王毅敏

摘 要 隨著科技的發(fā)展，我國(guó)的科技水平得到了很大的進(jìn)步，其中信息技術(shù)發(fā)展尤為突出。網(wǎng)絡(luò)編碼在本世紀(jì)初得到了大力發(fā)展，并推進(jìn)了我國(guó)信息技術(shù)的發(fā)展，具有劃時(shí)代的意義，這種網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)突破了傳統(tǒng)的理念，并將獨(dú)立比特不能再次壓縮這一經(jīng)典結(jié)論推翻了，利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息流的壓縮功能，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。文章分析P2P內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的作用，并對(duì)其具體的技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 P2P內(nèi)容分發(fā)；網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)；系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0065-01

P2P內(nèi)容分發(fā)主要是用于對(duì)大文件的分發(fā)，特別是處在大量用戶(hù)同時(shí)下載相同大文件中，P2P內(nèi)容分發(fā)就會(huì)先將文件劃分成多個(gè)數(shù)據(jù)塊，并將每一個(gè)數(shù)據(jù)塊都進(jìn)行獨(dú)立的共享，使其能夠被分發(fā)、下載，這樣用戶(hù)就不用下載整個(gè)文件，只需要下載一個(gè)完整的數(shù)據(jù)塊，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)這些數(shù)據(jù)塊進(jìn)行交換，就能得到對(duì)文件的下載，快速的得到下載文件。

1 網(wǎng)絡(luò)編碼原理

網(wǎng)絡(luò)編碼的原理是將不同的網(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)換成“痕跡”，這些痕跡的特點(diǎn)是位數(shù)小，所以可以更容易的將這些痕跡在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行演繹還原，這樣操作的目的就是避免進(jìn)行反復(fù)的傳輸操作，也避免了將全部信息內(nèi)容進(jìn)行復(fù)制。利用網(wǎng)絡(luò)編碼的原理，可以實(shí)現(xiàn)信息在多個(gè)節(jié)點(diǎn)中反復(fù)傳輸?shù)男Ч@主要是由于信息轉(zhuǎn)換成“痕跡”的特征實(shí)現(xiàn)的，這些痕跡最終會(huì)被送往目的端點(diǎn)。在整個(gè)的傳輸過(guò)程中，只需要將相關(guān)的信息痕跡轉(zhuǎn)換成位流就可以，不需要使用額外的路由以及容量，并且網(wǎng)絡(luò)編碼原理是可以通過(guò)常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。

下面以具有兩個(gè)信宿的多播網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)編碼的原理。圖1是網(wǎng)絡(luò)通信示意圖，通過(guò)這個(gè)示意圖解析這個(gè)多播網(wǎng)絡(luò)是如何獲取最大流的。圖為一個(gè)單信源兩信宿的網(wǎng)絡(luò)，我們假設(shè)其每一個(gè)鏈路沒(méi)有時(shí)間延時(shí)，也沒(méi)有差錯(cuò)，將源節(jié)點(diǎn)用S表示，目的節(jié)點(diǎn)分別用Y、Z來(lái)表示。在a圖中，我們將每一條邊上的信息傳輸速率定為每單位時(shí)間1bit，這樣通過(guò)有關(guān)的定理就能得出信源到目的節(jié)點(diǎn)的最大流，每條邊上的最大流都是2。這樣就說(shuō)明信源S可以在同一時(shí)間向t1與t2發(fā)送2bit的信息量。B圖式具體的一種編碼方案，從圖中可以看出，在信源節(jié)點(diǎn)向b1與b2傳輸2bit信息量的過(guò)程中，在節(jié)點(diǎn)3處，需要利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，將3與4輸出邊比特進(jìn)行線(xiàn)性組合，得出模2加，才能夠?qū)崿F(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)由這些線(xiàn)性組合演繹還原成b1b2，利用網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)路由無(wú)法在單位時(shí)間將信息傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的功能，這是網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一。

圖1 網(wǎng)絡(luò)編碼原理

2 P2P內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)

在P2P內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中，利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的很多功能優(yōu)化，其主要表現(xiàn)在編碼操作以及解碼操作過(guò)程中。

