網(wǎng)絡(luò)編碼有可能導(dǎo)致對、內(nèi)容分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)的重新設(shè)計。廠商和研究者們?nèi)缡钦f。一些聲名顯赫的高科技企業(yè)，如、惠普和英特爾等都正在著手

網(wǎng)絡(luò)編碼有可能導(dǎo)致對、內(nèi)容分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)的重新設(shè)計。廠商和研究者們?nèi)缡钦f。

一些聲名顯赫的高科技企業(yè)，如、惠普和英特爾等都正在著手從事一項被稱為“網(wǎng)絡(luò)編碼”的技術(shù)，該技術(shù)可以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，改善從內(nèi)容分發(fā)到無線網(wǎng)絡(luò)等一系列的可擴展性和使用效率。

網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)自七年前誕生以來，可以說基本上藏身于各大學和實驗室中而鮮為人知。這是一種編碼算法，支持者們聲稱它可以將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)吞吐量提高一倍，同時還能改善網(wǎng)絡(luò)的可靠性和防范攻擊的能力。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)最熱心的支持者們說，該技術(shù)將會引發(fā)網(wǎng)絡(luò)的下一代革命；其他人則認為，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)更有可能會潛移默化地改變目前基于路由的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)編碼的工作原理是把不同的信息轉(zhuǎn)化成位數(shù)更小的“痕跡”，然后在目標節(jié)點進行演繹還原，這樣就不必反復(fù)傳輸或者復(fù)制全部信息了。痕跡可以在多個中間節(jié)點間的多條路徑上反復(fù)傳遞，然后再被送往最終的目的端點。它不需要額外的容量和路由—只需把信息的痕跡轉(zhuǎn)換成位流即可，而這種轉(zhuǎn)換現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施是可以支持的。

“這種技術(shù)跟竊聽技術(shù)很相像：你聽到了周圍有什么事在發(fā)生，于是你便形成了某種觀點，然后你會根據(jù)記憶和你所掌握的信息去增加總體的吞吐量和容量�！庇⑻貭栄芯坎块T負責企業(yè)無線通信的研究專家SumeetSandhu說。

網(wǎng)絡(luò)編碼可以在任何設(shè)備上工作，從路由器到無線系統(tǒng)，或者全新形式的所謂網(wǎng)絡(luò)編碼器上工作。英特爾看到了這種技術(shù)在擴展無線基站方面的潛力；微軟已經(jīng)在試驗用網(wǎng)絡(luò)編碼來提高其內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)的效率；其他網(wǎng)絡(luò)廠商，比如，則對其計劃秘而不宣，拒絕發(fā)表的評論，其發(fā)言人只聲稱：“我們正在研究網(wǎng)絡(luò)編碼能否作為一種區(qū)分不同類型的流量，然后劃分出優(yōu)先等級，從而幫助提高網(wǎng)絡(luò)容量的理論工具。迄今為止，我們并未提供任何專門的網(wǎng)絡(luò)編碼產(chǎn)品�！�

為了讓讀者能夠更好地理解什么是網(wǎng)絡(luò)編碼，我們在此處給出更為詳盡的技術(shù)解釋。

網(wǎng)絡(luò)編碼可以對數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)位進行操作，這種所謂“按位異或”操作是將信息與其他數(shù)據(jù)包相互比對。按位異或首先取兩個位組，然后對每一組的對應(yīng)位執(zhí)行邏輯操作，如果對應(yīng)位的值不同則賦值“1”，位值相同則賦“0”。

按位異或操作所得出的這些1或0就是編碼，也叫痕跡，端點或任意節(jié)點只要具備一定的智能便可將接收到的信息進行演繹還原。按照這種方法，網(wǎng)絡(luò)編碼便可有效地允許目標節(jié)點接收多個信息而不必增加它所能接收數(shù)據(jù)包的數(shù)量。換句話說，不必增加網(wǎng)絡(luò)的整體容量。

“利用數(shù)據(jù)的這種代數(shù)性質(zhì)，是為了獲得更大的自由度，可以對數(shù)據(jù)包進行各種操作。”麻省理工學院電子工程與計算科學系的助理教授、網(wǎng)絡(luò)編碼領(lǐng)域的主要研究者之一MurielMedard說�！霸诰W(wǎng)絡(luò)中能夠這么做，就意味著你能夠更有效地利用網(wǎng)絡(luò)，或者用多種方式來使用網(wǎng)絡(luò)�！�

和Medard持相同觀點的支持者們認為，網(wǎng)絡(luò)編碼尤其對路由器共享的基礎(chǔ)設(shè)施、P2P內(nèi)容分發(fā)以及無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)特別有用。在一篇論述網(wǎng)絡(luò)編碼的文章中，Medard和其他研究者指出，網(wǎng)絡(luò)編碼具有極大地提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度、改進所有通信系統(tǒng)可靠性的潛力，將會引發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)革命。

