一种基于网络编码的传输层控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络编码的传输层控制方法。其实现方案是：发送端将要传输的数据流进行分组分块，每个块包含blksize个分组，blksize为带宽乘以网络时延的值，再对分组进行编码后发送，接收端接收到分组后，对每个块初始化一个编码系数矩阵C

【技术实现步骤摘要】
一种基于网络编码的传输层控制方法
本专利技术属于通信
，尤其涉及一种基于网络编码的传输层控制方法，可用于提升受干扰情况下无线通信设备的数据传输性能。技术背景无线通信作为当今通信发展的重要领域之一，已经成为通信的主要方式。使用合适的方法去提高无线通信的数据传输效率，提高无线通信在受到公用开放频段的干扰时数据传输的各项性能。常见的开放频段的干扰来源有隐藏终端，采用了异构技术或者非网络的无线设备等。目前，传输层控制TCP方法在无线通信中的应用十分广泛。这是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的通信方法，利用传输层控制TCP方法进行数据传输时，通过对分组进行序号标识来保证不发生接收端丢失分组的情况，同时序号也保证了发送到接收端的分组按序接收。接收端需要对已成功收到的分组发回一个相应的确认ACK；如果发送端在合理的往返时间RTT内未收到确认ACK，那么对应的数据包就被假设为已丢失，将会被进行重新发送。同时，传输层控制TCP方法用一个校验和函数来检验数据是否有错误。但是，在两个无线设备间使用传输层控制TCP方法进行数据传输时，会不可避免的受到公用开放频段的干扰，数据传输性能会受到很大的影响，比如吞吐量减小，网络时延增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于网络编码的传输层控制方法，以解决无线通信设备在存在干扰的公用开放频段下，数据传输性能受到严重影响的问题，减少数据分组的丢失，提高吞吐量和减小网络时延。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：一种基于网络编码的传输层控制方法，发送端将要传输的数据流进行分组分块，每个块包含若干个分组，所述分组数为带宽乘以网络时延的值，再对分组进行编码后发送，接收端接收到分组后，对每个块初始化一个编码系数矩阵和一个相应的载荷矩阵，并且用分组中的参数进行矩阵的填充；发送对应分组的ACK，当发送端接收到ACK后，获取其中的反馈信息，以此来调度分组的发送和网络参数的更新，若编码系数矩阵和载荷矩阵都满秩，并且块的自由度足够时，对块解码并将数据传输给应用。进一步根据所述基于网络编码的传输层控制方法，包括以下步骤：步骤一：参数的初始化，包括当前往返时间、最小往返时间及丢失分组数；步骤二：发送端进行数据分组、分块与编码；步骤三：发送端发送分组并接收由接收端发送的确认信息；步骤四：若块号blkno不在区间interval_2的范围内，或者(1-p)×onfly[currblk]＜blksize不成立，则发送端更新网络参数；步骤五：接收端接收分组并生成编码系数和载荷矩阵；步骤六：接收端更新参数，对数据块进行解码，并对发送端的反馈，完成数据传输。进一步根据所述基于网络编码的传输层控制方法，步骤一中参数的初始化，包括当前往返时间、最小往返时间及丢失分组数；接收端与发送端同时初始化参数，当前往返时间RTT、最小往返时间RTTmin及丢失的分组数losses都初始化为0，要被发送的下一个分组的序列号seqno_nxt初始化为1，所述往返时间为分组由发送端发出，接收端收到分组后再发送确认信息ACK，并被发送端接收到的时间。进一步根据所述基于网络编码的传输层控制方法，步骤二中发送端进行数据分组、分块与编码；发送端先将要发送的数据流或文件分块，每个块包含blksize个分组，blksize大小为带宽乘以网络时延的值，每个分组为固定字节长度，所述blksize初始化为当前带宽与网络时延之积；若数据流或文件的其余部分不足以成为一个完整的分组，则用零填充，确保所有分组的长度相同；所述块不必是完全被分组填满，同时块任一i应该是在块i+1之前被填充；分组与分块完成后，对分组进行编码，编码系数占用一个字节，一个编码分组的产生依赖于该块中的随机编码的所有分组，用于发生错误时的校验；所述发送端在每个要发送的分组中包括：块号、编码系数、序列号seqno、载荷，所述编码系数由一个伪随机数的种子产生器生成，所述载荷为编码或非编码。