編碼操作就是將具有一定的編碼參數(shù)的多元編碼函數(shù)進(jìn)行相關(guān)的操作。其中編碼函數(shù)是一個(gè)具有多個(gè)Pieces的變量以及一個(gè)編碼參數(shù)的多元函數(shù)，并且這個(gè)函數(shù)的函數(shù)值就是一個(gè)編碼Pieces。用數(shù)學(xué)表示的方法將編碼函數(shù)表示出來(lái)，就可以得出有編碼函數(shù)相關(guān)操作產(chǎn)生的Pieces都具有相同的GOP，并且編碼函數(shù)的參數(shù)時(shí)可以進(jìn)行任意設(shè)定的。

解碼操作是一個(gè)與編碼操作互逆的過(guò)程，就是在已知一定數(shù)量以及正確的Pieces前提下，對(duì)全部或者是部分原始的Pieces獲取的過(guò)程。由于編碼操作中得到的Pieces具有同一個(gè)GOP，所以原始的Pieces自身組合的集合一定是一個(gè)可解集，并且最小解集是存在的，所以我們一般將解碼操作分成以下幾個(gè)步驟進(jìn)行。

1）建立一個(gè)空的Pieces集合；2）對(duì)找出的Pieces集合進(jìn)行驗(yàn)證，如果這個(gè)集合正確就將其歸入建立的Pieces集合中；3）尋找新的Pieces集合，并驗(yàn)證其正確性以及是否對(duì)建立的空集合有用處，如果是一個(gè)正確的集合，且對(duì)步驟一中建立的集合有用，則保留在步驟一建立的集合中；4）重復(fù)步驟三中的操作，直到步驟一中建立的集合元素達(dá)到一定的數(shù)量；5）利用這個(gè)Pieces集合就能對(duì)所有的原始Pieces進(jìn)行求解。

通過(guò)對(duì)編碼操作以及解碼操作的介紹，可以大致得出，在P2P內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中，利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)主要是對(duì)編碼函數(shù)以及解碼函數(shù)的設(shè)計(jì)，對(duì)有用的Pieces進(jìn)行收集，并判斷Pieces是否有用，并驗(yàn)證其的正確性。

3 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)應(yīng)用與P2P內(nèi)容分布系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)

在P2P網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）利用網(wǎng)絡(luò)編碼可以大大減少文件下載的時(shí)間。在文件下載的過(guò)程中，需要在一個(gè)范圍較大的分布式系統(tǒng)中，找尋一條最佳的發(fā)送路徑，這是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，在主機(jī)對(duì)于底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淞私廨^少情況下更為困難。利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，就可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化，減少其以及文件發(fā)送的先后順序?qū)r(shí)間的影響，降低了文件下載的時(shí)間；2）網(wǎng)絡(luò)編碼具有較好的健壯性，這主要是由于利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)進(jìn)行編碼后的分組具有多樣性，在文件下載過(guò)程中，如果服務(wù)器離線(xiàn)或者某一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)離開(kāi)，都對(duì)文件的下載不會(huì)產(chǎn)生太大的影響；3）與轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議相比，網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)議對(duì)于編碼性能的影響較?。?）在P2P網(wǎng)絡(luò)中，利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)可以提升網(wǎng)絡(luò)傳播的安全性能；5）利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，提升了P2P網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，這是由于網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)于均勻以及非均勻的鏈路都有較強(qiáng)的獲取更多多播容量的性能，并且隨著節(jié)點(diǎn)平均數(shù)的增加，網(wǎng)絡(luò)吞吐量?jī)?yōu)勢(shì)就越加明顯。

4 總結(jié)

本文對(duì)P2P內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)進(jìn)行了探討，分析了網(wǎng)絡(luò)編碼的工作原理，并對(duì)其在P2P網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在P2P內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中的工作進(jìn)行了探析。說(shuō)明了基于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的P2P內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)是具有較大的可行性的。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的發(fā)展，可以將這種技術(shù)集成到ShareStorm系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的量化，進(jìn)一步的提升P2P內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)的性能。

參考文獻(xiàn)

[1]雷迎春，程實(shí)，吳產(chǎn)樂(lè)，等.應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼的P2P內(nèi)容分發(fā)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2009，46（1）：108-109.endprint