一种基于网络编码的多路并行传输方案制造技术

本发明专利技术提出了一种基于网络编码的多路并行传输方案，解决在无线网络中进行多路并行传输时，由于无线网络的不可靠性引起的频繁丢包和多路径的差异性引起的失序问题。引入网络编码，打破传统可靠有序传输中按序接收的限制，关注接收数据包的个数而非顺序。根据丢包率添加冗余数据包，主动补偿传输过程中可能发生的丢包，避免重传。以组为单位进行传输管理，保证拥塞窗口的快速充分增长，增强系统对超时和丢包的容忍度。采用基于网络编码的多路并行传输方案进行无线多媒体数据传输，能够主动预防并适应无线异构网络的动态性和不可靠性，隐藏失序和丢包问题，大大减少重传，有效提高吞吐量，提供高效优质的无线多媒体传输服务。

A multi-channel parallel transmission scheme based on network coding

The invention provides a multi-channel network encoding based on parallel transmission scheme, solve the multi-channel parallel transmission in wireless networks, due to frequent packet loss caused by differences in the reliability of wireless networks and not multiple paths of reordering. Network coding is introduced to break the restriction of sequential reception in traditional reliable and ordered transmission, and to pay attention to the number of received packets rather than sequentially. Redundant packets are added according to the packet loss rate to compensate for the possible packet loss in the transmission process and avoid retransmission. The transmission management is carried out in groups to ensure the rapid and sufficient growth of the congestion window, and to enhance the tolerance of the system to timeout and packet loss. The data transmission of wireless multimedia network encoding multi-channel parallel transmission scheme based on, can prevent and adapt to dynamic heterogeneous wireless networks and the reliability of the initiative, hidden disorder and packet loss problems, greatly reduce the retransmission, effectively improve the throughput of wireless multimedia transmission, to provide efficient service.

