Xem xét tình huống trong Hình 3.1 khi S1 và D1 cần trao đổi một cặp gói tin. Vì hai nút không trong vùng nghe thấy nhau, router sẽ giúp chuyển tiếp các gói tin tới đích tương ứng. Với kỹ thuật chuyển tiếp gói hiện tại, S1 gửi gói tin tới router, và router truyền tới D1, còn D1 cũng gửi gói tin của mình tới router, router truyền tới S1. Quá trình này cần 4 lần truyền.
COPE sử dụng mã hóa mạng để giảm số lần truyền cần thiết cho hai gói tin. Với COPE, S1 và D1 gửi các gói tin tới router trong các khe thời gian khác nhau. Router sẽ sử dụng mã hóa mạng biến đổi hai gói tin thay vì chỉ truyền hai gói tin riêng rẽ. Phép toán mã hóa là phép hoặc tuyệt đối XOR hai gói tin. Router quảng bá kết quả XOR hai gói tin vừa thực hiện tới S1 và D1. Vì S1 và D1 đã có gói tin nó truyền đi ban đầu, nên nó có thể tái tạo gói tin của người kia gửi qua phép XOR gói nhận được từ router vừa quảng bá với gói tin đã có. Do đó COPE truyền hai gói tin tới S1 và D1 chỉ với 3 khe thời gian so với 4 khe thời gian của kỹ thuật hiện tại. Khe thời gian tiết kiệm được có thể sử dụng để truyền các dữ liệu khác, giúp tăng cường thông lượng vô tuyến.
COPE là một kỹ thuật mới cho chuyển tiếp gói tin mạng lưới không dây sử dụng mã hóa mạng. Nó chèn thêm lớp mã hóa ở giữa lớp mạng và lớp liên kết, lớp này tìm cơ hội mã hóa và thực hiện để chuyển tiếp nhiều gói tin trong cùng một lần truyền. Trước hết ta xem xét các thuật ngữ được sử dụng trong mục sau của chương này tại Bảng 2.1
Thiết kế COPE theo mô đun cho phép nhà thiết kế mạng thử nghiệm với những giao thức định tuyến đa dạng cũng như phần cứng lớp vật lý. COPE có thể làm việc với nhiều giao thức định tuyến khác nhau, điều kiện duy nhất là nút phải biết hop kế tiếp của mỗi gói tin trong hàng đợi của nó. Hơn nữa, nhà thiết kế mạng có thể mong muốn điều chỉnh các định tuyến, hoặc giao vận để tăng cơ hội mã hóa và do đó sẽ tăng thông lượng mạng.
Thuật ngữ Định nghĩa
Gói tin gốc Một gói tin không mã hóa
Gói tin mã hóa hoặc đã được XOR Một gói tin thu được từ XOR nhiều gói tin gốc Hop tiếp theo của gói tin mã hóa Thiết lập hop tiếp theo cho XOR các gói tin để tạo
ra gói tin mã hóa
Id gói tin Một giá trị băm 32 bit của địa chỉ IP gói tin nguồn và số thứ tự gói tin IP
Hàng đợi đầu ra Một hàng đợi FIFO tại mỗi nút giữ các gói tin cần thiết để chuyển tiếp
Bộ trữ gói tin Một bộ đệm, nơi một nút lưu trữ tất cả các gói tin nghe trong T giây đã qua.
Hiệu suất mã hóa Tỷ lệ số lượng truyền đi theo yêu cầu của phương pháp không mã hóa hiện tại và số lượng truyền đi được sử dụng bởi COPE để cung cấp cùng một tập hợp các gói tin.
Hiệu suất mã hóa + MAC Hiệu suất đạt được thông lượng mong đợi với COPE khi MAC 802.11 được sử dụng, và tất cả các nút được dự trữ.
Bảng 3.1 Định nghĩa các thuật ngữ sử dụng trong chương này.
Trong mục này, chúng ta miêu tả thiết kế COPE hoạt động ở mức cao. COPE có ba thành phần chính là: nghe, mã hóa và học. Các mục dưới đây sẽ đi vào chi tiết từng thành phần.
3.1.1. Nghe
COPE yêu cầu các nút lắng nghe và lưu các gói tin có thể cần sử dụng sau này cho giải mã các gói tin mã hóa. Có hai nguồn cung cấp những gói tin này:
a) Các gói tin mà bản thân nút đó quảng bá. Chẳng hạn trong ví dụ S1 truyền ở sơ đồ Hình 3.1, S1 và D1 giữ một bản sao của các gói tin mà họ truyền tới router. Sau đó họ sử dụng những gói tin này để giải mã gói tin mã hóa từ router.
b) Các gói tin mà nút nhận được do quảng bá từ nút khác. Vì mạng vô tuyến là quảng bá, nó tạo ra nhiều cơ hội cho các nút nhận được các gói tin không phải gửi cho nó với các an ten đẳng hướng. Các gói tin thường được gửi tới chỉ một hop kế tiếp, và các nút sẽ loại bỏ gói tin nhận được nhưng không có ý nghĩa với chúng. Tuy nhiên với COPE, các nút xử lý mọi thông tin trên đường truyền vô tuyến và lưu các gói tin trong một khoảng thời gian xác định T. Giá trị của T sẽ lớn hơn giá trị lớn nhất của trễ một chiều trong mạng (mặc định T = 0,5s).
3.1.2. ã hóa
COPE cho phép các nút trung gian (chuyển tiếp) mã hóa gói tin cùng nhau để tối đa hóa thông lượng. Mỗi nút duy trì một hàng đợi gói tin kiểu FIFO (First In First Out) lưu trữ các gói để truyền tới hop kế tiếp. Khi kênh vô tuyến thông báo cơ hội để gửi một gói tin, nút lấy gói tin tại đầu hàng đợi, kiểm tra xem nó có thể mã hóa với các gói khác trong hàng đợi không. Câu hỏi đặt ra là: có thể mã hóa những gói tin nào cùng nhau?
Cách lựa chọn được minh họa tốt nhất thông qua một ví dụ. Xem xét ví dụ trong Hình 3.2(a), nút B có 4 gói trong hàng đợi là p1, p2, p3 và p4. Các nút lân cận đã nhận được một vài gói tin trong số này và được lưu trong bộ trữ gói tin. Bảng trong Hình 3.2(b) chỉ ra các hop tiếp theo của mỗi gói trong hàng đợi của B. Khi MAC cho phép B truyền, B lấy gói tin p1 ở đầu hàng đợi và cố gắng để mã hóa nó với những gói tin khác trong hàng đợi. Cả mã hóa và giải mã đều sử dụng phép XOR. Cho rằng B biết những gói tin nào mà các nút lân cận có, có một số lựa chọn mã hóa như chỉ ra trong Hình 3.2(c)