“network coding”的意思、由来-中文百科全书

简介

Network Coding中文译名为网络编码，是2000年Ahlswede等人在IEEE Transactions on Information Theory上发表的论文《Network Information Flow》最先提出来的。Network Coding主要用于多播网络中，在节点进行编码以提高信息传输速率。按传统方案，节点一般是使用“存储-转发”机制的路由器，由于传统观点认为“在中间节点上对数据进行加工不会带来收益”，所以路由器不对信息本身进行处理。网络编码则在节点上对数据进行处理，从而提高了信息的传输率。

用编码器取代传统的路由器，发送的是有关信息的证据而不是信息本身，到达接收端后，信息被重新组装。对于多播网络，一个源给多个接收者发送信息，为了达到最大流量，提高网络资源的利用率，有必要在节点上对信息进行编码。

如右图，考虑一个源（Source）要同时传送A，B两条信息给两个接收者（Receivers），如果使用传统的路由器，中间一条链路同一时间只能传送A或者B，所以，在一个单位时间内，只有一个Receiver能拿到完整的A和B，另一个接收者只能再等下一个单位时间。

若采用图中的方法，在中间第一个节点里，收到A和B后，先求A⊕B（异或），由于A和B具有相同的长度，则，A⊕B后，长度与A或者B长度相同，所以，发送A+B只需要一个单位时间。所以，两个Receiver可以同时拿到A，A⊕B，或者B，A⊕B，然后，求A⊕（A⊕B），即可得到B，求B⊕（A⊕B）得到A，相当于两个Receivers同时拿到了A和B。

这样一来，通信容量达到了原带宽的两倍了！

主要创始人

1. Rudolf Ahlswede

Prof. Rudolf Ahlswede, 男，1938年出生于德国，德国University of Bielefeld大学教授.

1966年获德国哥廷根大学(Göttingen，导师是Konrad Jacobs)数学博士学位（Dr.rer.nat. degree in mathematics from the University of Gottingen, Germany, in 1966. ), 论文标题为"Contributions to the Shannon information theory in case of non-stationary channels"(对于数学专业来说，这样的选择十分大胆）；

1967年美国美国俄亥俄州立大学数学系（the faculty of the Department of Mathematics, Ohio State University, Columbus）1972年获教授,1970-1971，1974-1975年分别担任过康奈大学（Cornell University, Ithaca, NY）、德国海德堡大学（the University of Heidelberg, Heidelberg, Germany）、意大利国家娣阿尔塔数学研究所（the Instituto Nazionale di Alta Mathematica, Rome, Italy）、斯坦福大学（Stanford University, Stanford, CA）、和中国的南开大学（Nankai University, Tianjin, China.）等大学和研究机构的访问学者或客座教授。

现任德国比勒费尔德大学(the University of Bielefeld, Bielefeld, Germany)教授. 研究方向包括:信息论（information theory）, 组合数学（combinatorics）,，概率论（probability theory）,数理统计（statistics）, 和数论（number theory）等.

1977年，加入德国University of Bielefeld大学任教授（2004年后不再招生），培养博士生30多人，其中有很多是国际知名的信息论、编码学方面的专家；

1988年，Prof. Rudolf Ahlswede与Imre Csiszar合作的论文（in the area of the hypothesis testing）获IEEE Information Theory Society最佳论文奖；1990年，Prof. Rudolf Ahlswede与Gunter Dueck（是Ahlswede1977年招收的研究生）合作的论文（a new theory of message identification）再次获奖，他成为了为数极少的两次获此奖项的学者。

2006年，Prof. Rudolf Ahlswede获得了由the IEEE information Theory Society颁发的Claude Elwood Shannon Award（克劳德?艾尔伍德?香农奖），是当时获此奖项的仅有的五位非美国人之一。

2. Ning Cai

蔡宁 Ning Cai

男，博士，博导，西安电子科技大学通信工程学院教授.

