Codificación y decodificación de paquetes con Random Linear Network Coding utilizando Sockets

Abstract

Nuestro principal problema a resolver es presentar una prueba de concepto, en la que se muestre el proceso de codificación y decodificación de paquetes, utilizando coeficientes generados aleatoriamente y que formen un sistema de ecuaciones linealmente independientes. En este proyecto se propone diseñar, programar e implementar una aplicación para computadora, la cual debe emular una red N: 1. Dicha red debe permitir que mínimo 2 y máximo 4 nodos clientes puedan enviar paquetes de mensajes con contenido numérico al mismo tiempo a un solo destino. Se procura utilizar la técnica Random Linear Network Coding, la cual se encarga de codificar N mensajes a través de un agente de reenvío, combinándolos en un paquete, y posteriormente enviarlos a una aplicación servidora principal, la cual será responsable de realizar la decodificación de los paquetes utilizando el método de Cramer. Este envío de datos que se da a través de la red se desea lograr por medio del diseño de un algoritmo para controlar sockets, los cuales ayudan con el intercambio de todos los datos entre cada nodo. Lo primero que se verifica es que todos los clientes tengan la misma cantidad de mensajes, si alguno posee un número menor, se rellenaran con cero losmensajes faltantes. Luego, se da la creación de N ecuaciones con N incógnitas, y a su vez son generados N coeficientes de forma aleatoria, entre números de 0 a 99 para cada ecuación. Una vez generados todos los coeficientes, se da una verificación de que estas ecuaciones sean linealmente independientes. Una vez determinado que las ecuaciones son linealmente independientes, se procede a hallar los valores de las incógnitas, estos valores se encuentran realizando combinaciones lineales entre los coeficientes y los mensajes enviados por los clientes; esto se hará a cada una de las ecuaciones. Luego, se creará un paquete con todos los mensajes codificados y serán enviados al servidor principal para ser decodificados utilizando el algoritmo de Cramer.

Our main problem is to present a proof of concept, which shows the process of coding and decoding of packages, using randomly generated coefficients and forming a linearly independent system equations. This project is proposed to design, program and implement a computer application, which must emulate a N: 1 network . This network must allow at least 2 and maximum 4 client nodes to send packets of messages with numerical content at the same time to a one receptor. It attempts to use the Random Linear Network Coding technique, which is responsible for encoding N messages through a forwarding agent, combining them into a packet, and then sending them to a main server application, which will be responsible for decoding the packages using the Cramer method. This data transmission through the network is achieved through the design of an algorithm to control sockets, which help with the exchange of all data between each node. The first thing that is verified is that all the clients have the same amount of messages, if anyone has a smaller number, they will be filled with zero the missing messages. Then, the creation of N equations with N unknowns is given, and N coefficients are generated in a random way, between numbers from 0 to 99 for each equation. Once all the coefficients are generated, a check is made that these equations are linearly independent. Once determined that the equations are linearly independent, we proceed to find the values ​​of the unknowns, these values ​​are found by making linear combinations between the coefficients and the messages sent by the clients; This will be done to each of the equations. Then a packet with all the encoded messages will be created and sent to the main server to be decoded using Cramer's algorithm.