网络编码是指，在网络中继节点处对网络信息流进行存储转发的基础上实行编码操作，从而提高网络吞吐量，节省网络带宽等。

　　在无线通信网中，网络编码作为关键技术之一，可以在一定程度上节省网络资源消耗，提高频谱资源利用率，并在有限的频谱资源中尽可能多地传输数据，增加信道的传输容量。同时无线网络自身一些不同于有线网络的传输特性，也使网络编码带来了新的效益，它可以改善网络性能，结构和协议。

　　目前，大多数方案都是基于随机线性网络编码，如何在多径衰落这种不利条件下，设计网络编码方案，使其在无线网络中同样有效是一个具有挑战性的问题。

　　很多国内外学者以及科研机构都致力于对网络编码的研究，从最初的网络信息流到分别与协作分集技术、MIMO技术相结合的现在。

　　本文通过从物理层角度对无线网络中网络编码与其他应用技术相联合进行分析，如将其与MIMO等相结合，充分利用冗余度，提高系统吞吐量，并根据未来网络的复杂环境阐述了其进一步的研究方向。

　　1、联合网络编码

　　随着研究的深入，网络编码的很多优点也逐渐体现出来，如能获得很好的网络吞吐量，均衡网络负载、提升带宽利用率等优势。同时在无线网络中应用网络编码也面临着许多问题，如果将网络编码与其它应用技术相结合，则更能大大提升该应用系统的相关性能。

　　1.1网络编码与信道编译码的联合

　　网络编码同信道的编译码技术相结合的核心思想就是利用网络编码的冗余信息协助信道编码，从而获得好的抗噪性能，达到最大的信道容量;

　　通过利用中继传输的冗余度来获得分集增。基于Turbo码和LDPC码的联合编码已经被广泛研究，并在多址中继信道、时分复用双向中继信道和BSC中与传统的网络编码方案进行了比较，充分显示了联合编码在能量消耗、信道容量、误码率等方面的优势，有效降低了编码复杂度以及由信道噪声带来的失真。

　　1.2网络编码与协作分集技术的联合

　　协作分集技术，即在多用户环境下，每个天线用户在发送自身信息时也为其协作伙伴发送信息，通过节点间的协作，形成虚拟天线系统，以获得较大的分集增益，克服无线信道衰落。

　　另外，在协作分集的基础上进行网络编码可以同时获得分集增益和网络编码增益。在协作传输过程中，通过在信源节点和终端节点放置中继可进一步提高数据传输速率，改善无线通信系统抗衰落性能，提高资源效率和系统容量。

　　协作网络编码是无线移动通信系统的研究热点之一，特别是基于物理层网络编码的无线协作通信系统，对于双信源、双信宿无线通信系统，假设信源SI和S都要将各自的信息广播到两个信宿dl和。

　　由于发射功率的限制，d将超出传输范围，将通过共享的中继来实现传输范围的扩大。在传统协作中继系统中由于要保证信号在正交信道上能够传输，完成这一过程需要4个时隙，而采用无线网络编码后，仅需要2个时隙。分别为：

　　（1）将信号广播至和；同时将其信号广播至R和；

　　（2）R对二者叠加信号进行物理层网络编码，并将编码后的信号广播至dl和d。由于d，在第1个时隙已经接收到St（S）广播的信息，因此，在第2个时隙结束时，d，可以从编码后的信号中提取到的信息。此方案充分利用了网络资源和分集技术，可获得相对较低的错误概率、中断概率，以及较高的编码增益。

　　因此，采用物理层网络编码的协作中继系统可以降低传输时间损耗，使数据在衰落信道中更好地传输。

　　1.3网络编码与MIMO技术的联合

　　MIMO技术利用在发射端和接收端均采用多天线、多通道来获得高分集增益以改善信道的多径衰落特性，以及提高系统容量、频谱利用率和数据传输速率;通常情况下，多径要引起衰落，致使数据包丢失。对于MIMO系统，多输入多输出技术通过利用空间分集来解决这一问题。

　　因为多人多出是针对多径无线信道来说的，传输信息流经过空时编码形成M个信息子流，filM个天线发射出去，经空间信道后由N个接收天线接收。在接收端通过检测译码，将接收到的符号矢量利用空时编码处理，并解码这些数据。