1947年10月出生，1986年就读于德国比勒费尔德大学(the University of Bielefeld, Bielefeld, Germany)师从信息论领域国际最著名的学者之一Alhswede教授，并于1988年获得数学博士学位。之后，在德国从事信息论和组合数学领域的研究工作达17年，其间曾应邀先后到在香港中文大学、新加坡国立大学等高校作访问学者，并进行学术访问。编辑出版专著1部，在国外学术杂志和国际会议上发表论文50余篇，其中有17篇发表在IEEE Trans. Information Theory上。2000年，蔡宁教授在与他人合作的论文中首次提出了网络编码的理论，彻底推翻了传统网络理论中认为的中间节点所进行的数据处理对数据传输过程本身不会带来任何好处的结论。目前该理论已得到了学术界的广泛认可和响应。合作论文“Linear Network Coding”荣获2005年IEEE Information Theory 协会最佳论文奖。2006年8月受聘担任西安电子科技大学通信工程学院特聘教授及博士生导师。

3. Shuo-Yen Robert Li

李硕彦Shuo-Yen Robert Li （有时也写为Bob Li）

理学士（台大BS (Nat'l Taiwan U.)）；PhD (University of California, Berkeley, 06/1974); FHKIE; FIEEE; 香港中文大学讯息工程学讲座教授〔联合书院〕2008.05-今：西安电子科技大学名誉教授；

2008-2012：教育部 “111学术大师；

2008.1-2011.12：台湾国立清华大学荣誉讲座教授；

2006-2009：北京大学深圳研究生院讲座教授；

2005-2008：北京邮电大学客座教授（Advisory Professor, Beijing University of Posts and Telecommunications (BUPT )）

右图中：王煜教授（后排左）、王钧教授（后排右）、李硕彦教授（前排左）及张元亭教授（前排右）。

他们是Centre for Innovation and Technology(CINTEC)的重要研究员!

4. Raymond W. Yeung

杨伟豪教授于1984年毕业于美国康乃尔大学，主修电机工程学，并留校进修，分别于1985及1988年获得硕士及博士学位。之后他曾在AT&T贝尔实验所工作三年。他于1991年加入香港中文大学，现时是香港中文大学讯息工程学讲座教授及互联网工程学课程的课程主任。杨教授于2002年出版《A First Course in Information Theory》一书，该书已为美国著名学府如哥伦比亚、康乃尔、麻省理工、斯坦福等所采用，是信息理论的重要教材。他的主要研究为信息理论及网络编码。

杨教授曾于1999-2001年出任IEEE信息理论学会常务理事，亦曾任多个信息理论研讨会的委员，现为数份国际期刊编辑委员会成员。他曾获得2000/01年度裘槎基金会的最优秀科研学者奖、2004 International Conference on Communications, Circuits and System最优秀通信理论论文奖，以及2005年IEEE电机及电子工程师学会信息理论学会论文奖。他是IEEE院士及香港工程师学会院士。

主要研究文献

[1] R. Ahlswede, N. Cai, S.-Y. R. Li and R. W. Yeung, “Network information flow,” IEEE Trans. on Information Theory, vol. 46, pp. 1204-1216, 2000.

[2]R. Koetter, M. Médard, “Beyond Routing: An Algebraic Approach to Network Coding”, INFOCOM, 2002.

[3]S.-Y. R. Li, R. W. Yeung, and N. Cai. “Linear network coding”. IEEE Transactions on Information Theory , February, 2003.

[4] R. Koetter, M. Medard, “An Algebraic Approach to Network Coding”, Transactions on Networking, October 2003

[5] T. Ho, M. Medard, R. Koetter, “A coding view of network recovery and managment for single receiver communication”, CISS 2002 PDF

[6] Ning Cai and Raymond W. Yeung, “Network Coding and Error Correction”, ITW2002 Bangalore

[7] Ning Cai and Raymond. W. Yeung, “Secure Network Coding,” ISIT 2002.

[8] S. Katti, D. Katabi, Wenjun Hu, and Rahul Hariharan . “The Importance of Being Opportunistic: Practical Network Coding For Wireless Environments”, In Proc. 43rd Allerton Conference on Communication, Control, and Computing, Monticello, IL, Sep. 2005.