不過，Medard也認為，網(wǎng)絡(luò)運營商如何利用這種異或操作符來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編碼尚有待探索。因為它不同于MPLS的流量工程，MPLS無須改變數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)；而只是給數(shù)據(jù)包增加一些附屬物，比如標簽。

“我們不只關(guān)心所選擇的數(shù)據(jù)包的各個域的狀態(tài)，實際上我們還需要考慮對包內(nèi)數(shù)據(jù)進行操作和傳輸?shù)目赡苄��！盡edard說�！安贿^最終，我們還是要把信息還原到它最初的狀態(tài)。”

目前的路由器和機系統(tǒng)就做不到這一點。它們只是去讀數(shù)據(jù)包中的源地址和目標地址的域，將輸入和輸出都映射到同一個節(jié)點上然后直接傳輸。它們不會綜合兩個不同數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，更不會把輸入映射到一個節(jié)點，把輸出映射到另一個節(jié)點。

Medard說，網(wǎng)絡(luò)編碼器或許不會徹底取代路由器，但其功能有可能會覆蓋掉一部分路由功能。而隨著時間的推移，網(wǎng)絡(luò)編碼便有可能在其優(yōu)勢日益明顯之后成為路由操作的一個不可缺少的組成部分，從而徹底改變我們今天所知的路由技術(shù)。

Medard說，她兩三年前就已經(jīng)給思科的工程師們展示了她的技術(shù)研究成果。她把那次會談稱之為“良好的”，但同時強調(diào)說，那次會談只是一次技術(shù)性的會談，沒有探討過任何商業(yè)用途。

和微軟一樣，惠普也看到了網(wǎng)絡(luò)編碼對P2P內(nèi)容分發(fā)所帶來的好處。惠普已經(jīng)與麻省理工學院展開了合作，并贊助后者在此領(lǐng)域的研究工作。

“這確是一項令人興奮的。”惠普實驗室的研究員MitchellTrott說�！八鼡碛芯薮蟮挠写�開發(fā)的潛力，只不過迄今為止，到底能從這一技術(shù)中獲得什么好處，還不是很清晰。”

在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中，網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用要比簡單地幫助內(nèi)容分發(fā)問題“更為棘手”。Trott說，網(wǎng)絡(luò)編碼必須證明自己能夠獲得較大的性能提升，才可能被基礎(chǔ)設(shè)施廠商所采用。

“網(wǎng)絡(luò)編碼必須能解決一個特殊問題，多播或許就是網(wǎng)絡(luò)編碼可以大顯身手的所在�！盩rott說�！安贿^，多數(shù)企業(yè)甚至還沒有用到多播這種功能。”

所謂多播，就是同時把信息傳送給一組目標節(jié)點，按照和傳統(tǒng)路由架構(gòu)同樣的方式，網(wǎng)絡(luò)編碼就能大大改善網(wǎng)絡(luò)的效率。傳統(tǒng)路由的多播在連接多個目標節(jié)點時需要生成全部傳送信息的多份拷貝，而網(wǎng)絡(luò)編碼則可通過xor痕跡處理，大大減輕這種傳輸多份信息的壓力。

就網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而言，對網(wǎng)絡(luò)編碼存有疑慮的另一個因素是，十年來交換機和路由器等設(shè)備在各類機柜中已大量存在。

“要想拋棄這些設(shè)備轉(zhuǎn)而去支持新的技術(shù)，可能需要一段時間�！盩rott說。還必須要開發(fā)一些新的控制與管理協(xié)議來跟蹤所有的數(shù)據(jù)包和位流的操作。

迄今為止，惠普尚未找到可將網(wǎng)絡(luò)編碼用于商用產(chǎn)品的合適的切入點，不過Trott說，這種情形會隨著時間而改變。他還說，無線網(wǎng)狀網(wǎng)有可能從這一新技術(shù)中獲益，尤其對于軍用的感應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)更有益處。

麻省理工學院的研究人員所從事的研究表明，網(wǎng)絡(luò)編碼可以在無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量上獲得“數(shù)倍的提升”。這些研究人員說，他們在一個不大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中目睹了吞吐量的翻番增長，而在麻省理工學院一幢三層建筑內(nèi)的34個節(jié)點環(huán)境中，利用UDP流量進行的一次測試更是出現(xiàn)了4倍的流量增加。

英特爾也在期待網(wǎng)絡(luò)編碼能為其無線產(chǎn)品，尤其是為WiMAX產(chǎn)品提供競爭優(yōu)勢。英特爾的網(wǎng)絡(luò)編碼研究開始于2006年。

英特爾研究部門的Sandhu說，多跳中繼——由WiMAX基站和中繼基站完成，可以從網(wǎng)絡(luò)編碼獲得益處，因為后者擴展了基站的覆蓋范圍。中繼基站負責對基站的回程，而網(wǎng)絡(luò)編碼則可在端到端的基站－客戶機的交互過程中實現(xiàn)雙向中繼。由于使冗余的分組路由降至最低，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的效率。Sandhu說，在此應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)編碼要比簡單的雙向中繼增加25%到50%的吞吐量。

