基于前向纠错(FEC)的可靠性控制协议制造技术

本发明专利技术涉及基于前向纠错（ＦＥＣ）的可靠性控制协议。在传输系统中，通过将要传送的数据组织成数据块、将第一数据块的编码单元从发送器传送给接收器、并在发送器上检测接收器接收编码单元的确认，数据可靠地从发送器传送给接收器，其中每个数据块包括多个编码单元。在发送器上，检测接收器接收足够的用以在接收器上恢复第一数据块的第一数据块的编码单元的概率，且该概率根据概率阈值进行测试来确定是否满足预定测试。在测试步骤之后并在接收器接收第一数据块在接收器上恢复的确认之前，当满足预定测试时，从发送器传送第二数据块的编码单元。如果在发送器上接收到了恢复第一数据块失败的指示，则从发送器向接收器发送更多的第一数据块的编码单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据通信网络上终端系统之间数据的快速传送问题。许多数据通信系统和高级数据通信协议提供可靠数据传输的方便通信抽象，并提供速率控制，即它们基于网络条件自动调整其分组传输速率。它们传统的根据诸如无所不在的传输控制协议(TCP)的低层分组化数据传输的基础实现，在以下情形的至少之一发生时会遭遇困难(a)发送器和接收器之间的连接有较长的往返时间(RTT); (b)数据量较大且网络遭受突发和瞬时的丢失。当今最广泛使用的可靠传输协议之一是传输控制协议(TCP)。 TCP是具有确认机制的通用的点对点分组控制方案。TCP在发送器和接收器之间几乎没有丢失且发送器和接收器之间的RTT较小时对一对一可靠通信能起很好的作用。然而，TCP的吞吐量在即使只有很少丢失时，或者发送器和接收器分开较远时急剧下降。使用TCP,发送器传送有序分组而接收器确认每个分组的接收。如果分组丢失，则不向发送器发送确认，而发送器将重发该分组。使用诸如TCP的协议，确认模式允许分组丢失而不会整体失败，因为可响应于缺少确认或响应于来自接收器的显式请求，只重发丢失了的分组。TCP提供可靠性控制和速率控制，即它确保全部原始数据被传送给接收器，并且它基于诸如拥塞和分组丢失的网络条件自动调整分组传输速率。对于TCP,5可靠性控制协议和速率控制协议是相互交织且不可分的。此外，TCP的作为渐增RTT和分组丢失的函数的吞吐量性能远未达到最优。许多研究显示当使用TCP时，数据传送的吞吐量与RTT和端对端连接上丢失速率的倒数的平方根的积成反比。例如，典型的美国和欧洲之间的端对端地面连接具有200毫秒的RTT和2免的平均分组丢失。在这些情形下，不管端对端有多少带宽可用，TCP连接的吞吐量最多都约为300-400千比特/秒(kbps)。该情形对卫星链接更为严重，其中除了高RTT之外，信息还因各种大气效应而丢失。这些类型情形中TCP的较差性能的主要原因是，由TCP使用的速率控制协议在这些情形中不能起很好的作用，并且因为TCP使用的可靠性控制协议和速率控制协议是不可分的，这暗示整个TCP协议在这些情形中都不能起很好的作用。此外，对传输的不同应用的要求会变化，然而TCP是全球普遍地用于所有网络条件中的各种应用，从而导致许多情形中的较差性能。所期望的是，如果整体传输协议所使用的可靠性控制和速率控制协议是独立的，且相同的可靠性控制协议可与各种不同的速率控制协议一起使用，则实际的速率控制协议可基于应用要求和应用所运行的网络条件而选择。Micah Adler、 YairBartal、 John Byers、 Michael Luby、 Danny Raz在1997年6月第5届以色列计算和系统理论研讨会会议录上的论文A modular Analysis of Network TransmissionProtocols(网络传输协议的模块化分析)(下文中称为Adler并通过引用结合于此)，介绍了建立提倡将可靠传输协议分成独立的可靠性控制和速率控制协议的传输协议的模块化方法。对于任何可靠性控制协议，其性能的两个主要度量是需要多少缓冲，以及其实际吞吐量(goodput)是什么。