[9] 熊志强黄佳庆无线网络编码综述计算机科学 2007

[10]杨义先网络编码理论与技术国防工业出版社 2009.8

[11] Shuo-Yen Robert Li,Guangyue Han and Yixian Yang, PRIME FACTORIZATION THEORY OF NETWORKS. National Defense Industry Press, 2011.7

相关研究情况

网络编码彻底改变了通信网络中信息处理和传输的方式，是信息理论研究领域的重大突破，已经引起学术界广泛关注和高度重视。国外许多著名大学和研究机构都在积极开展对网络编码理论和应用的研究。与此同时，网络编码也逐渐引起了国内学术界的关注和重视。网络编码的一个研究重点是网络编码的构造方式。当前主要有两种方式：一种是网络编码的代数构造方式；另一种是实现网络编码的多项式时间算法。前者是在已知整个网络拓扑信息的情况下，用一个系统转移矩阵来描述信源输入信息和信宿接收信息之间的关系，并通过构造符合要求的系统转移矩阵来实现网络编码；后者进一步简化了网络编码的构造，它也是在已知拓扑的情况下，首先通过最大流-最小割算法找到完成组播所需的路径集合，然后在找出的这个子图中自上而下地确定各节点所需进行的操作，从而可以将网络编码构造的复杂度从指数级降低到多项式级。这两种方法都要求已知网络拓扑信息，但也可以采用不需网络拓扑信息的分布式网络编码和随机网络编码。分布式网络编码的实现是通过在网络中传输的每个数据报上预先留出一些位置，以记载此数据包在前面各编码节点上所采取的操作，然后接收节点可以根据收到的数据包直接译出信源所发送的信息。这种方法可以在不知网络拓扑信息的情况下实现网络编码，但会增加网络负载。对于随机网络编码，中间编码节点对接收到的信息会在一个有限域内随机选择一个元素作为组合的系数。研究表明，只要有限域足够大，随机网络编码的成功率就很高。

此外，关于无线网络中网络编码的研究正在成为一个新的研究热点。由于无线网络自身的一些独特特性，网络编码应用于无线网络可以提高网络的传输容量和降低能耗等。另外，网络编码可以与其他技术相结合：如网络编码和纠错码的结合、网络编码和路由协议及调度算法的结合、网络编码和协同通信以及网络编码和加密机制的结合等等。

尽管学术界已经对网络编码理论和应用进行了广泛的研究，并从理论模型上证实了运用网络编码能提升网络的性能，但验证的步骤或模拟的环境大多基于若干假设或理想化的模型，与实际的应用环境还有一定的差距，由此得出的某些结论尚存局限性。此外，研究过程大多基于理论上定性的分析，缺乏定量的研究。因此，将网络编码应用于实际，构建基于网络编码的实用系统，还有待更严格、更深入、更广泛的研究与实践。

发展历史

(待详)

国内主要研究情况和进展

国内关于Network Coding的研究，主要集中在北京大学深圳研究生院，西安电子科技大学，复旦大学，华中科技大学，中南大学，南京理工大学，北京邮电大学，清华大学，南京大学，哈尔滨工业大学等高校。（待详）