“在基站間執(zhí)行xor操作可節(jié)省時間，”Sandhu說�！霸谧龆说蕉穗p向通信時原來需要4個時隙，而現(xiàn)在只需3個時隙，因為在一個時隙中實際上是把兩個數(shù)據(jù)包揉在一起發(fā)送出去的�！�

但是WiMAX并不像軍用感應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)，它是集中式的。一個基站負責一個蜂窩小區(qū)，然后可能會架設(shè)幾個中繼基站進行覆蓋范圍的擴展，這是WiMAX網(wǎng)絡(luò)的通用模式，Sandhu說。

英特爾正在探討網(wǎng)絡(luò)編碼在OSI參考模型中物理層上的適用性，以及它在MIMO環(huán)境中與天線的相互影響。Sandhu說，物理層信息在向上進入MAC層時有可能丟失，所以英特爾正在尋找捕捉物理層信道信息的方法，以便實現(xiàn)更優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)編碼。

Sandhu并未明說英特爾是否已經(jīng)有了圍繞網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品的計劃。但是她說，她的確看到了網(wǎng)絡(luò)編碼在除了無線和WiMAX之外的數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用前景。

研究人員承認，竊聽方式與xor位流概念的混合可能會引發(fā)對安全性的擔憂。

但是麻省理工學院的Medard卻認為，網(wǎng)絡(luò)編碼在執(zhí)行過程中偽裝了數(shù)據(jù)，并且能有效地承載數(shù)據(jù)，所以實際上增強了信息的安全性，要比在網(wǎng)絡(luò)上傳輸不可破譯的算法流的傳統(tǒng)加密技術(shù)更安全。

“在你做這種數(shù)據(jù)包的混合時，其本身就具備了數(shù)據(jù)隱藏的性能�！盡edard說。“比如有兩個位組A和B，對兩個位組執(zhí)行xor操作，從得出的結(jié)果中哪個位組的數(shù)據(jù)你都看不到。你可能知道其中的某些位的值，但你卻不可能還原出A位組的數(shù)據(jù)，除非你完全知道B位組的數(shù)據(jù)�！�

她說，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)還能在P2P傳輸中檢測惡意“污染”攻擊，并糾正錯誤。

當然，還需要做大量的工作，以便確定網(wǎng)絡(luò)編碼對于安全的影響。至于網(wǎng)絡(luò)編碼能否在互聯(lián)網(wǎng)這種共享基礎(chǔ)設(shè)施中最終取代路由器，也同樣還需要解決很多問題才行。比如說，客戶必須知道，當信息在共享網(wǎng)絡(luò)中不能夠進行混合的時候該如何實施網(wǎng)絡(luò)編碼；他們還需要注意網(wǎng)絡(luò)編碼在有線和無線基礎(chǔ)設(shè)施中的細微差別；而業(yè)界必須能夠找出某種辦法，當運營商把不同客戶的不同流量相互混合時，客戶到底應(yīng)該如何付費。

Medard說，她和其他研究人員一起正在考慮解決這些問題的辦法，繼續(xù)探索改進網(wǎng)絡(luò)的各種途徑，以便讓網(wǎng)絡(luò)成為人類社會不可或缺的組成部分。

背景鏈接

值得我們自豪的是，網(wǎng)絡(luò)編碼的創(chuàng)始人是三位中國人，即中國香港中文大學息工程學系的李碩彥教授、楊偉豪教授和蔡寧博士。他們在2000年合著的論文于2005年榮獲IEEE信息理論學會論文獎。

網(wǎng)絡(luò)編碼理論是研究領(lǐng)域中的一項重要突破，自從首次提出以來，已迅速發(fā)展成一個重要的研究范疇，并對信息論、編碼、通信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)交換理論、無線通信、計算機科學、密碼學、運籌學、矩陣理論等領(lǐng)域帶來了深遠影響。網(wǎng)絡(luò)編碼已成為現(xiàn)今世界各地一流大學及工業(yè)實驗室最熱門的研究領(lǐng)域之一，也是眾多國際研討會的熱門議題。

一直以來，網(wǎng)絡(luò)通信皆采用轉(zhuǎn)發(fā)機制以傳輸數(shù)據(jù)，概念近似郵遞系統(tǒng)。1997年，楊偉豪教授首先將編碼概念使用于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。同年，李碩彥教授參與研究一般抽象網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳播與編碼的混合使用。網(wǎng)絡(luò)編碼帶給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用一場模式革命。兩年前，微軟以網(wǎng)絡(luò)編碼作為核心技術(shù)開發(fā)出“雪崩”原型軟件�！把┍馈睂τ赑2P通信的大規(guī)模內(nèi)容分發(fā)而言，傳送速度可高出BT20%~30%。由于P2P通信占互聯(lián)網(wǎng)帶寬的60%以上，所以研究人員估計，未來十年，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)將會產(chǎn)生巨大影響，從計算機通信、無線通信到其他各類通信，都會廣泛地采用網(wǎng)絡(luò)編碼。