在发送器和接收器上缓冲都被引入到可靠性控制协议中。在例如数据开始发送后数据缓存直到发送器得到确认在接收器方己接收到了该数据时，发送器上的缓冲发生。接收器上的缓冲也因类似原因发生。出于两个原因缓冲是令人感兴趣的(1)它直接影响发送器和接收器可靠性控制协议使用多少存储器；(2)它直接影响发送器和接收器可靠性控制协议引入多少等待时间。实际吞吐量被定义为要传送数据的大小除以在传送期间接收器终端系统接收到的传送数据量。例如，如果用传送原始数据的分组发送的数据量是原始数据的大小，则实际吞吐量=1.0，且实际吞吐量=1.0可在不传送冗余数据时实现。Adler概述了一种与所使用的速率控制协议相当独立的可靠性控制协议，该协议在下文中称为无码可靠性控制协议。该无码可靠性控制协议与内嵌于TCP中的可靠性控制协议有些相似，即原始数据被分成多个块且每个块在分组的有效载荷中发送，然后需要接收每个块的精确副本以确保可靠传输。该无码可靠性控制协议的问题是，尽管实际吞吐量达最优(基本等于1)，但无码可靠性控制协议引入的缓冲在有分组丢失时会相当多。Adler证实该无码可靠性控制协议在不使用编码来传送数据的可靠性控制协议中最优的一常数因子范围内，即该协议具有最优的实际吞吐量，并根据使发送器和接收器上所需缓冲的量最小来说，该协议可证明在最优的一常数因子范围内。已在可靠性控制协议中使用的一种方案是前向纠错(FEC)码，诸如里德索罗门(Reed-Solomon)码、龙巻风(Tornado)码、或连锁反应码(是信息附加码)。使用FEC码，原始数据被分成比分组有效载荷大的块，然后编码单元从这些块中产生，并用分组来发送这些编码单元。该方法与不使用编码的可靠性控制协议相比的一个基本优点是，反馈会简单得多并且不太频繁，g卩，对于每个块接收器仅需向发送者指示所接收编码单元的数量，而不是所接收编码单元的准确列表。此外，聚合产生并发送比原始数据块的长度更多的编码单元的能力是设计可靠性控制协议时的强大工具。诸如Reed-Solomon码或Tornado码的删除校正码对固定长度的块产生固定数量的编码单元。例如，对于包括B个输入单元的块，可产生N个编码单元。这N个编码单元可包括B个原始输入单元和N-B个冗余单元。如果存储允许，则发送器可对每个块计算编码单元集一次，并使用转盘协议来传送编码单元。一些FEC码的一个问题是它们需要额外的计算能力或存储器来作运算。另一个问题是所需编码单元的数量必需在编码过程之前确定。这可在高估分组的丢失速率时导致低效，并可在低估分组的丢失速率时导致故障。对于传统的FEC码，能产生的可能编码单元的数量与将块分成输入单元的数量在同一数量级上。通常，但并非排他地，这些编码单元的大多数和全部在发送步骤之前的预处理步骤中产生。这些编码单元具有这样的属性全部输入单元可从长度等于原始块或长度略大于原始块的编码单元的任何子集中再生。在美国专利6,307,487 (下文中称为Luby I并通过引用结合于此)中所述的连锁反应解码可提供解决以上问题的前向纠错的一种形式。对于连锁反应码，能产生的可能编码单元的池比输入单元的数量有更高数量级，且从概率池中随机地或伪随机地选择的编码单元可极快地产生。对于连锁反应码，编码单元可在按需基础上与发送步骤并发地即时产生。连锁反应码允许内容的所有输入单元能从长度略大于原始内容的随机或伪随机产生的编码单元集或子集中再生。诸如美国专利6,320,520、 6,373,406、 6,614,366、 6，411,223、 6,486,803、和公开号为20030058958的美国专利(下文中称为Shokrollahi I)的其它文件描述了各种连锁反应编码方案，并通过引用结合于此。使用连锁反应码的发送器可连续产生所发送的每个块的编码单元。这些编码单元可通过用户数据报协议(UDP)单播传送(或可应用的UDP多播传送)传送给接收器。假设每个接收器都装有解码单元，它解码适当数量的用分组接收的编码单元以获取原始块。