專利名稱：一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸方法及收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到數(shù)據(jù)的單向可靠傳輸技術(shù)，可以有效的解決數(shù)據(jù)包在單向傳輸過程中出現(xiàn)包內(nèi)比特差錯(cuò)和數(shù)據(jù)包丟失的自校驗(yàn)、自恢復(fù)，屬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
單向信道主要應(yīng)用場(chǎng)景隔離網(wǎng)閘的信息安全傳輸系統(tǒng)、深空通信、廣播電視通信 系統(tǒng)等。單向信道下傳輸信息不可靠性包括數(shù)據(jù)包內(nèi)比特的錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)包的丟失兩個(gè)方 面。為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，目前較常用的技術(shù)自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQ)技術(shù)和前向 糾錯(cuò)(FEC)技術(shù)。ARQ技術(shù)通過反饋信道，將丟失的數(shù)據(jù)段信息反饋給發(fā)送方，發(fā)送方重 新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)段；FEC技術(shù)通過對(duì)數(shù)據(jù)包分組添加冗余包，使得發(fā)送的數(shù)據(jù)包組具有 一定的丟包恢復(fù)能力。FEC技術(shù)包括基于糾錯(cuò)碼和基于糾刪碼的。糾錯(cuò)碼是不知道差錯(cuò)的 位置，需要足夠多的冗余信息，以便能在接收端能自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)，如漢明碼、里德-所 羅門碼(RS碼)、卷積碼、LDPC碼等。糾刪碼應(yīng)用于刪除信道，如在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)，可以通 過包號(hào)信息判斷出差錯(cuò)的位置，發(fā)送端可以少發(fā)一些冗余包，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。目前常用 RS糾刪碼，奇偶校驗(yàn)碼等碼型，但是現(xiàn)有的糾刪碼方案對(duì)于連續(xù)丟包的恢復(fù)性能很差。單向信道的典型特點(diǎn)是發(fā)送端和接收端的信息傳輸時(shí)只能單向傳遞，發(fā)送端和接 收端沒有任何的信息交互，當(dāng)接收端的接收到的數(shù)據(jù)包出現(xiàn)比特錯(cuò)誤或包丟失的情況下， 發(fā)送端不能將差錯(cuò)信息反饋給發(fā)送端。所以不能通過自動(dòng)重傳來解決傳輸?shù)倪^程中數(shù)據(jù)包 的丟失和出錯(cuò)。只能采用FEC的方法，在發(fā)送端添加一些冗余信息，利用數(shù)據(jù)的相關(guān)性，在 接收端自動(dòng)糾正在傳輸中包內(nèi)的錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)包丟失。由于單向信道的特殊性，目前國際國內(nèi)都沒有一個(gè)十分完美的解決方案來完善解 決單向信道下的數(shù)據(jù)包可靠傳輸問題?，F(xiàn)有技術(shù)中雖然可以通過糾錯(cuò)碼的技術(shù)恢復(fù)出數(shù) 據(jù)，但對(duì)數(shù)據(jù)包的丟失恢復(fù)能力差，特別是連續(xù)丟包的恢復(fù)能力比較差，而且現(xiàn)有的技術(shù)沒 有很好的兼顧單向信道下數(shù)據(jù)包內(nèi)信息的糾錯(cuò)和丟包恢復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述種種原因，本發(fā)明的目的之一是提供一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸?shù)?方法，解決數(shù)據(jù)單向傳輸時(shí)不能很好的兼顧包內(nèi)糾錯(cuò)和丟包恢復(fù)的技術(shù)問題。