【技术实现步骤摘要】
一种基于网络编码的多路并行传输方案
本专利技术涉及通讯
，通讯数据传输技术。具体涉及在流控制传输协议上结合网络编码的多路并行传输的实现。
技术介绍
随着社会的发展，人们对于高质量、高效率和方便的多媒体无线传输服务的需求越来越高。世界各地很多城市都已经为实时视频流建立了城市网络，例如车载无线网络。随着无处不在的宽带移动网络接入技术的流行，多路并行传输CMT(ConcurrentMultipathTransfer)成为增强多媒体传输的最可取的方式之一。目前，CMT的实现主要基于流控制传输协议SCTP(StreamControlTransmissionProtocol)，研究表明，SCTP能够有效实现多路并行传输。SCTPCMT拥有较好的带宽聚合能力、容错性以及负载平衡能力，这些特点使其能够为多媒体内容分发提供有效的数据传输服务。然而，CMT在有一个非常严重数据包重排缺陷。由于多路径具有较大的路径差异(如带宽、时延和丢包率)，数据包失序到达接收端，接收端需要一边缓存较快路径上已到达的数据包，一边等待较慢路径上延迟的数据包，进行数据包重排，保证数据包的有序交付。当数据包失序严重且移动终端的缓存受限时，CMT的性能会受到缓存阻塞的限制，导致连接进入空闲状态。目前有很多研究工作都致力于减缓数据重排，其主要挑战是如何在确定的路径评估下进行数据调度。这些研究都遵从严格的有序数据接收，其传输性能仍然被动地受到接收缓存中的数据重排的影响。另一个需要关心的问题是，无线信道的不可靠性导致丢包和重传经常发生。为了达到可靠数据传输的目的，有时对于同一个数据包需要进行不止一次的重传。在这种情况下，判断丢包原因是拥塞或者无线错误是非常重要的。一些研究工作试图加强CMT的可靠性，节省重传的开销。这些研究考虑单个数据包的唯一性，进行数据包的丢失检测。然而，这几乎不能减少重传。近年来，对于网络编码的研究显示，传输层网络编码可以提供一种简单的方法打破数据包和传输序列号TSN之间的强约束关系。虽然这种约束在可靠有序传输中是非常重要的，但实际上传输层的最终目的是进行可靠的数据传输。这样，接收端只关心数据包到达的数量，而不关心数据包到达的顺序，不需要进行重排序。再者，当发生丢包时，编码包可以互相替代和补充，不需要重传特定的数据包。在TCP或SCTP中，编译码计算会给确认的回复带来较大延迟，引起自动重传请求ARQ(AutomaticRepeatreQuest)和拥塞控制的性能下降。OnlineACK机制的提出可以解决该问题，使得网络编码能与TCP兼容且有效执行。随后，网络编码以及onlineACK机制被应用到MPTCP中，可以提高多路径网络的吞吐量。然而，由于MPTCP是一个较新的将SCTPCMT移植到TCP上的想法，并没有形成标准。再者，MPTCP并不具有SCTP的全部特性，例如灵活的多块数据包格式，心跳机制和选择确认，这些特性都能与网络编码合作，优化其性能。同时现有研究也没有涉及优化拥塞控制和区分无线环境中的丢包原因。
技术实现思路
——权利要求书部分有鉴于此，本专利技术提出了一种基于网络编码的多路并行传输方案，在流控制传输协议的多路并行传输过程中，结合网络编码，打破按序接收的传统可靠传输思想，消除数据包的唯一性，提供高性能的多媒体数据传输服务。本专利技术定义了一个基于组的网络编码运算，根据一个组内的原始数据包生成网络编码包；采用了一个混合快速数据分发策略，选取具有最大容纳空间的路径进行数据分配，并按需添加冗余；提出了一个组传输管理机制，进行拥塞控制、重传等管理。本专利技术能够有效地避免数据包重排，补偿丢失的数据包，解决因路径差异性和移动终端存储限制而引起的缓存阻塞，主动适应无线网络的动态性，为移动用户提供高效的多媒体传输。1、一种基于网络编码的多路并行传输方法，其步骤包括：a)基于组的网络编码运算，利用带宽和丢包率确定组数目，对一个组内的数据包进行线性组合网络编码；具体步骤如下：(1)对于路径i，通过下式确定该路径的往返时延RTT：其中，SRTTi表示路径i的平滑往返时延，RRTTi表示路径i的参考往返时延，a<1和b>1为往返时延RTT的边界因子；(2)带宽BW的估计测量：首先，当组数目需要更新时，根据下式收集路径i的带宽样本：其中sendsizei是从最后一次抽样结束到此刻的数据发送量，Tli和Tei分别为在这段时间内最后一个数据包离开路径i缓存和第一个数据包进入该缓存的时间；其次，为了消除波动，对带宽样本进行平滑处理，得到估计结果：其中T0为带宽平滑因子，BWpreviousi为上一个估计结果；(3)丢包率pe的测量：丢包率pe由传输管理模块提供；(4)根据下式更新组数目N:其中，MTU表示最大传输单元。b)混合快速数据分发策略，选择具有最大容纳空间的路径进行数据分配，每分配完一组数据，都在路径缓存末尾添加一定冗余数据包；c)组传输管理机制，以组为单位进行传输管理，包括拥塞控制、必要的重传以及丢包率的记录更新。2、如权利要求1所述的一种基于网络编码的多路并行传输方法，其特征在于，基于组的网络编码运算，包括：a)往返时间RTT测量：发送心跳包HEARTBEAT获取参考往返时间RRTT，对比平滑往返时间SRTT，当RRTT与SRTT接近时，选择SRTT的值作为路径的RTT；当RRTT与SRTT差距较大时，选择RRTT作为路径的RTT；b)带宽BW估计：由测量时间间隔内数据的发送量和测量时间的比值得到带宽样本，再进行平滑处理得到带宽估计值；c)组数目更新：利用往返时间RTT、带宽BW以及丢包率pe确定组数目；d)网络编码包生成：根据组数目划分组，对一个组内的数据包进行线性组合编码，并在数据包中插入相应编码信息。3、如权利要求1所述一种基于网络编码的多路并行传输方法，其特征在于，混合快速数据分发策略，包括：a)路径选择：选择具有最大容纳空间的路径进行数据分配，其中最大容纳空间是指，在某一时刻路径允许发送且能被成功接收的数据量；b)添加冗余：根据某组分配到某路径上的数据包个数以及丢包率进行冗余度计算，添加冗余数据包，保证该独立路径上能够成功到达接收端的数据包数量不小于其分配的数据包个数。4、如权利要求1所述的一种基于网络编码的多路并行传输方法，其特征在于，组传输管理机制，包括：a)基于组的拥塞控制：对于当前指向的组GC，GC表示当前尚未被接收端成功解码、最早发送的组，如果选择确认SACK确认GC中一个新的传输序列号TSN，执行慢开始或者拥塞避免算法；若GC的丢失报告到达三次以上，根据丢包原因执行相应快速重传算法；若组超时GTO，则进行标准流传输控制协议SCTP的超时重传算法；b)丢包率pe计算：对于最近完成传输的组GP，GP是在GC之前的、最近的成功译码的组，记录GP在各路径上按发送数据包的总数和成功接收的数据包，计算各路径的丢包率。本专利技术具有如下技术效果：1、在本专利技术中，以组为单位进行网络编码并混合发送编码包或者原始数据包。不管数据包有没有进行编码，都可以看做是经过线性组合的编码包。这样，每一个编码包仅仅代表了组的一个关系，编码包不是独立和唯一的，任何丢失的编码包都可以用属于该组的其他编码包代替，同时同一个组内的编码包之间没有顺序。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络编码的多路并行传输方法，其步骤包括：a)基于组的网络编码运算，利用带宽和丢包率确定组数目，对一个组内的数据包进行线性组合网络编码；具体步骤如下：(1)对于路径i，通过下式确定该路径的往返时延RTT：

