一.理論基礎

本項目針對現有TCP協議在丟失率較高的網絡環境下所表現出的糟糕性能，提出基于網絡編碼的改造，以TCP-Vegas為基礎通過修改其源代碼（邏輯上在TCP層與IP層之間加入全新的網絡編碼層）實現在發送方對原始TCP報文段編碼，在接收方解碼，并針對網絡實時丟失率調整編碼報文段的發送冗余，以達到向TCP層掩蓋丟失的目的；同時加入處理器共享技術，該技術旨在用一個合適的初始速率來代替TCP的慢啟動過程。最終提高網絡吞吐量和可靠性，縮短數據流完成時間。

1.網絡編碼：

2000年，以香港中文大學信息工程系為主的研究人員針對通訊網絡的瓶頸問題，提出了網絡編碼理論，以網絡編碼器取代路由器，在網絡中傳輸包的線性組合，在接收端通過解碼恢復出原始數據包。

網絡編碼的概念可以通過蝴蝶拓撲圖來進行簡單的說明，如圖1-1所示：

圖1-1 網絡編碼的基本原理

假設上圖中每條路徑單位時間內只能傳輸1比特，則采用路由方式，UV鏈路會成為傳輸瓶頸，即只能傳輸a和b中的一個信息。若UV鏈路傳輸消息b，則信宿P能收到消息a和b，而信宿Q只能收到消息b；若UV鏈路傳輸消息a，則信宿Q能收到消息a和b，而信宿P只能收到消息a。兩者情況下，平均每個信宿節點的吞吐量為1.5比特。

同樣的條件下，若采用網絡編碼，即UV鏈路上傳輸的是消息a和b的編碼，則信宿P可以接受消息a且譯碼出消息b，信宿Q可以接受消息b且譯碼出消息a。這樣，平均每個信宿節點的吞吐量為2比特。

從中可以得出，網絡編碼可以達到多播網絡的最大容量，而路由卻可能達不到。

網絡編碼自誕生以來，得到了迅速的發展。短短幾年，發表了幾百篇學術論文，并對許多相關學科產生了深遠的影響，NC的理論研究范圍包括信息論及通信的幾乎每個領域，如隨機編碼，線性編碼，非線性編碼，靜態碼，群碼，卷積碼，Alphabet碼，算法協議，碼構建，有環網絡，鏈路失效及其網絡管理，無向網絡，分離理論，密碼學，錯誤檢測和糾錯碼，多信源編碼，Cost Criteria，多-單播編碼，非均勻需求，最大流/刮集界，關聯信源編碼，疊加編碼，網絡互連，路由尋找，無線及衛星網絡，Ad hoc網絡，傳感網絡，數據存儲及分布，矩陣理論，復雜性理論，圖論，隨機圖論，，多種物流（Multicommodity flow），游戲理論，矩陣胚理論（Matriod theory），信息論不等式，排隊論分析，樹裝箱（Tree Packing）率失真（rate-distortion）可逆網絡，多用戶信道，聯合網絡信道編碼，P2P網絡等。

國外多所著名大學如普林斯頓大學、麻省理工、瑞士EPFL 學院等和多家IT 公司的研究中心,包括微軟研究院、貝爾實驗室、AT &T 的香農信息實驗室等都在積極開展對網絡編碼理論和應用的研究。最近國內學者也開始研究網絡編碼，如清華大學、西安電子科大、電子科技大學、北京郵電大學、中國科學技術大學、復旦大學、上海大學等。

2.TCP協議：

傳輸控制協議（TCP）是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的運輸層（Transport layer）通信協議。在簡化的計算機網絡OSI模型中，它完成第四層傳輸層所指定的功能。

TCP使用端口號，提供進程到進程的通信，是一種面向流的協議（如圖1-2）。它把在每一個方向傳送的數據字節都進行編號。編號不一定從0開始，而是在之間產生一個隨機數作

圖1-2 流的傳輸

為第一個字節的號碼。當字節都被編上號后，TCP就給每一個報文段指派一個序號（該序號為報文段中第一個字節數據的編號，見圖1-3）。接收方接到報文后，要使用確認號對它已收到的字節進行確認，確認號是累計的，在數值上等于期望接收的下一個字節的編號。

圖1-3 報文段序號

在實際傳輸中，為了避免信道擁塞，我們完全可以只發送一個字節的數據，然后在發送下一個字節之前等待確認。但如果信源和信宿之間的距離很大，那么信源就要在等待確認時一直處于空閑狀態，信道吞吐率很低。為了完成流量控制，TCP使用滑動窗口協議。