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、發(fā)送端將信息數(shù)據(jù)塊分成相等大小的信息數(shù)據(jù)包序列，作為一個(gè)編碼包組；(2)、將一個(gè)編碼包組劃分成幾個(gè)子編碼包組的聯(lián)合，再按照糾刪碼的編碼規(guī)則生 成每個(gè)子編碼包組的冗余包，每個(gè)子編碼包組加上生成的冗余包構(gòu)成一個(gè)子包組；(3)、對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行CRC碼(循環(huán)冗余碼)編碼，得到校驗(yàn)信息；(4)、對(duì)各組數(shù)據(jù)包和該組的冗余包進(jìn)行編號(hào)，使每個(gè)數(shù)據(jù)包有唯一的ID號(hào)，包括兩級(jí)編號(hào)包組號(hào)和子包組號(hào)；(5)、對(duì)所有數(shù)據(jù)包包內(nèi)進(jìn)行FEC(前向糾錯(cuò))編碼；(6)、將所述的編碼包組發(fā)送到接收端，發(fā)送時(shí)傳輸協(xié)議選擇UDP協(xié)
議(用戶數(shù)據(jù) 報(bào)協(xié)議)；(7)、接收端緩存下接收到的數(shù)據(jù)，再對(duì)接收到的所有數(shù)據(jù)包進(jìn)行包內(nèi)FEC解碼， 選用的碼型與發(fā)送端的對(duì)應(yīng)；(8)、將數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行CRC校驗(yàn)；(9)、通過每個(gè)數(shù)據(jù)包的ID號(hào)信息判斷是否丟包，如果子包組內(nèi)沒有數(shù)據(jù)包丟失 或丟失的數(shù)據(jù)包為冗余包，進(jìn)入步驟(10)；如果發(fā)現(xiàn)非冗余包丟失，則在子包組內(nèi)利用編 碼時(shí)建立的數(shù)據(jù)包相關(guān)性恢復(fù)出丟失的信息數(shù)據(jù)包；(10)、提取每個(gè)子包組的信息數(shù)據(jù)包，去除冗余包，還原出一個(gè)編碼包組，將信息 數(shù)據(jù)包傳遞給上層應(yīng)用?；谏鲜龇桨福襟E(2)中的子編碼包組的聯(lián)合是指設(shè)定要對(duì)M個(gè)子編碼包組進(jìn) 行包組聯(lián)合，則將信息數(shù)據(jù)包的序列編號(hào)每相差為M的數(shù)據(jù)包組成包含N-I個(gè)數(shù)據(jù)包的子 編碼包組；所述包層糾刪碼選用的為(N-1，N)的奇偶校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)包相同位進(jìn)行模2加生成 冗余包?；谏鲜龇桨?，步驟(5)中，選用線性分組碼、卷積碼、turbo碼、LDPC碼等碼型對(duì) 數(shù)據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，用來對(duì)抗傳輸過程中數(shù)據(jù)包內(nèi)比特層錯(cuò)誤?；谏鲜龇桨?，步驟(6)中，首先將這些信息包發(fā)送出去，再發(fā)送冗余包。一般采 用UDP協(xié)議，在一些特定場(chǎng)合如隔離網(wǎng)閘傳輸系統(tǒng)中，使用自定義的無反饋傳輸協(xié)議?；谏鲜龇桨福襟E(8)中，將接收端的每個(gè)數(shù)據(jù)包的信息/CRC生成多項(xiàng)式(二 進(jìn)制除法)，如果能除盡說明在完成包內(nèi)FEC解碼后數(shù)據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)沒有錯(cuò)誤，否則說明數(shù)據(jù) 包內(nèi)信息仍然有錯(cuò)，將其看成是丟包。基于上述方案，步驟(9)中，有信息數(shù)據(jù)包丟失的子包組完成包層糾刪碼解碼，這 里選用糾刪碼是奇偶校驗(yàn)碼；當(dāng)超過所述的子包組的丟包恢復(fù)能力時(shí)，接收端向上層報(bào)告 不能恢復(fù)的數(shù)據(jù)包的包號(hào)。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸?shù)难b置。為了達(dá)到上 述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸?shù)陌l(fā)送端裝置，包括數(shù)據(jù)包產(chǎn)生模塊，用于將待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)包按順序劃分成信息數(shù)據(jù)包序列，作 為一個(gè)編碼包組，將編碼包組進(jìn)行分組，形成多個(gè)子編碼包組的聯(lián)合；包層糾刪碼編碼模塊，用于將每個(gè)子編碼包組按照糾刪碼編碼方式，生成冗余 