　　这两种技术的最终目的都是从接收到的符号矢量中恢复出原始信息，为了能够充分利用MIMO技术的分集特性和在传统网络编码中并没有利用到的冗余信息，将网络编码和MIMO技术相结合（MIMO—NC）。

　　最大程度的将收到的信息传递给译码器，降低丢包率，完成检测译码过程，获得高信噪比增益。MIMO—NC 方案的编码过程：由信源发出的信息，经过信道编码输出信息单元，这些由每个节点生成的信息单元被存入缓存器中，然后对其进行网络编码，产生编码包，并用Gabis~号表示，最后经过转换调制将相应波形通过无线信道传输出去。

　　译码过程：在接收端将收到的数据包进行信道估计，并从其头部提取出网络编码系数，如果头部损坏就丢弃；反之，则把所有数据包存在缓存器中，并更新网络估计矩阵。

　　为了在接收端正确获得信源的发送信息，节点存储器中至少要有等量的独立的原始数据包，这样才能解出编码方程D：GX，若少于要求数，则终端正确恢复原始信息的概率会很低。所以当能够进行译码时，节点开始检测接收到的数据包数目，同时确定中继节点数，最后通过软译码：案恢复出原始信息。

　　同样为了获得高分集增益，在编码阶段可以在发送端采取用两个网络编码器的方法，这样就有两个网络编码矩阵G1和G2，头部存储编码系数，并且编码相同的信息。

　　此时的编码增益会明显提高，但是以传输速率的降低为代价，而在译码过程中采用自适MIMO-NC技术，就是为了改善传输速率，降低错误概率，但同时复杂度有所增加。

　　在传统的网络编码中，每个数据包的解调过程和提取NC系数过程都是分开进行的，其在译码阶段仅用来成功地接收数据包，因此限制了从不同节点接收相同信息的优势。MIMO_NC会利用已破损的CP，将所有收到的信息传递给译码器，充分利用冗余信息，改善其性能。

　　2、进一步的研究方向

　　现在网络编码的研究已经走向多元化，实用化。在LTE—A中通过采用MIMO分集技术，来抑制多径衰落；改善信道特性，提高系统性能。

　　新一代无线通信网的网络架构是复杂的、多变的，其不仅体现在网络层次、基本构架方面，也体现在复杂的无线场景、传播环境和混合的无线小区结构上等。如何能在这样的环境下进一步满足提高系统的吞吐量、信道容量，降低误码率等要求，是目前的研究热点。因此在以后的研究过程中我们可以考虑以下几方面：

　　（1）网络编码是一种协作通信的模式口，与其他技术相结合可以优化网络的性能，在各种无线传播环境下，充分结合多输人多输出天线技术，研究对网络中数据流传输的影响。研究基于协作分集技术的物理层网络编码和信道编码的联合设计方案，以及基于网络编码的数据传输，研究低复杂度、低时延的网络编码算法。

　　（2）在实际无线通信网络中，信道往往是频率选择性衰落的，这种环境下MIMO网络编码的性能分析也是很值得研究的。除了理论研究MIMO网络编码技术外，还需要考虑实际的场景，以解决应用过程中遇到的各种问题，如编译码复杂度、延时问题对系统性能的影响问题，系统效率、编码效率和鲁棒性的提高问题等。

　　3、结语

　　网络编码技术在无线网络中起到了重要的作用，同时具有很广阔的应用前景。由于无线通信网中信道的固有特性，在物理层进行网络编码并结合一些相关的检测技术、纠错编码技术、MIMO技术，与传统的网络编码方式相比，能获得更好的系统性能。本文主要介绍了网络编码分别与协作分集技术和MIMO技术相联合的方案及研究进展，并提出了有待进一步研究的方向。

　　负载均衡设备也常被称为"四到七层交换机"，那么四层和七层两者到底区别在哪里？

　　第一，技术原理上的区别。

　　所谓四层负载均衡，也就是主要通过报文中的目标地址和端口，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。

