网络编码基础与应用

本书由10位作者撰写而成，集各家之所长于一体，从多个角度对网络编码技术进行了深入的讲解，包括对网络编码在无线网络、对等网络、数据压缩、LTE网络、MANET、容错网络、保密与可靠通信网络、协同传输网络等场景中的研究与分析。
本书对于想要掌握该领域的基础知识并了解该技术的应用的网络专业人员来说是一个理想的选择。对于想要进行网络编码研究的研究生来说，本书也具有重要价值。本书可以作为重点在于网络编码或优选编码技术的课程的教科书或参考书。

前言
致谢
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push49
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