包；CRC編碼模塊，用于將每個(gè)數(shù)據(jù)包內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC編碼，生成的校驗(yàn)信息；數(shù)據(jù)封裝模塊，用于將CRC校驗(yàn)信息、二級(jí)編號(hào)的信息和數(shù)據(jù)包組大小信息等封 裝在數(shù)據(jù)包的包頭；包內(nèi)FEC編碼模塊用于建立包內(nèi)比特之間的相關(guān)性，對(duì)抗傳輸過程中數(shù)據(jù)包內(nèi) 部出現(xiàn)的比特級(jí)錯(cuò)誤，選用線性分組碼、卷積碼、turbo碼、LDPC碼等碼型；傳輸模塊，用于將數(shù)據(jù)包發(fā)送到接收端，可以采用UDP協(xié)議或自定義的無反饋傳輸協(xié)議。基于上述技術(shù)方案，其特征在于數(shù)據(jù)包產(chǎn)生模塊中每個(gè)子編碼包組是將每相差為 M的信息包構(gòu)成，其中M表示設(shè)定的能恢復(fù)的連續(xù)丟包的個(gè)數(shù)；所述包層糾刪碼編碼模塊是 指能對(duì)每個(gè)子包組的信息數(shù)據(jù)包按照(N_1，N)的奇偶檢驗(yàn)碼編碼。一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸?shù)慕邮斩搜b置，包括數(shù)據(jù)緩存模塊接收數(shù)據(jù)包分組，在一段時(shí)間內(nèi)緩存接收到的數(shù)據(jù)包；包內(nèi)FEC解碼模塊，用于糾正數(shù)據(jù)包傳輸過程中的數(shù)據(jù)包內(nèi)出現(xiàn)的比特錯(cuò)誤，恢 復(fù)出每個(gè)數(shù)據(jù)包包內(nèi)FEC編碼前的數(shù)據(jù)；CRC校驗(yàn)?zāi)K，用于將接收端的每個(gè)數(shù)據(jù)包的信息除以CRC生成多項(xiàng)式(二進(jìn)制除 法)，判斷數(shù)據(jù)包的信息位在包層FEC解碼是否還有錯(cuò)誤；數(shù)據(jù)包檢測(cè)模塊，用于確定在傳輸過程中哪些數(shù)據(jù)包丟失，并將丟失數(shù)據(jù)包的包 號(hào)和丟失數(shù)據(jù)包的總數(shù)保存下來；包層糾刪碼解碼模塊，用于恢復(fù)出每個(gè)子包組的丟失的信息數(shù)據(jù)包；數(shù)據(jù)提取模塊，用于將每個(gè)數(shù)據(jù)包組中的信息包提取出來，去除冗余包，并去除每 個(gè)包頭的CRC校驗(yàn)信息、包號(hào)信息和數(shù)據(jù)包組大小信息。基于上述技術(shù)方案，所述的包層糾刪碼解碼模塊進(jìn)一步包括恢復(fù)判決模塊，用于判斷是否超出了所選碼型的丟包恢復(fù)能力；丟包恢復(fù)模塊，用于利用冗余數(shù)據(jù)包恢復(fù)出每個(gè)子包組中丟失的數(shù)據(jù)包本發(fā)明提供基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸方法及收發(fā)裝置，具有以下的優(yōu)點(diǎn)(1)兼顧了包內(nèi)信息糾錯(cuò)和丟包恢復(fù)，還對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行了自校驗(yàn)，為單向信道 下數(shù)據(jù)的可靠傳輸提供了保障；(2)通過信息數(shù)據(jù)包的包組聯(lián)合，使得相鄰的數(shù)據(jù)包在空間上進(jìn)行了分離，在網(wǎng)絡(luò) 傳輸情況變壞的情況下，對(duì)連續(xù)丟包具有很好的抵抗作用；(3)接收端在信息數(shù)據(jù)包沒出錯(cuò)時(shí)直接丟棄冗余包，使得解碼的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于發(fā) 送端編碼的速度，這樣避免了因發(fā)送端發(fā)送過快導(dǎo)致接收端緩存溢出而造成數(shù)據(jù)包丟失的 情況；(4)根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不同的性能需求，可以靈活的調(diào)整糾刪碼編碼的效率和 丟包恢復(fù)性能。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框架Ia為本發(fā)明接收端的糾刪碼解碼模塊組成2為本發(fā)明的處理流程圖
