与经典信道相关的网络编码

传统的通信网络传送数据的方式是存储转发，即除了数据的发送节点和接收节点以外的节点只负责路由，而不对数据内容做任何处理，中间节点扮演着转发器的角色。长期以来，人们普遍认为在中间节点上对传输的数据进行加工不会有任何收益，然而R Ahlswede等人[1]于2000年提出的网络编码理论彻底推翻了这种传统观点。

网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给下游节点，中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。根据图论中的最大流-最小割定理[2]，数据的发送方和接收方通信的最大速率不能超过双方之间的最大流值(或最小割值)，如果采用传统多播路由的方法，一般不能达到该上界。R Ahlswede等人以蝴蝶网络的研究为例，指出通过网络编码，可以达到多播路由传输的最大流界，提高了信息的传输效率，从而奠定了网络编码在现代网络通信研究领域的重要地位。

在网络编码研究中，如何保证信息在通信网络中可靠、安全地传输是一项重要课题。

首先，信息的可靠传输是网络编码研究的主要目标，即接收方能够准确收到发送方传输的消息。但是，信息在网络信道上的传输一般会受到信道噪声的干扰。因此，如何将经典的信道编码理论扩展到网络环境中，并极大限度地控制接收方的译码差错概率就显得尤为重要。

同时还需要考虑中间节点的编码效率，即如何合理设计网络-信道编码方案以提高传输效率。

其次，信息传输的过程中可能遭到窃听，导致通信双方的隐私泄露。所以，在保障可靠传输的基础上，还需要考虑如何利用网络编码来保护消息传输的安全。

作者：骆源 庄卓俊   来源：通信世界网