可从Digital Fo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将数据传送入通信信道以允许该数据被可靠地接收的方法，该方法包括：　将要传送的数据组织成数据块，其中每个数据块包括多个编码单元；　在第一时间段期间将所述第一数据块的编码单元传送入所述通信信道；　检测所传送的编码单元的接收 的确认，所述确认来自所述编码单元的接收器；　基于所述检测的结果，确定所述接收器已接收或将接收足以在所述接收器处恢复所述第一数据块的所述第一数据块的编码单元的成功概率；　针对一阈值概率测试所述成功概率以确定是否满足预定测试；　 　在测试步骤之后并在接收在所述接收器处恢复第一数据块的接收器的确认之前，当满足所述预定测试时，传送第二数据块的编码单元；以及　如果接收到恢复第一数据块失败的指示，则发送更多的第一数据块的编码单元。

【技术特征摘要】
US 2003-10-8 60/509,9761.一种将数据传送入通信信道以允许该数据被可靠地接收的方法，该方法包括将要传送的数据组织成数据块，其中每个数据块包括多个编码单元；在第一时间段期间将所述第一数据块的编码单元传送入所述通信信道；检测所传送的编码单元的接收的确认，所述确认来自所述编码单元的接收器；基于所述检测的结果，确定所述接收器已接收或将接收足以在所述接收器处恢复所述第一数据块的所述第一数据块的编码单元的成功概率；针对一阈值概率测试所述成功概率以确定是否满足预定测试；在测试步骤之后并在接收在所述接收器处恢复第一数据块的接收器的确认之前，当满足所述预定测试时，传送第二数据块的编码单元；以及如果接收到恢复第一数据块失败的指示，则发送更多的第一数据块的编码单元。2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，每一编码单元都是IP分组。3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述失败的指示是(a)明确失败通知，或者(b)响应于未能在预定时间段内接收到确认成功恢复第一数据块的接收器确认而生成的。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更多的第一数据块的编码单元是(a)不同于在所述测试步骤之前发送的编码单元的附加编码单元，或者(b)测试步骤之前发送的编码单元的重发副本。5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，编码单元使用连锁反应编码过程、Tornado编码过程或者具有预定码率的另一前向纠错编码过程被编码。6. —种在接收器处从通信信道可靠地接收数据的方法，其中所接收的数据被组织成在数据块中传输，其中每个数据块包括多个编码单元，该方法包括在接收器处接收第一数据块的至少一些编码单元；向发送器发送编码单元的接收的确认；在恢复第一数据块的全部编码单元之前，在接收器处接收第二数据块的至少一些编码单元；在接收所述第二数据块的至少一个编码单元之后，确定是否已接收了足够的第一数据块的编码单元以在接收器处恢复第一数据块；如果确定恢复是可能的，则发送所述第一数据块的恢复的确认；以及如果确定恢复是不可能的，则发送对所述第一数据块的更多编码单元的请求， 而不丢弃先前接收的第二数据块的编码单元。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，每一编码单元都是IP分组。8. 如权利要求6所述的方法，编码单元是经连锁反应代码编码的编码单元、经Tornado代码编码的编码单元或者经具有预定码率的其它前向纠错编码的编码单元。9. 一种将数据传送入通信信道以允...

【专利技术属性】
技术研发人员：M路比，M道克雷夫，A威德森，S拉森，
申请(专利权)人：数字方敦股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]