具體實(shí)施例方式下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。圖1示例了本發(fā)明的系統(tǒng)框架，該系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端兩部分，發(fā)送端進(jìn)一 步包括數(shù)據(jù)包產(chǎn)生模塊、包層糾刪碼編碼模塊、CRC編碼模塊、數(shù)據(jù)封裝模塊、包內(nèi)FEC編碼 模塊、傳輸模塊。其中數(shù)據(jù)包產(chǎn)生模塊用于將待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)包按順序劃分成信息數(shù)據(jù)包序列，將編號(hào)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分組。包層糾刪碼編碼模塊用于將每個(gè)子編碼包組按照糾刪 碼編碼方式，生成冗余包。CRC校驗(yàn)?zāi)K。用于將每個(gè)數(shù)據(jù)包內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC編碼，生成 的校驗(yàn)信息。數(shù)據(jù)封裝模塊用于將CRC校驗(yàn)信息、二級(jí)編號(hào)的信息和數(shù)據(jù)包組大小信息封 裝在數(shù)據(jù)包的包頭。包內(nèi)FEC編碼模塊選用漢明碼，卷積碼等糾錯(cuò)碼型，用來對(duì)抗傳輸過程 中數(shù)據(jù)包內(nèi)比特錯(cuò)誤。傳輸模塊用于將數(shù)據(jù)包發(fā)送到接收端，可以采用UDP協(xié)議或自定義 的無反饋傳輸協(xié)議。接收端進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)緩存模塊、包內(nèi)FEC解碼模塊、CRC校驗(yàn)?zāi)K、數(shù)據(jù)包檢測(cè) 模塊、包層糾刪碼解碼模塊和數(shù)據(jù)提取模塊。其中，數(shù)據(jù)緩存模塊用于接收數(shù)據(jù)包分組，在 一段時(shí)間內(nèi)緩存收到的數(shù)據(jù)包。包內(nèi)FEC解碼模塊用于恢復(fù)出每個(gè)數(shù)據(jù)包包內(nèi)FEC編碼前 的數(shù)據(jù)，糾正數(shù)據(jù)包傳輸過程中的數(shù)據(jù)包內(nèi)比特錯(cuò)誤。CRC校驗(yàn)?zāi)K用于用于將接收端的每 個(gè)數(shù)據(jù)包的信息除以CRC生成多項(xiàng)式(二進(jìn)制除法)，判斷數(shù)據(jù)包的信息位在包層FEC解碼 是否還有錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)包檢測(cè)模塊用于確定在傳輸過程中哪些數(shù)據(jù)包丟失，并將丟失數(shù)據(jù)包 的包號(hào)和丟失數(shù)據(jù)包總數(shù)保存下來。包層糾刪碼解碼模塊用于恢復(fù)出每個(gè)子包組丟失的信 息數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)提取模塊用于將每個(gè)數(shù)據(jù)包組中的信息包提取出來，去除冗余包，并去除每 個(gè)包頭的CRC校驗(yàn)信息、包號(hào)信息和數(shù)據(jù)包組大小信息。圖Ia包層糾刪碼解碼模塊又包括恢復(fù)判決模塊和丟包恢復(fù)模塊?；謴?fù)判決模塊， 用于判斷是否超出了所選碼型的丟包恢復(fù)能力。丟包恢復(fù)模塊，用于利用冗余數(shù)據(jù)包恢復(fù) 出每個(gè)子包組中丟失的數(shù)據(jù)包，本發(fā)明一最佳實(shí)例是選用奇偶校驗(yàn)碼來解碼。以下結(jié)合圖2，對(duì)本發(fā)明提出的單向信道下數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)姆椒ㄟM(jìn)行詳細(xì)地描述， 該方法包括以下步驟步驟1 當(dāng)發(fā)送端有數(shù)據(jù)需發(fā)送時(shí)，首先將數(shù)據(jù)塊劃分成連續(xù)的多個(gè)信息數(shù)據(jù)包。這里的原始數(shù)據(jù)包的大小由上層應(yīng)用決定，如文件大小或視頻圖像的一幀構(gòu)成原 始的數(shù)據(jù)塊，對(duì)于上層應(yīng)用連續(xù)輸出數(shù)據(jù)流的情況，也可自行設(shè)定。步驟2 發(fā)送端對(duì)原始數(shù)據(jù)包序列分成幾個(gè)子編碼包組，然后按包層糾刪碼的規(guī) 則進(jìn)行編碼，生成每個(gè)子編碼包組的冗余包。先將數(shù)據(jù)包組分成幾個(gè)子編碼包組，規(guī)則如果要對(duì)抗M個(gè)連續(xù)的丟包，將數(shù)據(jù)包 分成M組，編號(hào)相差為M的數(shù)據(jù)生成一個(gè)子編碼包組。