进一步根据所述基于网络编码的传输层控制方法，步骤三中发送端发送分组并接收由接收端发送的确认信息，发送端完成编码后，将数据分组发送到接收端，再由接收端发送确认信息ACK给发送端；所述接收端对于接收的数据包，发送确认信息ACK，所述ACK中包括：可以解码的块的自由度ack_currdof、接收端已经确认的当前块中的块号ack_currblk、已经得到确认的分组序列号ack_seqno，所述可以解码的块的自由度ack_currdof即块中已收到的编码分组数；若当前时间与最近分组的发送时间time_lastack的差值超过了重发超时时间RTO，则将令牌数tokens重置为最近分组发送前的值，令牌数为发送端含有的令牌个数，一个令牌允许CTCP发送端发送一个数据分组，令牌数以步长1递减一次，同时启动慢启动模式，所述慢启动模式即以步长1递增令牌数tokens；若当前时间与最近分组的发送时间time_lastack的差值未超过重发超时时间RTO，且发送节点收到接收端发送的确认信息ACK，判断是否处于慢启动过程：若已经处于慢启动模式，慢启动模式即以步长1递增令牌数tokens，则将令牌数以步长1递增一次，令牌数为发送端含有的令牌个数，一个令牌允许CTCP发送端发送一个数据分组，同时若当前的令牌数大于慢启动阈值，即发送端允许处于慢启动模式时的最大令牌数，则切换到拥塞避免模式，即通过将tokens的值每次减小一半的速度，来达到控制链路流量的目的；所述CTCP为CodedTCP，即编码TCP；若没有处于慢启动模式，则判断从接受端反馈的ACK信息的序列号是否大于最新的未确认分组的序列号，若是，则可以由得到最新的令牌数tokens的值，若不是，则可以由得到最新的令牌数tokens的值；若当前时间与最近分组的发送时间time_lastack的差值未超过重发超时时间RTO，但发送节点没有收到接收端发送的确认信息ACK，发送端可以得到最新的令牌数tokens，利用最新的令牌数tokens做块的调度，以更好的发送要传输的分组；发送端先初始化一个名为onfly的全零数组，发送端定义一个区间interval_1，将最新的未确认分组的序列号作为该区间的上界，将要被发送的下一个分组的序列号减1后的值作为该区间的下界，若序列号seqno在区间interval_1范围内，且当前时间小于有序列号的分组被发送时的时间戳与1.5倍的当前往返时间RTT之和，则将数组下标为B(seqno)值的元素以步长1递增一次；若序列号seqno不在区间interval_1范围内，发送端定义一个区间interval_2，将当前发送端最小的未确认的块号currblk作为该区间的上界，将当前发送端最小的未确认的块号currblk和发送端要发送的块的数目numblks减去1后的值的和作为该区间的下界，若块号blkno在区间interval_2的范围内，且块号blkno与当前发送端最小的未确认的块号currblk相等，并且满足(1-p)×onfly[currblk]＜blksize-currdof的关系，p为短期平均丢包率，则发送一个带有序列号的分组，然后将从块号为blkno中获取的要被发送的下一个分组的序列号seqno_nxt以步长1递增一次；若块号blkno与当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络编码的传输层控制方法，其特征在于，发送端将要传输的数据流进行分组分块，每个块包含若干个分组，所述分组数为带宽乘以网络时延的值，再对分组进行编码后发送，接收端接收到分组后，对每个块初始化一个编码系数矩阵和一个相应的载荷矩阵，并且用分组中的参数进行矩阵的填充；发送对应分组的ACK，当发送端接收到ACK后，获取其中的反馈信息，以此来调度分组的发送和网络参数的更新，若编码系数矩阵和载荷矩阵都满秩，并且块的自由度足够时，对块解码并将数据传输给应用。

【技术特征摘要】
