網絡編碼有可能導致對、內容分發(fā)和網絡的重新設計。廠商和研究者們如是說。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

網絡編碼有可能導致對、內容分發(fā)和網絡的重新設計。廠商和研究者們如是說。

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“網絡編碼”的技術，該技術可以提高網絡的吞吐量，改善從內容分發(fā)到無線網絡等一系列的可擴展性和使用效率。

網絡編碼技術自七年前誕生以來，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)有的網絡吞吐量提高一倍，同時還能改善網絡的可靠性和防范攻擊的能力。網絡編碼技術最熱心的支持者們說，該技術將會引發(fā)網絡的下一代革命；其他人則認為，網絡編碼技術更有可能會潛移默化地改變目前基于路由的網絡架構。

網絡編碼的工作原理是把不同的信息轉化成位數(shù)更小的“痕跡”，然后在目標節(jié)點進行演繹還原，這樣就不必反復傳輸或者復制全部信息了。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換成位流即可，而這種轉換現(xiàn)有的網絡基礎設施是可以支持的。

“這種技術跟竊聽技術很相像：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。

網絡編碼可以在任何設備上工作，從路由器到無線系統(tǒng)，或者全新形式的所謂網絡編碼器上工作。英特爾看到了這種技術在擴展無線基站方面的潛力；微軟已經在試驗用網絡編碼來提高其內容分發(fā)系統(tǒng)的效率；其他網絡廠商，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：“我們正在研究網絡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，從而幫助提高網絡容量的理論工具。迄今為止，我們并未提供任何專門的網絡編碼產品。”

為了讓讀者能夠更好地理解什么是網絡編碼，我們在此處給出更為詳盡的技術解釋。

網絡編碼可以對數(shù)據包中的數(shù)據位進行操作，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位執(zhí)行邏輯操作，如果對應位的值不同則賦值“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，網絡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)據包的數(shù)量。換句話說，不必增加網絡的整體容量。

“利用數(shù)據的這種代數(shù)性質，是為了獲得更大的自由度，可以對數(shù)據包進行各種操作�！甭槭±砉�學院電子工程與計算科學系的助理教授、網絡編碼領域的主要研究者之一MurielMedard說。“在網絡中能夠這么做，就意味著你能夠更有效地利用網絡，或者用多種方式來使用網絡�！�

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

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

“我們不只關心所選擇的數(shù)據包的各個域的狀態(tài)，實際上我們還需要考慮對包內數(shù)據進行操作和傳輸?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)據包的內容，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，網絡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，網絡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。

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

和微軟一樣，惠普也看到了網絡編碼對P2P內容分發(fā)所帶來的好處�；萜找呀浥c麻省理工學院展開了合作，并贊助后者在此領域的研究工作。

“這確是一項令人興奮的�！被萜諏嶒炇业难芯繂TMitchellTrott說。“它擁有巨大的有待開發(fā)的潛力，只不過迄今為止，到底能從這一技術中獲得什么好處，還不是很清晰�！�

在網絡基礎設施中，網絡編碼的應用要比簡單地幫助內容分發(fā)問題“更為棘手”。Trott說，網絡編碼必須證明自己能夠獲得較大的性能提升，才可能被基礎設施廠商所采用。

“網絡編碼必須能解決一個特殊問題，多播或許就是網絡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)路由架構同樣的方式，網絡編碼就能大大改善網絡的效率。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，而網絡編碼則可通過xor痕跡處理，大大減輕這種傳輸多份信息的壓力。

就網絡基礎設施而言，對網絡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備在各類機柜中已大量存在。

“要想拋棄這些設備轉而去支持新的技術，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)據包和位流的操作。

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

麻省理工學院的研究人員所從事的研究表明，網絡編碼可以在無線網絡的吞吐量上獲得“數(shù)倍的提升”。這些研究人員說，他們在一個不大的網絡環(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。

英特爾也在期待網絡編碼能為其無線產品，尤其是為WiMAX產品提供競爭優(yōu)勢。英特爾的網絡編碼研究開始于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，可以從網絡編碼獲得益處，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，而網絡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，從而提高了網絡的效率。Sandhu說，在此應用中，網絡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)據包揉在一起發(fā)送出去的。”

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

英特爾正在探討網絡編碼在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)化的網絡編碼。

Sandhu并未明說英特爾是否已經有了圍繞網絡編碼技術開發(fā)產品的計劃。但是她說，她的確看到了網絡編碼在除了無線和WiMAX之外的數(shù)據通信領域中廣泛的應用前景。

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，網絡編碼在執(zhí)行過程中偽裝了數(shù)據，并且能有效地承載數(shù)據，所以實際上增強了信息的安全性，要比在網絡上傳輸不可破譯的算法流的傳統(tǒng)加密技術更安全。

“在你做這種數(shù)據包的混合時，其本身就具備了數(shù)據隱藏的性能�！盡edard說�！氨热缬袃蓚�位組A和B，對兩個位組執(zhí)行xor操作，從得出的結果中哪個位組的數(shù)據你都看不到。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，除非你完全知道B位組的數(shù)據�！�

她說，網絡編碼技術還能在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，以便確定網絡編碼對于安全的影響。至于網絡編碼能否在互聯(lián)網這種共享基礎設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，當信息在共享網絡中不能夠進行混合的時候該如何實施網絡編碼；他們還需要注意網絡編碼在有線和無線基礎設施中的細微差別；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)探索改進網絡的各種途徑，以便讓網絡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，網絡編碼的創(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。

網絡編碼理論是研究領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、通信網絡、網絡交換理論、無線通信、計算機科學、密碼學、運籌學、矩陣理論等領域帶來了深遠影響。網絡編碼已成為現(xiàn)今世界各地一流大學及工業(yè)實驗室最熱門的研究領域之一，也是眾多國際研討會的熱門議題。

一直以來，網絡通信皆采用轉發(fā)機制以傳輸數(shù)據，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)星網絡的數(shù)據傳輸。同年，李碩彥教授參與研究一般抽象網絡上數(shù)據傳播與編碼的混合使用。網絡編碼帶給網絡應用一場模式革命。兩年前，微軟以網絡編碼作為核心技術開發(fā)出“雪崩”原型軟件�！把┍馈睂τ赑2P通信的大規(guī)模內容分發(fā)而言，傳送速度可高出BT20%~30%。由于P2P通信占互聯(lián)網帶寬的60%以上，所以研究人員估計，未來十年，網絡編碼技術將會產生巨大影響，從計算機通信、無線通信到其他各類通信，都會廣泛地采用網絡編碼。