每個(gè)子編碼包組按照糾刪碼的規(guī)則 進(jìn)行編碼，選用的糾刪碼為奇偶校驗(yàn)碼，生成一個(gè)冗余包。可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的好壞來調(diào)整 M的大小，進(jìn)而改變對(duì)抗連續(xù)丟包的性能。冗余包的生成方式有多種，本發(fā)明的一最佳實(shí)例 采用奇偶校驗(yàn)碼的包層編碼來獲得冗余包，即每個(gè)子包組內(nèi)的冗余包由該子包組內(nèi)的信息 數(shù)據(jù)包按奇偶校驗(yàn)碼包層編碼規(guī)則來得到。例如一個(gè)原始數(shù)據(jù)塊總共可分為8個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)包，分別是~、4、^、~、81、82、B3、B4 ；根據(jù)信道的干擾情況，如果希望對(duì)抗連續(xù)丟包的能力為4，即形成4個(gè)編碼包組，每相 差為 4 的數(shù)據(jù)包形成一個(gè)子編碼包組，P1 = (A1, B1)，P2 = (A2, B2)，P3 = (A3, B3)，P4 = (A4, B4)。每一個(gè)子編碼包組按照奇偶校驗(yàn)碼包組編碼規(guī)則進(jìn)行編碼，分別得到冗余數(shù)據(jù)包Cp C2、C3、C4，其中C, = Ai十明<i<4)，即數(shù)據(jù)包的對(duì)應(yīng)位取模2加生成冗余包的對(duì)應(yīng)位。編碼 后形成了 四個(gè)子包組，分別是(A1, B1, C1)，(A2, B2, C2)，(A3, B3, C3)，(A4, B4, C4)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò) 情況不同可以做到丟包恢復(fù)性能、編碼效率的靈活調(diào)整，如果希望對(duì)抗連續(xù)的10個(gè)數(shù)據(jù)包 丟失，要將原始的數(shù)據(jù)包組分成10個(gè)子編碼包組，即形成了 10個(gè)編碼包組的聯(lián)合；若希望調(diào)整碼率，可以調(diào)整每個(gè)子編碼包組中的信息數(shù)據(jù)包的數(shù)目。步驟3 對(duì)各組數(shù)據(jù)包及冗余包進(jìn)行CRC編碼，得到校驗(yàn)位信息。
此步驟采用的是CRC-16的編碼方案，每個(gè)數(shù)據(jù)包得到兩個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)位信息。步驟4 將所得到的CRC校驗(yàn)信息和每個(gè)數(shù)據(jù)包的包號(hào)信息及數(shù)據(jù)包組的大小信 息封裝在數(shù)據(jù)包的包頭。數(shù)據(jù)包的包號(hào)信息包括編碼包組的包號(hào)和子編碼包組的包號(hào)。因?yàn)閱蜗蛐诺老拢?接收端不能判斷什么時(shí)候接收要結(jié)束，只能將數(shù)據(jù)包大小信息封裝在數(shù)據(jù)包的頭部，這樣 方便接收端獲悉何時(shí)停止接收數(shù)據(jù)。步驟5 ；數(shù)據(jù)包內(nèi)信息進(jìn)行包內(nèi)FEC編碼，建立起包內(nèi)信息的比特層的相關(guān)性，使 數(shù)據(jù)包具有比特層的差錯(cuò)恢復(fù)能力。此步驟中包內(nèi)FEC編碼可以采用線性分組碼、卷積碼、Turbo碼、LDPC碼等碼型，在 本發(fā)明中采用(2，1，7)卷積碼或(4，7)漢明碼。步驟6 發(fā)送端通過傳輸信道將信息數(shù)據(jù)包和冗余數(shù)據(jù)包發(fā)送給接收端。不限制發(fā)送數(shù)據(jù)的方式，一種最佳的方式是將將信息數(shù)據(jù)包先發(fā)送，再將冗余包 發(fā)送，這樣方便信息數(shù)據(jù)包的提取。一般采用UDP協(xié)議；在一些特定場(chǎng)合如隔離網(wǎng)閘傳輸系 統(tǒng)中，使用自定義的無反饋傳輸協(xié)議。步驟7 數(shù)據(jù)包內(nèi)信息的FEC解碼，選用的碼型與發(fā)送端FEC編碼碼型對(duì)應(yīng)，還原 出FEC編碼前的數(shù)據(jù)，糾正在傳輸過程中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)包內(nèi)比特錯(cuò)誤。步驟8 接收端對(duì)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，每個(gè)數(shù)據(jù)包的信息除以CRC生成多項(xiàng)式(二進(jìn)制 除法)，如果能除盡說明在完成包內(nèi)FEC解碼后數(shù)據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)沒有錯(cuò)誤，否則說明數(shù)據(jù)包內(nèi) 信息仍然有錯(cuò)，將其看成是丟包。