一种低时延QUIC协议传输方法及系统技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体涉及一种低时延QUIC协议传输方法及系统，本发明专利技术传输方法中采用一种主动的基于丢包率估计的前向纠错编码机制，将编码机制称为流编码；在传输过程中所有丢失分组都依赖流编码进行恢复；发送端通过对链路丢包率的估计自适应的调整流编码的目标码率并基于目标码率自动选择是否发送修复分组；在传输过程出现分组丢失时，接收端利用之后接收到的修复分组完成数据恢复；传输方法中采用Westwood+作为QUIC的拥塞控制算法，降低了长时延链路中的端到端有序递送时延，并提高了链路的吞吐量。并提高了链路的吞吐量。并提高了链路的吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种低时延QUIC协议传输方法及系统


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种低时延QUIC协议传输方法及系统。

技术介绍

[0002]近些年随着传统地面网络在吞吐量和用户接入量的爆炸性增长，单纯的地面网络已经无法满足用户在任何时间、任何地点接入高数据速率和可靠的网络接入需求,尤其是在海洋和山脉等地面蜂窝网络难以覆盖的地方。空天地海一体化网络(Space
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Air
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Ground
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Sea Integrated Network,(SAGSIN))是下一代无线通信系统的发展方向。SAGSIN网络是以地面网络为基础，天基网络和空基网络为补充和延申，为包括海洋，天空，深地在内的广域空间范围内提供高效通信的基础设施。
[0003]传输层设计是决定SAGSIN端到端应用体验的关键之一。但是目前广泛使用的传输控制协议(TCP)在SAGSIN网络的长距离有损链路上面临挑战。一方面，TCP将网络分组丢失视为拥塞，无线链路中偶尔的随机分组丢失可能导致不必要的CWND下降，降低网络利用率；另一方面，对于长时延链路来说，基于请求重传的分组恢复机制会显著降低连接的端到端分组递送时延，带来队头阻塞问题，从而使传输层递送到应用的有效吞吐量剧烈波动。在流媒体、交互式应用等场景下会严重破坏用户的使用体验。
[0004]虽然TCP也产生了很多如Cubic、Hybla、BBR等变种体来解决这些问题，但是由于协议僵化问题，TCP变种体的部署存在困难，难以普及。基于UDP的设计则不存在这些问题，其中典型的就是基于UDP的快速UDP互联网连接(QUIC)。QUIC由谷歌提出并于2021年5月确定规范。由于它可运行于用户空间，QUIC比TCP更容易部署扩展。与传统TCP相比，一方面QUIC省去了TCP的三次握手，降低了网络建立时间，另一方面其还支持流复用，可以防止从单个服务器下载不同对象时的队头阻塞问题。最后由于QUIC对几乎所有的数据和报头进行了加密，中间件不能干扰协议的扩展。
[0005]不过由于QUIC仍采用类似TCP的拥塞控制和分组丢失恢复机制，TCP在长距离有损链路中所面临的问题在QUIC上同样存在。针对这些问题，在QUIC中应用FEC可以很好地解决。IETF QUIC工作组定义的QUIC的关键目标之一就是提供FEC支持。Garrido和Michel等人为QUIC协议添加了FEC机制。但是由于其仍然依赖基于请求重传的分组恢复机制来确保协议的可靠性，因此在SAGSIN网络中表现并不理想。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种链路带宽利用率高并且端到端有序交付延迟低的QUIC协议传输方法及系统。
[0007]为实现以上专利技术目的，本专利技术采用的技术方案具体为：
[0008]一种低时延QUIC协议传输方法，其特征在于，传输方法中采用一种主动的基于丢包率估计的前向纠错编码机制，将该编码机制称为流编码；在传输过程中所有丢失分组都依赖流编码进行恢复；发送端通过对链路丢包率的估计自适应的调整流编码的目标码率并
基于目标码率自动选择是否发送修复分组；在传输过程出现分组丢失时，接收端利用之后接收到的修复分组完成数据恢复；传输方法中采用Westwood+作为QUIC的拥塞控制算法。
[0009].优选地，本专利技术传输方法具体包含以下步骤：
[0010]步骤S1、初始化QUIC连接，发送端和接收端分别初始化流编码参数；
[0011]步骤S2、将需要发送的数据以字节的形式传递到发送端中；
[0012]步骤S3、发送端判断拥塞窗口和流控窗口是否有剩余，如果拥塞窗口或流控窗口没有剩余则重复步骤S3；
[0013]步骤S4、当拥塞窗口和流控窗口有剩余时，QUIC发送端生成数据包并进行加密得到QUIC分组；经过加密后的QUIC分组输入到SCEncoder模块中并根据其分组类型做不同的操作；QUIC分组类型包括源分组和不被保护的分组，其中源分组为被流编码保护的分组，其发生丢失时可以进行修复，不被保护的分组发生丢失时不可恢复；对于源分组，SCEncoder模块将其作为字节流并在其开头添加SCheader后传递到UDP发送队列；对于不被保护的分组，SCEncoder模块直接将其传递到UDP发送队列；
