Network Coding adalah teknik di mana data yang dikirimkan dikodekan dan diterjemahkan untuk meningkatkan throughput, mengurangi keterlambatan dan membangun jaringan yang lebih kuat. Network coding telah digunakan dalam banyak sistem seperti jaringan nirkabel sensor, jaringan nirkabel, jaringan multicast video, (P2P) jaringan Peer-to-Peer dan banyak lainnya.
Adapun beberapa keuntungan teknik network coding :
- Meningkatkan throughput
- Minimum transmission rate
- Konsumsi energi yang kecil
- Minimum energy per bit untuk multicast di dalam wireless network
- Security
Prasyarat NC
- Information and Coding Theory
- Teori graph
- Desain protokol komunikasi
- Matematika Diskrit
Beberapa aplikasi dari Network Coding
Gambar Aplikasi Network Coding
Multi Platform NC
Network coding dapat digabungkan dengan berbagai macam layer fisik seperti :
- Optical Networks
- OFDMA Networks
- Wireless Relay Networks
- Wireless Sensor Networks
- Underwater Sensor Networks
- Wireless LAN and MANET
Network Coding pertama kali diperkenalkan oleh Ahlswede tahun 2000, dengan teori Max-flow min-cut theorem. Berikut gambaran tentang cara kerja NC dengan Butterfly diagram :
Network coding dapat mengatasi permasalahan dengan menggunakan operasi “xor”, pada gambar di atas diperlihatkan proses pengiriman data cukup dengan melakukan xor antara node 1 dengan node 2 (Coding), kemudian lakukan xor kembali untuk mendecode data.
Max-flow min-cut
Max-flow min-cut adalah metode untuk mencari maximum flow dan minimum cut. Metode ini digunakan untuk menentukan besar kapasitas kanal untuk jalur transmisi data. Selain itu metode ini juga akan menghilangkan beberapa node yang nilai kapasitas kanal bernilai kecil dan tidak dipakai untuk melewatkan data.
Metode Ford-Fulkerson mempunyai algoritma sebagai berikut : dimulai dari flow atau jalur kosong pada setiap sisi dan kemudian meningkatkan flow selama masih terdapat augmenting path dari source ke sink dimana tidak terdapat kapasitas yang melebihi batas dikarenakan bahwa kapasitas dan flow dari setiap sisi adalah bilangan bulat dan kapasitas merupakan bilangan positif, dalam setiap langkah kita mendapatkan sebuah flow baru yang mendekati maksimum. Tapi, algoritma ini tidak dijamin berhasil jika kapasitas adalah bilangan rasional. Bagaimana membuktikan kebenaran dari algoritma ini, terlihat jelas bahwa dalam network telah ditentukan maksimum flow, jika tidak kita akan dapat meningkatkan nilai maksimum dari flow,ini merupakan kebalikan dari asumsi awal. Pernyataan ini benar jika dibandingkan dengan pernyataan, maka tidak akan terdapat lagi augmenting path, nilai dari flow telah mencapai maksimum. Teori ini dikenal dengan nama Max-flow min-cut theorema.
Klasifikasi Network Coding
Ada beberapa tipe dari network coding yaitu
- Random Network Coding (RNC) : Skema pengkodean yang sederhana akan tetapi cukup kuat, yang dalam skema transmisi broadcast memungkinkan throughput yang diterima secara optimal menggunakn algoritma desentralisasi. Node mengirimkan kombinasi linear acak dari paket yang diterima, dengan koefisien Galois Field (GF). Jika ukuran field besar maka, kemungkinan source akan mendapatkan kombinasi linear mendekati Namun perhatikan bahwa, meskipun random network coding memiliki kinerja throughput yang baik, ada beberapa receiver yang menerima paket dalam jumlah terbatas, sehingga tidak memungkinkan paket akan direcovery kedalam bentuk asli. Hal ini dalam diatasi dengan mengirimkan random linear combination sampai penerima memperoleh jumlah yang tepat dari paket. 3 point dari RNC
1. Sistem komputasi high decoding menggunakan metode eliminasi Gauss-Jordan
2. Overhead transmisi menyertakan vektor koefisien untuk blok pengkodean
3. Linear dependency dengan vektor koefisien dapat mengurangi jumlah dari blok pengkodean. - Vector Network Coding
- Linear Network Coding
Cognitive Radio Network (CRN)
Jaringan radio kognitif terdiri dari dua jenis pengguna. Yang pertama satu disebut Secondary User (SU) dan yang kedua disebut Primary User (PU). PU memiliki lisensi untuk saluran dan dengan demikian memiliki prioritas yang lebih tinggi, sementara SU menggunakan saluran berlisensi dan diminta untuk mengosongkan saluran ketika PU tiba di atasnya, karena itu SU memiliki prioritas yang lebih rendah. Dalam Cognitive Radio Networks (CRNs), akan ada beberapa keuntungan menggunakan network coding, misalnya, sejumlah SU dapat menggunakan spektrum pada waktu yang sama. Selain itu, network coding meningkatkan pemanfaatan spektrum untuk SU dengan memberi mereka kesempatan untuk memanfaatkan bagian yang tidak terpakai dari spektrum yang dimiliki oleh pengguna utama. Demikian pula, salah satu keuntungan dari network coding adalah bahwa waktu transmisi SU yang berkurang.
Physical Network Coding (PNC)
Pada awalnya diusulkan sebagai cara untuk meningkatkan performa network coding yang terjadi secara alami yang menggunakan gelombang elektromagnetik (EM). sebagai fakta yang sederhana dalam fisika bahwa ketika beberapa gelombang EM datang secara bersama-sama dalam ruang fisik, gelombang ini akan melakukan penambahan (additive), sehingga EM dapat dikorelasikan dengan prinsip network coding setelah penerimaannya.
Beberapa skema PLNC
- Collision-cancellation
Ada beberapa penelitian yang membahas tentang collision cancellation pada layer yang lebih tinggi seperti RTS/CTS dan mekanisme back-off untuk CSMA pada MAC Layer, yang fungsinya untuk menghindari tabrakan antar paket. Akan tetapi teknik ini tidak dapat meningkatkan throughput. Terinspirasi dari NC, solusi dasar tentang cross layer antara data link dengan layer fisik, menggunakan interference cancellation PLNC. Analog Network Coding (ANC) berbeda dengan PNC, PNC tidak menggunakan mapping, sementara ANC menggunakan modulasi Minimum shift keying (MSK) - Joint Coding
a. Joint Distributed source coding
b. Joint network-channel coding
Pada PNC diasumsikan bahwa level symbol dan phase diasumsikan kedatangannya sama dan mengabaikan noise, karena datang pada saat yang bersamaan PNC hanya membutuhkan 2 timeslot.
Berikut merupakan gambaran perbedaan antara komunikasi secara konvensional, straightforward network coding dan Physical Layer Network Coding
PLNC sering juga diaplikasikan untuk teknologi MIMO, modulasi Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), transmisi Space Time Coded (STC) dan lain sebagainya