　　以常见的TCP为例，负载均衡设备在接收到第一个来自客户端的SYN 请求时，即通过上述方式选择一个最佳的服务器，并对报文中目标IP地址进行修改(改为后端服务器IP)，直接转发给该服务器。

　　TCP的连接建立，即三次握手是客户端和服务器直接建立的，负载均衡设备只是起到一个类似路由器的转发动作。在某些部署情况下，为保证服务器回包可以正确返回给负载均衡设备，在转发报文的同时可能还会对报文原来的源地址进行修改。

　　所谓七层负载均衡，也称为“内容交换”，也就是主要通过报文中的真正有意义的应用层内容，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。

　　以常见的TCP为例，负载均衡设备如果要根据真正的应用层内容再选择服务器，只能先代理最终的服务器和客户端建立连接(三次握手)后，才可能接受到客户端发送的真正应用层内容的报文，然后再根据该报文中的特定字段，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。负载均衡设备在这种情况下，更类似于一个代理服务器。

　　负载均衡和前端的客户端以及后端的服务器会分别建立TCP连接。所以从这个技术原理上来看，七层负载均衡明显的对负载均衡设备的要求更高，处理七层的能力也必然会低于四层模式的部署方式。那么，为什么还需要七层负载均衡呢?

　　第二，应用场景的需求。

　　七层应用负载的好处，是使得整个网络更"智能化", 参考我们之前的另外一篇专门针对HTTP应用的优化的介绍 ，就可以基本上了解这种方式的优势所在。例如访问一个网站的用户流量，可以通过七层的方式，将对图片类的请求转发到特定的图片服务器并可以使用缓存技术;

　　将对文字类的请求可以转发到特定的文字服务器并可以使用压缩技术。这只是七层应用的一个小案例，从技术原理上，这种方式可以对客户端的请求和服务器的响应进行任意意义上的修改，极大的提升了应用系统在网络层的灵活性。很多在后台上部署的功能可以前移到负载均衡设备上，例如客户请求中的Header重写，服务器响应中的关键字过滤或者内容插入等功能。

　　另外一个常常被提到功能就是安全性。网络中最常见的SYN Flood攻击，即黑客控制众多源客户端，使用虚假IP地址对同一目标发送SYN攻击，通常这种攻击会大量发送SYN报文，耗尽服务器上的相关资源，以达到Denial of Service(DoS)的目的。

　　从技术原理上也可以看出，四层模式下这些SYN攻击都会被转发到后端的服务器上;而七层模式下这些SYN攻击自然在负载均衡设备上就截止，不会影响后台服务器的正常运营。

　　另外负载均衡设备可以在七层层面设定多种策略，过滤特定报文，例如SQL Injection等应用层面的特定攻击手段，从应用层面进一步提高系统整体安全。

　　现在的7层负载均衡，主要还是着重于应用广泛的HTTP协议，所以其应用范围主要是众多的网站或者内部信息平台等基于B/S开发的系统。 4层负载均衡则对应其他TCP应用，例如基于C/S开发的ERP等系统。

　　第三，七层应用需要考虑的问题。

　　1：是否真的必要，七层应用的确可以提高流量智能化，同时必不可免的带来设备配置复杂，负载均衡压力增高以及故障排查上的复杂性等问题。在设计系统时需要考虑四层七层同时应用的混杂情况。

　　2：是否真的可以提高安全性。

　　例如SYN Flood攻击，七层模式的确将这些流量从服务器屏蔽，但负载均衡设备本身要有强大的抗DDoS能力，否则即使服务器正常而作为中枢调度的负载均衡设备故障也会导致整个应用的崩溃。

　　3：是否有足够的灵活度。

　　七层应用的优势是可以让整个应用的流量智能化，但是负载均衡设备需要提供完善的七层功能，满足客户根据不同情况的基于应用的调度。

　　最简单的一个考核就是能否取代后台Nginx或者Apache等服务器上的调度功能。能够提供一个七层应用开发接口的负载均衡设备，可以让客户根据需求任意设定功能，才真正有可能提供强大的灵活性和智能性。

