[發(fā)明專利]基于網(wǎng)絡編碼的傳輸控制協(xié)議的編譯碼方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710588547.1
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107547436B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設計）人: 蘭小龍;陳慶春;唐小虎;梁宏斌
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H04L12/823
• 分類號: H04L12/823;H04L12/835
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張輝

1.一種基于網(wǎng)絡編碼的傳輸控制協(xié)議的編譯碼方法，其特征在于，包括編碼方法和譯碼方法，具體如下：

編碼方法

步驟1：在編碼端，位于傳輸控制協(xié)議TCP層與網(wǎng)際協(xié)議IP層之間的網(wǎng)絡編碼層設有一個網(wǎng)絡編碼緩存區(qū)，所述網(wǎng)絡編碼緩存區(qū)存放來自傳輸控制協(xié)議TCP層的數(shù)據(jù)包，設定初始值N＝0，循環(huán)執(zhí)行步驟2，直到傳輸控制協(xié)議TCP層沒有數(shù)據(jù)抵達網(wǎng)絡編碼層為止；

步驟2：當有新的數(shù)據(jù)報文從傳輸控制協(xié)議TCP層抵達網(wǎng)絡編碼緩存區(qū)之后，根據(jù)傳輸控制協(xié)議TCP頭部的字節(jié)序號按順序存放在網(wǎng)絡編碼緩存區(qū)當中；發(fā)送端會對最近抵達的W個傳輸控制協(xié)議TCP數(shù)據(jù)報文進行編碼并發(fā)送；

編碼數(shù)據(jù)包分為兩類，分別為正常編碼數(shù)據(jù)包和冗余編碼數(shù)據(jù)包，冗余編碼數(shù)據(jù)包是為了彌補網(wǎng)絡中丟包，發(fā)送端額外多發(fā)出來的數(shù)據(jù)包；設定的冗余度R需滿足R≥1/(1-P_e)，其中，P_e為網(wǎng)絡中實際的丟包率；

發(fā)送編碼數(shù)據(jù)報文的具體步驟為：

步驟2.1：每當有新的數(shù)據(jù)包抵達網(wǎng)絡編碼緩存區(qū)之后，令N＝N+R，然后執(zhí)行操作：如果則構造一個正常編碼數(shù)據(jù)包；如果則構造一個正常編碼數(shù)據(jù)包和個冗余編碼數(shù)據(jù)包，其中表示向下取整運算；

步驟2.2：構造正常編碼數(shù)據(jù)包和冗余編碼數(shù)據(jù)包

如果傳輸控制協(xié)議TCP報文負載長度不一致，設該W個傳輸控制協(xié)議TCP數(shù)據(jù)報文中最長的數(shù)據(jù)報文長度為L，采用補零的方式使所有報文數(shù)據(jù)長度一致，具體如下：

步驟2.2.1：對正常編碼數(shù)據(jù)包，將編碼緩存區(qū)中最近抵達的W個數(shù)據(jù)包全部進行異或操作，即產(chǎn)生新的編碼數(shù)據(jù)包表示為

P_i表示第i個就近到達的傳輸控制協(xié)議TCP數(shù)據(jù)報文，i＝1，2，...，W；

步驟2.2.2：對冗余編碼數(shù)據(jù)包，將編碼緩存區(qū)中最近抵達的W個數(shù)據(jù)包按如下方式進行編碼運算

其中，k是從1～255中隨機選取的整數(shù)，a_i^k(i＝1,2,...,W)為第i個數(shù)據(jù)包的編碼系數(shù)，a_i是從有限域GF(2⁸)選出的，其加法和乘法運算都是在有限域GF(2⁸)下完成的；

步驟2.3：填充編碼頭部；編碼頭部包括源端口、目的端口、編碼窗口大小、系數(shù)指示位、起始報文的序列號Start₁，后W-1個原始傳輸控制協(xié)議TCP數(shù)據(jù)報文的相對序列號Start₂～Start_W；

步驟2.4：令將已編碼的數(shù)據(jù)包發(fā)送到IP層；

譯碼方法

步驟1：在譯碼端，位于在傳輸控制協(xié)議TCP層與網(wǎng)絡層之間的網(wǎng)絡編碼層設有譯碼緩存區(qū)，所述譯碼緩存區(qū)用于存放已收到的編碼數(shù)據(jù)包；構建一個譯碼矩陣，用于對編碼數(shù)據(jù)包的系數(shù)執(zhí)行高斯消元運算；

步驟2：當有新的數(shù)據(jù)報文從網(wǎng)際協(xié)議IP層抵達網(wǎng)絡編碼層之后，將編碼數(shù)據(jù)報文存放在譯碼緩沖區(qū)，并檢查該數(shù)據(jù)包是否是用于建立連接的控制報文，如果是，則直接上交給傳輸控制協(xié)議TCP層；否則就執(zhí)行以下操作：

步驟2.1：根據(jù)系數(shù)指示位，判斷抵達的編碼數(shù)據(jù)報文是正常編碼數(shù)據(jù)包還是冗余編碼數(shù)據(jù)包，若是正常編碼數(shù)據(jù)包，則將其編碼系數(shù)直接加入到譯碼矩陣中；若是冗余編碼數(shù)據(jù)包，則判斷其所涉及參與編碼的原始傳輸控制協(xié)議TCP報文是否被全部譯出，若是，則直接將該冗余編碼包給丟掉；若否，則將冗余編碼數(shù)據(jù)包的編碼系數(shù)提取出來并加入到譯碼矩陣中；

步驟2.2：若有編碼系數(shù)被添加到譯碼矩陣中，則根據(jù)這些編碼系數(shù)執(zhí)行高斯消元，將譯碼矩陣化成上三角矩陣，判斷該編碼數(shù)據(jù)包是否能有益于譯出原始傳輸控制協(xié)議TCP數(shù)據(jù)報文，即判斷矩陣的秩是否增加，若該數(shù)據(jù)包有益于譯碼，則構造一個應答報文ACK發(fā)送到網(wǎng)際協(xié)議IP層，對應的編碼數(shù)據(jù)報文與譯碼矩陣做相同的操作；

步驟2.3：如果有數(shù)據(jù)包被譯出，則將譯碼出的數(shù)據(jù)包立即發(fā)送到傳輸控制協(xié)議TCP層；

步驟2.4：根據(jù)當前譯碼矩陣的情況，在譯碼緩沖區(qū)中刪除對后續(xù)譯碼操作無用的數(shù)據(jù)報文，即刪除譯碼矩陣中最早數(shù)據(jù)包對應序號之前的數(shù)據(jù)報文。