[0014]步骤S5、发送端基于当前流编码的目标码率选择是否发送修复分组；
[0015]步骤S6、将接收端所有接收到的QUIC分组输入SCDecoder模块中；SCDecoder模块会去除接收到的QUIC分组的SCheader并递送到QUIC会话中；若发生QUIC分组丢失则激活SCDecoder模块中的解码器并利用接收到的修复分组进行数据恢复；所有到达的QUIC分组遵循QUIC的默认设置被递送到上层，并向发送端反馈ACK分组；
[0016]步骤S7、发送端对ACK分组进行处理，计算往返时间RTT、已确认分组数和链路丢包率；使用Westwood+拥塞控制算法根据已确认分组数和往返时间RTT更新链路拥塞窗口并进行拥塞控制；SCEncoder模块根据链路丢包率调整流编码的目标码率；
[0017]步骤S8、重复步骤S4
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S7直到数据传输结束。
[0018]优选地，在步骤S1中发送端流编码参数包括所请求文件大小、待发送的源分组数、伽罗华域大小、传输分组大小、发送修复分组的频率和随机编码系数种子；接收端流编码参数包括伽罗华域大小，传输分组大小，发送修复分组的频率，随机编码系数种子。若所请求文件大小和待发送的源分组数为0，则表明分组为陆续到达没有确定的大小。
[0019]优选地，本专利技术还提出一种低时延QUIC协议传输系统，其特征在于，该系统包含发送端，接收端，流编码传输单元，拥塞控制单元和损失检测单元；其中：
[0020]发送端用于发送分组；分组种类包括：源分组、不被保护的分组、修复分组；源分组为被流编码保护的分组，其在链路中发生丢失时可以修复；不被保护的分组若在链路中丢失无法恢复；修复分组由流编码传输单元中的编码器生成的修复分组，用以恢复丢失的被保护的分组；
[0021]接收端用于接收分组并保证分组完整有序地传输到上层，同时接收端还向所述发送端发送ACK分组来表明分组接收情况；ACK分组由一组ACKrange组成，每个ACKrange表征一段接收到的有序分组序号；
[0022]流编码传输单元包括SCEncoder模块和SCDecoder模块，SCEncoder模块提供流编码传输的编码功能，包含编码器和自适应FEC码率模块；SCDecoder模块提供流编码传输的译码功能，包含解码器和保存源分组模块；流编码传输单元采用一种基于丢包率的分组级主动式前向纠错代码，通过对链路丢包率的估计自适应地发送修复分组；
[0023]拥塞控制单元采用Westwood+拥塞控制算法，通过接收端的反馈信息估计当时传输链路的带宽，并基于此计算拥塞窗口；
[0024]损失检测单元利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低时延QUIC协议传输方法，其特征在于，所述传输方法采用一种主动的基于丢包率估计的前向纠错编码机制，将所述编码机制称为流编码；在传输过程中所有丢失分组都依赖所述流编码进行恢复；发送端通过对链路丢包率的估计自适应的调整所述流编码的目标码率并基于目标码率自动选择是否发送修复分组；在传输过程出现分组丢失时，接收端利用之后接收到的修复分组完成数据恢复；传输方法中采用Westwood+作为QUIC的拥塞控制算法。2.根据权利要求1所述的低时延QUIC协议传输方法，其特征在于，传输方法具体包含以下步骤：步骤S1、初始化QUIC连接，发送端和接收端分别初始化流编码参数；步骤S2、将需要发送的数据以字节的形式传递到发送端中；步骤S3、发送端判断拥塞窗口和流控窗口是否有剩余，如果拥塞窗口或流控窗口没有剩余则重复步骤S3；步骤S4、当拥塞窗口和流控窗口有剩余时，QUIC发送端生成数据包并进行加密得到QUIC分组；经过加密后的QUIC分组输入到SCEncoder模块中并根据其分组类型做不同的操作；所述QUIC分组类型包括源分组和不被保护的分组，其中所述源分组为被流编码保护的分组，其发生丢失时可以进行修复，所述不被保护的分组发生丢失时不可恢复；对于源分组，SCEncoder模块将其作为字节流并在其开头添加SCheader后传递到UDP发送队列；对于不被保护的分组，SCEncoder模块直接将其传递到UDP发送队列；步骤S5、发送端基于当前流编码的目标码率选择是否发送修复分组；步骤S6、将接收端所有接收到的QUIC分组输入SCDecoder模块中；SCDecoder模块会去除接收到的QUIC分组的SCheader并递送到QUIC会话中；若发生QUIC分组丢失则激活SCDecoder模块中的解码器并利用接收到的修复分组进行数据恢复；所有到达的QUIC分组遵循QUIC的默认设置被递送到上层，并向发送端反馈ACK分组；步骤S7、发送端对ACK分组进行处理，计算往返时间RTT、已确认分组数和链路丢包率；使用Westwood+拥塞...

【专利技术属性】
技术研发人员：于见昊，李业，陈亮，王珏，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：