【技术特征摘要】
1.一种基于网络编码的多路并行传输方法，其步骤包括：a)基于组的网络编码运算，利用带宽和丢包率确定组数目，对一个组内的数据包进行线性组合网络编码；具体步骤如下：(1)对于路径i，通过下式确定该路径的往返时延RTT：其中，SRTTi表示路径i的平滑往返时延，RRTTi表示路径i的参考往返时延，a<1和b>1为往返时延RTT的边界因子；(2)带宽BW的估计测量：首先，当组数目需要更新时，根据下式收集路径i的带宽样本：其中sendsizei是从最后一次抽样结束到此刻的数据发送量，Tli和Tei分别为在这段时间内最后一个数据包离开路径i缓存和第一个数据包进入该缓存的时间；其次，为了消除波动，对带宽样本进行平滑处理，得到估计结果：其中T0为带宽平滑因子，BWpreviousi为上一个估计结果；(3)丢包率pe的测量：丢包率pe由传输管理模块提供；(4)根据下式更新组数目N:其中，MTU表示最大传输单元；b)混合快速数据分发策略，选择具有最大容纳空间的路径进行数据分配，每分配完一组数据，都在路径缓存末尾添加一定冗余数据包；c)组传输管理机制，以组为单位进行传输管理，包括拥塞控制、必要的重传以及丢包率的记录更新。2.如权利要求1所述的一种基于网络编码的多路并行传输方法，其特征在于，基于组的网络编码运算，包括：a)往返时间RTT测量：发送心跳包HEARTBEAT获取参考往返时间RRTT，对比平滑往返时间SRTT，当RRTT与SRTT接近时，选择SRTT的值作为路径的R...

【专利技术属性】
技术研发人员：许长桥，张宏科，关建峰，黎卓峰，王目，唐曼，黄辉，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11