1.一种基于网络编码的传输层控制方法，其特征在于，发送端将要传输的数据流进行分组分块，每个块包含若干个分组，所述分组数为带宽乘以网络时延的值，再对分组进行编码后发送，接收端接收到分组后，对每个块初始化一个编码系数矩阵和一个相应的载荷矩阵，并且用分组中的参数进行矩阵的填充；发送对应分组的ACK，当发送端接收到ACK后，获取其中的反馈信息，以此来调度分组的发送和网络参数的更新，若编码系数矩阵和载荷矩阵都满秩，并且块的自由度足够时，对块解码并将数据传输给应用。2.根据权利要求1所述基于网络编码的传输层控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：参数的初始化，包括当前往返时间、最小往返时间及丢失分组数；步骤二：发送端进行数据分组、分块与编码；步骤三：发送端发送分组并接收由接收端发送的确认信息；步骤四：若块号blkno不在区间interval_2的范围内，或者(1-p)×onfly[currblk]＜blksize不成立，则发送端更新网络参数；步骤五：接收端接收分组并生成编码系数和载荷矩阵；步骤六：接收端更新参数，对数据块进行解码，并对发送端的反馈，完成数据传输。3.根据权利要求2所述基于网络编码的传输层控制方法，其特征在于，步骤一中参数的初始化，包括当前往返时间、最小往返时间及丢失分组数；接收端与发送端同时初始化参数，当前往返时间RTT、最小往返时间RTTmin及丢失的分组数losses都初始化为0，要被发送的下一个分组的序列号seqno_nxt初始化为1，所述往返时间为分组由发送端发出，接收端收到分组后再发送确认信息ACK，并被发送端接收到的时间。4.根据权利要求2或3所述基于网络编码的传输层控制方法，其特征在于，步骤二中发送端进行数据分组、分块与编码；发送端先将要发送的数据流或文件分块，每个块包含blksize个分组，blksize大小为带宽乘以网络时延的值，每个分组为固定字节长度，所述blksize初始化为当前带宽与网络时延之积；若数据流或文件的其余部分不足以成为一个完整的分组，则用零填充，确保所有分组的长度相同；所述块不必是完全被分组填满，同时块任一i应该是在块i+1之前被填充；分组与分块完成后，对分组进行编码，编码系数占用一个字节，一个编码分组的产生依赖于该块中的随机编码的所有分组，用于发生错误时的校验；所述发送端在每个要发送的分组中包括：块号、编码系数、序列号seqno、载荷，所述编码系数由一个伪随机数的种子产生器生成，所述载荷为编码或非编码。5.根据权利要求2-4任一项所述基于网络编码的传输层控制方法，其特征在于，步骤三中发送端发送分组并接收由接收端发送的确认信息，发送端完成编码后，将数据分组发送到接收端，再由接收端发送确认信息ACK给发送端；所述接收端对于接收的数据包，发送确认信息ACK，所述ACK中包括：可以解码的块的自由度ack_currdof、接收端已经确认的当前块中的块号ack_currblk、已经得到确认的分组序列号ack_seqno，所述可以解码的块的自由度ack_currdof即块中已收到的编码分组数；若当前时间与最近分组的发送时间time_lastack的差值超过了重发超时时间RTO，则将令牌数tokens重置为最近分组发送前的值，令牌数为发送端含有的令牌个数，一个令牌允许CTCP发送端发送一个数据分组，令牌数以步长1递减一次，同时启动慢启动模式，所述慢启动模式即以步长1递增令牌数tokens；若当前时间与最近分组的发送时间time_lastack的差值未超过重发超时时间RTO，且发送节点收到接收端发送的确认信息ACK，判断是否处于慢启动过程：若已经处于慢启动模式，慢启动模式即以步长1递增令牌数tokens，则将令牌数以步长1递增一次，令牌数为发送端含有的令牌个数，一个令牌允许CTCP发送端发送一个数据分组，同时若当前的令牌数大于慢启动阈值，即发送端允许处于慢启动模式时的最大令牌数，则切换到拥塞避免模式，即通过将tokens的值每次减小一半的速度，来达到控制链路流量的目的；所述CTCP为CodedTCP，即编码TCP；若没有处于慢启动模式，则判断从接受端反馈的ACK信息的序列号是否大于最新的未确认分组的序列号，若是，则可以由得到最新的令牌数tokens的值，若不是，则可以由得到最新的令牌数tokens的值；若当前时间与最近分组的发送时间time_lastack的差值未超过重发超时时间RTO，但发送节点没有收到接收端发送的确认信息ACK，发送端可以得到最新的令牌数tokens，利用最新的令牌数tokens做块的调度，以更好的发送要传输的分组；发送端先初始化一个名为onfly的全零数组，发送端定义一个区间interval_1，将最新的未确认分组的序列号作为该区间的上界，将要被发送的下一个分组的序列号减1后的值作为该区间的下界，若序列号seqno在区间interval_1范围内，且当前时间小...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洋，刘涛，刘轩，
申请(专利权)人：陕西尚品信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61