步驟9 數(shù)據(jù)包檢測(cè)是指通過讀取包號(hào)信息判斷傳輸過程中是否有數(shù)據(jù)包的丟 失，如果有丟失，將丟失的數(shù)據(jù)包的包號(hào)信息記錄下來。步驟10 將步驟8中數(shù)據(jù)包內(nèi)信息不能被CRC生成多項(xiàng)式整除的數(shù)據(jù)包看作是丟 包，將差錯(cuò)數(shù)據(jù)包的包號(hào)信息傳遞給步驟11。步驟11 接收端判斷是否有信息數(shù)據(jù)包丟失，如果有信息數(shù)據(jù)包丟失，則執(zhí)行步 驟12，否則，執(zhí)行步驟13。在本發(fā)明中，由于每個(gè)數(shù)據(jù)包包頭都有包的二級(jí)編號(hào)，接收端對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行預(yù)處 理后，可以通過包號(hào)信息來判斷數(shù)據(jù)包是否丟失，數(shù)據(jù)包丟失的另一種情況是，根據(jù)CRC校 驗(yàn)信息判斷的。步驟12 接收端判斷能否恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)包，如果可以恢復(fù)則執(zhí)行步驟13，如果 不能回復(fù)則執(zhí)行步驟13。此步驟中，不可恢復(fù)的情況是指一個(gè)數(shù)據(jù)包組中同時(shí)丟失了兩個(gè)或兩個(gè)以上的 數(shù)據(jù)包的情況。如對(duì)應(yīng)步驟2中的例子，數(shù)據(jù)包 為或 乂同時(shí)丟失，這種情況A1J1都不能被 恢復(fù)出來。步驟13 顯示丟包后不能進(jìn)行恢復(fù)的數(shù)據(jù)包的包號(hào)。步驟14 利用包層糾刪碼解碼，根據(jù)包層糾刪碼的特性恢復(fù)出傳輸過程中可能丟 失的數(shù)據(jù)包。
本發(fā)明的一最佳實(shí)例選用的糾刪碼是奇偶校驗(yàn)碼，恢復(fù)的方法是將每一個(gè)子包 組中未丟失的信息數(shù)據(jù)包與該包組中的冗余數(shù)據(jù)包按照包層奇偶校驗(yàn)碼的解碼規(guī)則，恢復(fù) 出丟失的數(shù)據(jù)包，奇偶校驗(yàn)碼解碼就是完成每個(gè)數(shù)據(jù)包相同位取模2加運(yùn)算。對(duì)應(yīng)步驟2中的例子，如果數(shù)據(jù)包A1在傳輸過程中丟失，可以通過為=C1 錢(即 C1, B1數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)位進(jìn)行模2加)。如果連續(xù)丟失四個(gè)數(shù)據(jù)包，如^、~、B。B2，則可以分別 用4 = C3 Φ馬等將丟失的數(shù)據(jù)包恢復(fù)。如果是冗余包中丟失一個(gè)或若干個(gè)，如c2、C3丟失， 直接將之丟棄，提取出信息包就完成了解碼。
步驟15 提取包組內(nèi)的信息數(shù)據(jù)包，刪除冗余包。將信息數(shù)據(jù)包傳遞給上層，并去 除每個(gè)包頭的CRC校驗(yàn)信息、包號(hào)信息和數(shù)據(jù)包組大小信息，結(jié)束當(dāng)前處理流程。本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)所作的均等變化或修 飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、發(fā)送端將信息數(shù)據(jù)塊分成相等大小的信息數(shù)據(jù)包序列，作為一個(gè)編碼包組；(2)、將一個(gè)編碼包組劃分成幾個(gè)子編碼包組的聯(lián)合，再按照糾刪碼的編碼規(guī)則生成每個(gè)子編碼包組的冗余包，每個(gè)子編碼包組加上生成的冗余包構(gòu)成一個(gè)子包組；(3)、對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行CRC碼(循環(huán)冗余碼)編碼，得到校驗(yàn)信息；(4)、對(duì)各組數(shù)據(jù)包和該組的冗余包進(jìn)行編號(hào)，使每個(gè)數(shù)據(jù)包有唯一的ID號(hào)，包括兩級(jí)編號(hào)包組號(hào)和子包組號(hào)；(5)、對(duì)所有數(shù)據(jù)包包內(nèi)進(jìn)行FEC(前向糾錯(cuò))編碼；(6)、將所述的編碼后的數(shù)據(jù)包組發(fā)送到接收端，發(fā)送時(shí)傳輸協(xié)議選擇UDP協(xié)議(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)；(7)、接收端緩存下接收到的數(shù)據(jù)，再對(duì)接收到的所有數(shù)據(jù)包進(jìn)行包內(nèi)FEC解碼，選用的碼型與發(fā)送端的對(duì)應(yīng)；(8)、將數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行CRC校驗(yàn)；(9)、通過每個(gè)數(shù)據(jù)包的ID號(hào)信息判斷是否丟包，如果子包組內(nèi)沒有數(shù)據(jù)包丟失或丟失的數(shù)據(jù)包為冗余包，進(jìn)入步驟(10)；如果發(fā)現(xiàn)非冗余包丟失，則在子包組內(nèi)利用編碼時(shí)建立的數(shù)據(jù)包相關(guān)性恢復(fù)出丟失的信息數(shù)據(jù)包；(10)、提取每個(gè)子包組的信息數(shù)據(jù)包，去除冗余包，還原出一個(gè)編碼包組，將信息數(shù)據(jù)包傳遞給上層應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中的子編碼包組的聯(lián)合是指設(shè) 定要對(duì)M個(gè)子編碼包組進(jìn)行包組聯(lián)合，則將信息數(shù)據(jù)包的序列編號(hào)每相差為M的數(shù)據(jù)包組 成包含N-1個(gè)數(shù)據(jù)包的子編碼包組；所述包層糾刪碼選用的為(N-1，N)的奇偶校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù) 包相同位進(jìn)行模2加生成冗余包。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于，步驟(5)中，選用線性分組碼、卷積碼、turbo 碼、LDPC碼等碼型對(duì)數(shù)據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，用來對(duì)抗傳輸過程中數(shù)據(jù)包內(nèi)比特層錯(cuò)誤。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于，步驟(6)中，一般采用UDP協(xié)議；在一些特定 場(chǎng)合如隔離網(wǎng)閘傳輸系統(tǒng)中，使用自定義的無反饋傳輸協(xié)議。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于，步驟(8)中，將接收端的每個(gè)數(shù)據(jù)包的信息除 以CRC生成多項(xiàng)式(二進(jìn)制除法)，如果能除盡說明在完成包內(nèi)FEC解碼后數(shù)據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)沒 有錯(cuò)誤，否則說明數(shù)據(jù)包內(nèi)信息仍然有錯(cuò)，將其看成是丟包。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于，步驟(9)中，有信息數(shù)據(jù)包丟失的子包組完成 包層糾刪碼解碼，這里選用糾刪碼是奇偶校驗(yàn)碼；當(dāng)超過所述的子包組的丟包恢復(fù)能力時(shí)， 接收端向上層報(bào)告不能恢復(fù)的數(shù)據(jù)包的包號(hào)。
7.一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸?shù)陌l(fā)送裝置，其特征在于，包括數(shù)據(jù)包產(chǎn)生模塊，用于將待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)包按順序劃分成信息數(shù)據(jù)包序列，作為一 個(gè)編碼包組，將編碼包組進(jìn)行分組，形成多個(gè)子編碼包組的聯(lián)合；包層糾刪碼編碼模塊，用于將每個(gè)子編碼包組按照糾刪碼編碼方式，生成冗余包；CRC編碼模塊，用于將每個(gè)數(shù)據(jù)包內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC編碼，生成的校驗(yàn)信息；數(shù)據(jù)封裝模塊，用于將CRC校驗(yàn)信息、二級(jí)編號(hào)的信息和數(shù)據(jù)包組大小信息等封裝在 數(shù)據(jù)包的包頭；包內(nèi)FEC編碼模塊用于建立包內(nèi)比特之間的相關(guān)性，對(duì)抗傳輸過程中數(shù)據(jù)包內(nèi)部出 現(xiàn)的比特級(jí)錯(cuò)誤，選用線性分組碼、卷積碼、turbo碼、LDPC等碼型；傳輸模塊，用于將數(shù)據(jù)包發(fā)送到接收端，可以采用UDP協(xié)議或自定義的無反饋傳輸協(xié)議。