文档介绍：2009 Open Hardware 硬件设计大赛参赛项目
基于网络编码的多信源组播通信系统
——设计方案
项目成员:张明龙、李亦宁、尘福兴
指导老师:李挥、武丹
顾问:李硕彦 Shuo-Yen Robert Li, IEEE Fellow, CUHK
北京大学深圳研究生院
二〇一〇年六月
2009 Open Hardware 基于网络编码的多信源组播通信系统——设计方案
摘要
网络编码改变了传统网络节点上路由器交换和交换机对信息流
“存储—转发”的模式,提出网络路由交换节点对输入的信息流编码
后再发送,并在接收器上进行解码,从而还原信息。随着网络编码理
论的日益发展和完善,其应用的研究也越来越受到重视。
本文首先介绍网络编码理论的基本概念,回顾了近年来网络编码
的研究动态。接着指出研究多信源网络编码的重要性和必要性,以
NetFPGA 为开发平台,提出基于网络编码的多信源通信系统的整体设
计方案。在方案中重点介绍了系统所采用的编解码策略——随机线性
网络编码(Random work Coding)和简化的高斯消元法,
同时介绍了系统的软硬件接口和软件作用。最后详细说明了编码节点、
转发节点以及解码节点三个系统的设计方案。方案中主要包括单元模
块图,每个模块的主要功能与结构,数据处理流程及算法说明,输入
输出信号及说明、关键时序或状态机。
由于本系统的主要功能是由硬件实现,且应用网络编码的概念,
在一定开销的基础上实现了“最大流最小割定理”所确定的网络最大
流。和传统通信网络相比,具有吞吐率大、时延小、负载均衡等优点,
体现了网络编码的优势。
关键字:FPGA、硬件实现
2
北京大学深圳研究生院先进网络技术实验室
Abstract
The far-reaching influence on information theory and
communication system makes implementation research work
Coding (NC) e more and more significant. Composed by 10
NetFPGA boards, this project implemented Random work
Coding with HDL logic, constructed an NC based multi-source
work, and finally has been tested with the IXIA IP
Performance Tester.
There are 3 kinds of nodes in our system carrying out Encoding,
Forwarding, and Decoding functions respectively. The main structure of
each node, including physical layer, MAC layer, is based on
FPGA IPv4 Reference Router. The NC function is installed
as an extra layer called the NCP layer between the IP layer and the TCP
layer.
Keywords: Network Coding, NetFPGA, HDL Prototyping
3
2009 Open Hardware 基于网络编码的多信源组播通信系统——设计方案
鸣谢
国家自然科学基金 NSFC60872010
科技部 863 课题 2007AA01Z218、2008AA01Z214
北大深圳研究生院院长基金
4
北京大学深圳研究生院先进网络技术实验室
目录
1 网络编码理论及相关研究应用背景..................................................... 7
网络编码理论产生背景和基本概念................................................. 7
国内外研究动态与现状..................................................................... 12
2 多信源通信系统结构及整体设计方案.............