[發明專利]基于網絡編碼的傳輸控制協議的數據傳輸方法

有效

• 申請號: 201710588549.0
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107634823B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 銀帆;唐小虎;陳慶春;梁宏斌
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H04L1/18
• 分類號: H04L1/18;H04L1/00;H04L29/08
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張輝

本發明公開了一種基于網絡編碼的傳輸控制協議的數據傳輸方法，包括：在編碼端和譯碼端的傳輸控制協議層與網際協議層之間加入網絡編碼層，其中編碼端的網絡編碼層實現網絡編碼，譯碼端的網絡編碼層實現譯碼和應答；譯碼端的網絡編碼層根據編碼數據包的情況產生ACK應答報文，并在ACK中添加編碼首部，通知發送端譯碼矩陣情況；編碼端修改傳輸控制協議層的快速重傳機制，使其更準確有效地重傳丟失的數據包。本發明可以在網絡編碼的情況下，優化快速重傳機制，使其更加適用于無線網絡環境下基于網絡編碼的傳輸控制協議。

技術領域

本發明涉及網絡編碼技術以及傳輸控制協議(TCP，Transmission ControlProtocol)的改進技術，具體是一種基于網絡編碼的傳輸控制協議的數據傳輸方法。

背景技術

TCP是一種面向連接的，提供可靠字節流服務的傳輸層通信協議。由于TCP是通過試探的方式來確定網絡擁塞情況，因此在發送網絡丟包時，TCP都會認為其為擁塞導致，從而觸發擁塞算法，降低發送速率。可見，TCP在無線網絡中不能很好地適應無線場景下傳輸丟包。

以TCP-Reno協議為例，這是目前應用最為廣泛的TCP協議之一。TCP-Reno協議有四個傳輸階段：慢啟動、擁塞避免、快速恢復和快速重傳。TCP維護了兩個變量：擁塞窗口大小(cwnd)和慢啟動門限(ssthresh)。cwnd的初始值設為最大報文段大小(MSS)。一個TCP連接建立起來后，首先進入慢啟動階段。對于每一個ACK，cwnd增長一個MSS大小；因此，cwnd隨著往返時延(Round-Trip Times，RTT)進行指數增長。當cwnd超過了ssthresh，TCP發送端進入擁塞避免階段。當發送窗口內所有的報文都被確認后，cwnd才會增長一個MSS大小，也就是說cwnd隨著RTT線性增長。如果傳輸鏈路中的某個節點因為擁塞而導致了丟包，或者發送端收到3個重復ACK，或者發送端的重傳定時器超時，發送端都會減小cwnd的值，進而減小發送速度，以便緩解鏈路的擁塞狀況。

TCP-Reno這套機制在諸如光纖骨干網這種有線網絡環境下可以高效工作，然而在類似無線環境的有損信道下卻由于先天設計上的劣勢而表現不佳。傳統TCP協議為了保證快速、可靠傳輸和鏈路公平性，設計了丟包模型，其前提是鏈路中絕大部分丟包都是因為擁塞導致。網絡擁塞產生的原因總體上分為四種：緩沖區容量有限、傳輸鏈路的頻帶有限、節點處理能力有限和網絡中某部分發生故障。在有線網絡中，傳輸出錯的概率極低，也不存在障礙物阻擋導致的鏈路短暫中斷的可能，因此，有線網絡中出現的丟包離不開上面所列的四種情形，對于出現的丟包，TCP協議就應該減小擁塞窗口，降低將數據發往網絡的速率，以減輕網絡擁塞狀況。而無線網絡，特別是移動網絡，經常面臨鏈路丟包、錯包頻繁。此時如果依然將丟包看做是鏈路擁塞的標志顯然是不恰當的。

無線環境下的有損信道會讓標準TCP錯誤地啟動擁塞控制機制，其主要表現為網絡吞吐率的下降、網絡資源無法充分利用和對數據傳輸的頻繁打斷。如果一個往返時延(RTT)內僅僅出現一個丟包的話，TCP-Reno協議引入的快速重傳和快速恢復算法能夠從零星的隨機丟包中很快恢復過來。然而，在實際的無線網絡環境下，經常出現突發錯誤，也因此有很高概率在一個RTT內出現多個報文丟失的情況。此外，一個RTT內多次失敗的重傳會導致TCP的RTO快速增大，擁塞窗口乘法減小。標準TCP吞吐率出現了急劇下降。對于丟失的報文，TCP是依靠ACK機制來重傳，確保可靠傳輸，這一來一回又增大了傳輸時延。不難看出，傳統TCP協議在無線環境下傳輸時延大、吞吐率不高。有損信道下，丟包不僅會讓TCP的吞吐率大幅下降，同時丟包引起的重傳也會顯著增加傳輸時延。提高TCP協議應對有損信道的能力可以大幅提高提高無線環境下TCP連接的吞吐量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于網絡編碼的傳輸控制協議的數據傳輸方法，解決網絡編碼引入后快速重傳機制被弱化的問題，提高TCP快速重傳機制與網絡編碼的相容程度，彌補了網絡編碼下動態冗余度調整靈敏度不夠高的不足。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：