　　尽管在概念上并没有一个完全统一的定义，但是“云计算”绿色节能、灵活快速、按需扩展的服务方式早已深入人心，并成为近几年最热门的IT话题。

　　对于企业来说，IT系统是为了支撑业务发展而存在的，在当今瞬息万变的业务环境中，企业IT系统通常必须快速调整以促进业务发展。云计算的实施可以支持IT系统更快速地应对业务的变化与发展，并根据新的业务需求快速实施新的业务流程。

　　在架构方面，云计算把底层的计算资源集中，搭建成一个基础设备资源池，并以一种灵活的多租户方式提供给用户，在缩短部署周期的同时大大提升系统的利用率和成本效益。作为上层应用的支撑，资源池往往是云服务运行的保证和基础，也将直接影响到云计算服务的质量，可以说，企业要部署云计算，选择合适云计算平台架构来构建资源池无疑是关键的第一步。

　　此外，云计算基础架构的实施也不是一个简单的软硬件集成项目，而是企业IT战略和交付方式的改变，因此在实施云计算之前，对云计算平台进行谨慎评估，进行整体的规划将显得尤为重要，因为只有这样才能避免走弯路，进而充分享受到云计算带来的好处。

　　值得注意的是，目前云计算市场还处于发展的初期，大量的企业都没有足够的经验和方法来自行构建云计算。作为一个新兴的市场，企业究竟该如何确立云计算整体战略，并选择云计算架构？IDC最新调研报告《中国云计算基础架构建设指南》正试图解开这一系列疑惑，这一项最新报告主要基于针对中国云计算实施用户的调研，并结合了国外先进经验，旨在分析中国企业对云计算的需求，为建设云计算平台提供参考建议。

　　云计算基础架构市场逐年激增

　　IDC指出，在用户需求的推动下，中国云计算市场在过去几年中有了大幅发展，尤其是对云计算基础架构的投资更是发展迅速，国内大中型企业对于建设云计算基础架构的兴趣越来越大。过去几年中，各企业数据中心已经越来越多的采用虚拟化技术和自动化管理软件，并逐步向云计算基础架构过渡。

　　通过对中国云计算市场的研究数据显示，2011年中国用户建设私有云计算基础架构的投资已经达到2.86亿美元，同比增长42.0%。同时，IDC预计，中国私有云计算基础架构市场还将保持高速发展，到2016年，其规模将超过10亿美元。同时，公共云计算运营商在基础架构方面的投资也将在5年内由3.20亿美元增长到8.57亿美元，中国云计算基础架构市场的总体规模将在2016年超过20亿美元。从以上的数据来看，不管是私有云还是公有云，未来一年中国基础架构市场都将迎来快速膨胀的趋势。

　　云计算平台架构设计原则

　　毫无疑问，构建云计算的起步便是着手建设云计算基础架构，明确建设云计算基础架构平台应用需求后，在云计算建设的整个过程中，都需要采用特定的技术进行支持，遵循一些基本的原则来设计硬件平台，使其真正达到弹性、灵活和高可靠性的目标。

　　如果的磁盘阵列。

　　首先，由于云计算平台往往会运行不只一个甚至不只一类应用，因此选择适用的设备是非常必要的。例如在运行基于互联网或者小型增值应用时，通常采用开放的x86服务器架构会具有较好的适用性，但是如果需要运行某些复杂应用，如数据库、在线联机处理应用时，对稳定性和安全性的要求往往较高，这种情况下采用Unix服务器是更适用的选择。遵循这一原则，将帮助云计算平台实现计算能力和计算资源的优化。从存储产品的角度来看，对于复杂的应用来说，选择基于光纤的SAN存储方式是一种很好的选择，但对于相对比较独立、复杂程度不高的应用来说，SCSI会具有更强的适用性。因此，适用性对于搭建一个成功的云计算平台来说是首要的原则。

　　其次，开放性是云计算平台区别于传统数据中心的一个重要特征，即为其对于应用的开放性。比如在云计算平台运行中，可能会陆续有不同类型应用、服务接入，尽管在接口类型等方面有具体的标准来规范，但是采用相对主流、开放的硬件架构、操作系统，对于新增应用的无缝接入是尤为必要的。