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)送裝置，其特征在于數(shù)據(jù)包產(chǎn)生模塊中每個(gè)子編碼包組是 將每相差為M的信息包構(gòu)成，其中M表示設(shè)定的能恢復(fù)的連續(xù)丟包的個(gè)數(shù)；所述包層糾刪碼 編碼模塊是指能對(duì)每個(gè)子包組的信息數(shù)據(jù)包按照(N_1，N)的奇偶檢驗(yàn)碼編碼。
9.一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸?shù)慕邮昭b置，其特征在于，包括 數(shù)據(jù)緩存模塊接收數(shù)據(jù)包分組，在一段時(shí)間內(nèi)緩存接收到的數(shù)據(jù)包；包內(nèi)FEC解碼模塊，用于糾正數(shù)據(jù)包傳輸過程中的數(shù)據(jù)包內(nèi)出現(xiàn)的比特錯(cuò)誤，恢復(fù)出 每個(gè)數(shù)據(jù)包包內(nèi)FEC編碼前的數(shù)據(jù)；CRC校驗(yàn)?zāi)K，用于將接收端的每個(gè)數(shù)據(jù)包的信息除以CRC生成多項(xiàng)式(二進(jìn)制除 法)，判斷數(shù)據(jù)包的信息位在包層FEC解碼是否還有錯(cuò)誤；數(shù)據(jù)包檢測(cè)模塊，用于確定在傳輸過程中哪些數(shù)據(jù)包丟失，并將丟失數(shù)據(jù)包的包號(hào)和 丟失數(shù)據(jù)包的總數(shù)保存下來；包層糾刪碼解碼模塊，用于恢復(fù)出每個(gè)子包組的丟失的信息數(shù)據(jù)包； 數(shù)據(jù)提取模塊，用于將每個(gè)數(shù)據(jù)包組中的信息包提取出來，去除冗余包，并去除每個(gè)包 頭的CRC校驗(yàn)信息、包號(hào)信息和數(shù)據(jù)包組大小信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的接收裝置，其特征在于，所述的包層糾刪碼解碼模塊進(jìn)一步 包括恢復(fù)判決模塊，用于判斷是否超出了所選碼型的丟包恢復(fù)能力； 丟包恢復(fù)模塊，用于利用冗余數(shù)據(jù)包恢復(fù)出每個(gè)子包組中丟失的數(shù)據(jù)包，這里采用的 是利用糾刪碼解碼碼型為奇偶校驗(yàn)碼。
全文摘要
一種基于數(shù)據(jù)包的單向可靠傳輸?shù)姆椒笆瞻l(fā)裝置屬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)方法是發(fā)送端首先將信息數(shù)據(jù)塊劃分成數(shù)據(jù)包序列，再對(duì)數(shù)據(jù)包分組，包層糾刪碼編碼生成每個(gè)子編碼包組的冗余包，然后對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行循環(huán)冗余碼(CRC)編碼，完成數(shù)據(jù)包封裝，對(duì)所有數(shù)據(jù)包進(jìn)行包內(nèi)前向糾錯(cuò)(FEC)編碼，最后將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端；接收端首先進(jìn)行數(shù)據(jù)包緩存，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行包內(nèi)FEC解碼，再將數(shù)據(jù)包排序，進(jìn)行CRC碼來校驗(yàn)，通過檢測(cè)包號(hào)判斷是否有丟包，如果有信息數(shù)據(jù)包丟失，進(jìn)行丟包恢復(fù)。本發(fā)明解決了單向信道下基于數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)不能進(jìn)行自校驗(yàn)、自糾錯(cuò)的技術(shù)問題，能糾正包內(nèi)信息錯(cuò)誤和恢復(fù)連續(xù)的丟包。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101834700SQ20101016892
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者于翠屏, 劉元安, 唐碧華, 曹震, 王坤明, 袁東明, 謝剛, 黎淑蘭 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)