词条	network coding
释义	简介主要创始人(1. Rudolf Ahlswede 2. Ning Cai 3. Shuo-Yen Robert Li 4. Raymond W. Yeung) 主要研究文献相关研究情况发展历史相关学术会议(The IEEE International Symposium 中国电子学会信息论分会主办其它会议) 国内主要研究情况和进展简介 Network Coding中文译名为网络编码，是2000年Ahlswede等人在IEEE Transactions on Information Theory上发表的论文《Network Information Flow》最先提出来的。Network Coding主要用于多播网络中，在节点进行编码以提高信息传输速率。按传统方案，节点一般是使用“存储-转发”机制的路由器，由于传统观点认为“在中间节点上对数据进行加工不会带来收益”，所以路由器不对信息本身进行处理。网络编码则在节点上对数据进行处理，从而提高了信息的传输率。用编码器取代传统的路由器，发送的是有关信息的证据而不是信息本身，到达接收端后，信息被重新组装。对于多播网络，一个源给多个接收者发送信息，为了达到最大流量，提高网络资源的利用率，有必要在节点上对信息进行编码。如右图，考虑一个源（Source）要同时传送A，B两条信息给两个接收者（Receivers），如果使用传统的路由器，中间一条链路同一时间只能传送A或者B，所以，在一个单位时间内，只有一个Receiver能拿到完整的A和B，另一个接收者只能再等下一个单位时间。若采用图中的方法，在中间第一个节点里，收到A和B后，先求A⊕B（异或），由于A和B具有相同的长度，则，A⊕B后，长度与A或者B长度相同，所以，发送A+B只需要一个单位时间。所以，两个Receiver可以同时拿到A，A⊕B，或者B，A⊕B，然后，求A⊕（A⊕B），即可得到B，求B⊕（A⊕B）得到A，相当于两个Receivers同时拿到了A和B。这样一来，通信容量达到了原带宽的两倍了！主要创始人 1. Rudolf Ahlswede Prof. Rudolf Ahlswede, 男，1938年出生于德国，德国University of Bielefeld大学教授. 1966年获德国哥廷根大学(Göttingen，导师是Konrad Jacobs)数学博士学位（Dr.rer.nat. degree in mathematics from the University of Gottingen, Germany, in 1966. ), 论文标题为"Contributions to the Shannon information theory in case of non-stationary channels"(对于数学专业来说，这样的选择十分大胆）； 1967年美国美国俄亥俄州立大学数学系（the faculty of the Department of Mathematics, Ohio State University, Columbus）1972年获教授,1970-1971，1974-1975年分别担任过康奈大学（Cornell University, Ithaca, NY）、德国海德堡大学（the University of Heidelberg, Heidelberg, Germany）、意大利国家娣阿尔塔数学研究所（the Instituto Nazionale di Alta Mathematica, Rome, Italy）、斯坦福大学（Stanford University, Stanford, CA）、和中国的南开大学（Nankai University, Tianjin, China.）等大学和研究机构的访问学者或客座教授。现任德国比勒费尔德大学(the University of Bielefeld, Bielefeld, Germany)教授. 研究方向包括:信息论（information theory）, 组合数学（combinatorics）,，概率论（probability theory）,数理统计（statistics）, 和数论（number theory）等. 1977年，加入德国University of Bielefeld大学任教授（2004年后不再招生），培养博士生30多人，其中有很多是国际知名的信息论、编码学方面的专家； 1988年，Prof. Rudolf Ahlswede与Imre Csiszar合作的论文（in the area of the hypothesis testing）获IEEE Information Theory Society最佳论文奖；1990年，Prof. Rudolf Ahlswede与Gunter Dueck（是Ahlswede1977年招收的研究生）合作的论文（a new theory of message identification）再次获奖，他成为了为数极少的两次获此奖项的学者。 2006年，Prof. Rudolf Ahlswede获得了由the IEEE information Theory Society颁发的Claude Elwood Shannon Award（克劳德?艾尔伍德?香农奖），是当时获此奖项的仅有的五位非美国人之一。 2. Ning Cai 蔡宁 Ning Cai 男，博士，博导，西安电子科技大学通信工程学院教授. 