　　在兼容性方面，应从硬件系统和业务系统两个方面来考虑。硬件系统的兼容性表现在服务器接口、芯片种类、存储接口和架构等各个方面。例如，由于云计算通常都会采用虚拟化技术来实现动态的管理，并提高服务器和存储利用率，但是CPU对于虚拟化技术的支持是有差别的，这时，就需要选择对于主流虚拟化软件兼容性较好的服务器和CPU来支持虚拟化的部署。同样，在网络设备中，如果要实现虚拟机跨网段的自由迁移，也需要路由器能够对这一功能具有很好的支持和兼容性。同时云计算平台应兼容既有的业务系统，在系统迁移中对原有系统不需要进行大的改动，实现平滑迁移，从而保证关键业务的连续性和系统迁移成本。

　　空间日益稀缺成为数据中心面临的普遍困境，在选择云计算平台的硬件时，需要考虑环境和空间的布置。传统的服务器，需要占用大量的机架、空间，消耗大量的电缆和辅助材料。另外，空间的占用也会带来管理的困难，增加维护成本。为了营造一个高效的云计算平台，需要在硬件搭建时就考虑提高部署的密度，采用高密度计算系统就是一个不错的解决方案。

　　绿色是数据中心永恒的话题，对于云计算平台来说，实现绿色IT也是一个重要的构建原则。不佳的平台将会消耗更多的服务器、存储、网络设备，从而增加提供冷却的空调数量，消耗大量的电能。其实这些电能消耗对于云计算平台来说，是完全可以通过优化设计来避免的。除了选择能耗较低的硬件产品外，在供电系统、风道、出风方式、硬件格局、运营管理等方面，也需要进行合理规划和管理。

　　综上，随着大规模云计算数据中心的快速发展，后期扩容以及维护的难度与日激增，在设计云计算平台架构之初，充分考虑适用、开放、兼容、高密度、绿色特性已经成为共识。

　　云计算平台架构的选择

　　作为一个整体化系统，云计算硬件平台必然将涉及服务器（包括x86架构服务器和Unix服务器）、外置存储设备、网络设备、安全产品等。这时，企业已积累了多种工作负载与应用程序，包括企业核心的关键应用和大量的边缘应用，包括计算与IO密集型的数据库类业务和大量的协作类业务。这种复杂的业务使企业的IT环境成为了一个混合环境，小型机、x86服务器、高中低端类型的设备都担负着不同的工作。

　　在云计算环境中，其底层硬件也不可能清一色的为小型机或者x86体系架构，根据应用负载来选择合适的硬件平台不仅能增加IT基础架构的灵活性，还能有效降低成本。而且，企业在选择云计算架构时，更希望未来的平台能够和现有的基础架构相兼容，并能从现有的架构上平滑过渡，缩短实施周期的同时保护企业投资。

　　对整体架构和硬件平台的选择是和企业自身情况以及平台上运行的工作负载息息相关的。就目前云计算构建的实例来看，中国的企业往往带有很强的行业属性，在互联网行业，因为具备一定的技术实力、IT资产生命周期短、核心业务对实时性和可靠性、安全性（RAS）等要求不高等特点，互联网行业的云计算平台多选择分布式x86架构。

　　在大型企业的云计算平台构建中，国内金融、电信等行业近年来的IT系统整合普遍采用集中式的IT架构，此外，银行对核心业务系统对可靠性的要求高达99.9999%，就需要大型主机平台的支撑。实际上x86服务器、Unix服务器以及大型机都可以成为云计算平台的基础设备。

　　综上，在具体实现方式和技术选型上并没有某一种方式或者某一种技术平台是最好的。对于用户来讲，能够满足自己的需求、适合自己的业务特点的云计算架构就是最好的，成熟的云计算平台应是一个开放的、异构的、支持各种不同业务特征的支撑平台。

　　小结

　　可以预见，在建设云计算平台时，企业遇到的情况必然是非常复杂的，因为不同企业的IT环境以及应用模式千差万别，不管是完全采购全新的平台设备，还是对原有系统进行整合，都必须以应用为出发点，只有这样才能将广泛存在的异构环境整合为一个完整、灵活的平台，并实现对资源池的统一管理。