 190

10.4.2 实际的RLC广播方案 191

10.5 单播应用中的编码效益 192

10.5.1 网络编码减少分组投递延迟 193

10.5.1.1 最小分组投递延迟 193

10.5.1.2 实现最小分组投递延迟的概率 195

10.5.1.3 其他指标 197

10.5.2 网络编码对延迟-传输次数的权衡关系的改善 198

10.5.3 关于RLC效益的讨论 199

10.5.3.1 不同带宽和缓存限制的影响 199

10.5.3.2 分代管理的影响 200

10.5.3.3 控制信令的影响 201

10.5.4 对网络编码方案的建模研究 201

10.5.5 其他关于在单播应用中使用RLC方案的研究工作 203

10.5.5.1 优先编码协议 204

10.5.5.2 两跳方案中的最优控制 204

10.5.5.3 在DTN中基于网络编码进行安全通信 204

10.6 开放性问题 205

10.6.1 短消息应用的RLC效益 205

10.6.2 多播通信中的RLC方案 205

10.7 总结与结束语 206

参考文献 206