1947年10月出生，1986年就读于德国比勒费尔德大学(the University of Bielefeld, Bielefeld, Germany)师从信息论领域国际最著名的学者之一Alhswede教授，并于1988年获得数学博士学位。之后，在德国从事信息论和组合数学领域的研究工作达17年，其间曾应邀先后到在香港中文大学、新加坡国立大学等高校作访问学者，并进行学术访问。编辑出版专著1部，在国外学术杂志和国际会议上发表论文50余篇，其中有17篇发表在IEEE Trans. Information Theory上。2000年，蔡宁教授在与他人合作的论文中首次提出了网络编码的理论，彻底推翻了传统网络理论中认为的中间节点所进行的数据处理对数据传输过程本身不会带来任何好处的结论。目前该理论已得到了学术界的广泛认可和响应。合作论文“Linear Network Coding”荣获2005年IEEE Information Theory 协会最佳论文奖。2006年8月受聘担任西安电子科技大学通信工程学院特聘教授及博士生导师。 3. Shuo-Yen Robert Li 李硕彦Shuo-Yen Robert Li （有时也写为Bob Li）理学士（台大BS (Nat'l Taiwan U.)）；PhD (University of California, Berkeley, 06/1974); FHKIE; FIEEE; 香港中文大学讯息工程学讲座教授〔联合书院〕2008.05-今：西安电子科技大学名誉教授； 2008-2012：教育部 “111学术大师； 2008.1-2011.12：台湾国立清华大学荣誉讲座教授； 2006-2009：北京大学深圳研究生院讲座教授； 2005-2008：北京邮电大学客座教授（Advisory Professor, Beijing University of Posts and Telecommunications (BUPT )）右图中：王煜教授（后排左）、王钧教授（后排右）、李硕彦教授（前排左）及张元亭教授（前排右）。他们是Centre for Innovation and Technology(CINTEC)的重要研究员! 4. Raymond W. Yeung 杨伟豪教授于1984年毕业于美国康乃尔大学，主修电机工程学，并留校进修，分别于1985及1988年获得硕士及博士学位。之后他曾在AT&T贝尔实验所工作三年。他于1991年加入香港中文大学，现时是香港中文大学讯息工程学讲座教授及互联网工程学课程的课程主任。杨教授于2002年出版《A First Course in Information Theory》一书，该书已为美国著名学府如哥伦比亚、康乃尔、麻省理工、斯坦福等所采用，是信息理论的重要教材。他的主要研究为信息理论及网络编码。杨教授曾于1999-2001年出任IEEE信息理论学会常务理事，亦曾任多个信息理论研讨会的委员，现为数份国际期刊编辑委员会成员。他曾获得2000/01年度裘槎基金会的最优秀科研学者奖、2004 International Conference on Communications, Circuits and System最优秀通信理论论文奖，以及2005年IEEE电机及电子工程师学会信息理论学会论文奖。他是IEEE院士及香港工程师学会院士。主要研究文献 [1] R. Ahlswede, N. Cai, S.-Y. R. Li and R. W. Yeung, “Network information flow,” IEEE Trans. on Information Theory, vol. 46, pp. 1204-1216, 2000. [2]R. Koetter, M. Médard, “Beyond Routing: An Algebraic Approach to Network Coding”, INFOCOM, 2002. [3]S.-Y. R. Li, R. W. Yeung, and N. Cai. “Linear network coding”. IEEE Transactions on Information Theory , February, 2003. [4] R. Koetter, M. Medard, “An Algebraic Approach to Network Coding”, Transactions on Networking, October 2003 [5] T. Ho, M. Medard, R. Koetter, “A coding view of network recovery and managment for single receiver communication”, CISS 2002 PDF [6] Ning Cai and Raymond W. Yeung, “Network Coding and Error Correction”, ITW2002 Bangalore [7] Ning Cai and Raymond. W. Yeung, “Secure Network Coding,” ISIT 2002. [8] S. Katti, D. Katabi, Wenjun Hu, and Rahul Hariharan . “The Importance of Being Opportunistic: Practical Network Coding For Wireless Environments”, In Proc. 43rd Allerton Conference on Communication, Control, and Computing, Monticello, IL, Sep. 2005. [9] 熊志强黄佳庆无线网络编码综述计算机科学 2007 [10]杨义先网络编码理论与技术国防工业出版社 2009.8 [11] Shuo-Yen Robert Li,Guangyue Han and Yixian Yang, PRIME FACTORIZATION THEORY OF NETWORKS. National Defense Industry Press, 2011.7 相关研究情况网络编码彻底改变了通信网络中信息处理和传输的方式，是信息理论研究领域的重大突破，已经引起学术界广泛关注和高度重视。国外许多著名大学和研究机构都在积极开展对网络编码理论和应用的研究。与此同时，网络编码也逐渐引起了国内学术界的关注和重视。网络编码的一个研究重点是网络编码的构造方式。当前主要有两种方式：一种是网络编码的代数构造方式；另一种是实现网络编码的多项式时间算法。前者是在已知整个网络拓扑信息的情况下，用一个系统转移矩阵来描述信源输入信息和信宿接收信息之间的关系，并通过构造符合要求的系统转移矩阵来实现网络编码；后者进一步简化了网络编码的构造，它也是在已知拓扑的情况下，首先通过最大流-最小割算法找到完成组播所需的路径集合，然后在找出的这个子图中自上而下地确定各节点所需进行的操作，从而可以将网络编码构造的复杂度从指数级降低到多项式级。这两种方法都要求已知网络拓扑信息，但也可以采用不需网络拓扑信息的分布式网络编码和随机网络编码。分布式网络编码的实现是通过在网络中传输的每个数据报上预先留出一些位置，以记载此数据包在前面各编码节点上所采取的操作，然后接收节点可以根据收到的数据包直接译出信源所发送的信息。这种方法可以在不知网络拓扑信息的情况下实现网络编码，但会增加网络负载。对于随机网络编码，中间编码节点对接收到的信息会在一个有限域内随机选择一个元素作为组合的系数。研究表明，只要有限域足够大，随机网络编码的成功率就很高。此外，关于无线网络中网络编码的研究正在成为一个新的研究热点。由于无线网络自身的一些独特特性，网络编码应用于无线网络可以提高网络的传输容量和降低能耗等。另外，网络编码可以与其他技术相结合：如网络编码和纠错码的结合、网络编码和路由协议及调度算法的结合、网络编码和协同通信以及网络编码和加密机制的结合等等。尽管学术界已经对网络编码理论和应用进行了广泛的研究，并从理论模型上证实了运用网络编码能提升网络的性能，但验证的步骤或模拟的环境大多基于若干假设或理想化的模型，与实际的应用环境还有一定的差距，由此得出的某些结论尚存局限性。此外，研究过程大多基于理论上定性的分析，缺乏定量的研究。因此，将网络编码应用于实际，构建基于网络编码的实用系统，还有待更严格、更深入、更广泛的研究与实践。发展历史 (待详) 相关学术会议 The IEEE International Symposium The IEEE International Symposium on Network Coding, 一年一次 2005：April 7, 2005, Riva del Garda, Italy. 2006：Boston, USA. 2007：Monday, January 29, 2007, San Diego, California 2008：The Chinese University of Hong Kong. 2009：Monday, June 15, 2009 to Tuesday, June 16, 2009 at the Ecole Polytechnic Federale Lausanne (EPFL), in Lausanne, Switzerland. 2010： Toronto, Canada, June 9 — 11, 2010. 2011：beijing university of posts and telecommunications（BUPT）, July 25th to 27th, 2011 in Beijing, China. 中国电子学会信息论分会主办 1. 第十五届信息论学术年会暨全国首届网络编码学术研讨会：2008年7月29日至30日在青岛, 青岛科技大学； 2. 全国第二届网络编码学术研讨会学术研讨会，与2009年中国高校通信类院系学术研讨会合并举行广西大学，计算机与电子信息学院承办。 2009年9月。 3. 第三届网络编码学术研讨会学术研讨会，西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室、现代无线信息网络基础理论与技术学科“111”创新引智基地和计算机网络与信息安全教育部重点实验室联合承办。2010年10月16日-10月17日。其它会议 1. 信息安全与网络编码研讨会（HWISNC2009），黑龙江省计算机学会主办、哈尔滨工程大学计算机学院承办，2009-8-4. 2. 国内主要研究情况和进展国内关于Network Coding的研究，主要集中在北京大学深圳研究生院，西安电子科技大学，复旦大学，华中科技大学，中南大学，南京理工大学，北京邮电大学，清华大学，南京大学，哈尔滨工业大学等高校。（待详）
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