[发明专利]网络编码层对数据包的编解码方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，具体涉及一种针对TCP协议优化的网络编码层对数据包的编解码方法，所述网络编码层应用于TCP协议与IP协议之间。

背景技术

随着移动通信3G，WIFI等多种无线技术和智能移动终端的迅猛发展，各种各样的移动互联应用逐渐渗透到人们生活的各个方面，移动互联网扮演着越来越重要的角色。同时移动互联网应用也对无线网络的传输效率提出了更高的要求，因此如何提高无线网络的传输效率、改善传输质量、提高用户体验成为如今网络研究中一个备受关注的热点问题。

而针对网络传输层中占主导地位的TCP协议的优化就成为提高网络传输效率的主要手段之一。TCP协议是一种面向连接的可靠的传输控制协议，最初它是面向有线网络而设计的。而有线链路的传输质量较好，有线网络中的丢包一般是网络拥塞造成的，而很少是由链路错误引起的。无线网络中丢包有可能是拥塞，也有可能是链路误码造成的，而传统的TCP无法区分不同的丢包情况，总是视为拥塞而减小发送端的速率，结果造成在无线环境下的TCP传输效率不高。针对无线环境的高误码率，已经提出了许多改进的方法，主要有显示拥塞通知机制方法（ECN，Explicit Congestion Notification），分段连接TCP等方案。其中ECN方法需要中间路由器特殊支持，与现有网络的互操作性不强；分段TCP方案将TCP分为无线段和有线段传输，破坏了TCP端到端的语义。

美国麻省理工学院（MIT）提出一种基于网络编码的TCP优化方法（TCP/NC方法），TCP/NC方法在TCP与IP层之间定义新的网络编码层，TCP发送端产生的数据包不再以单个数据包的形式进行转发，而是在网络编码层按一定的冗余率R进行随机线性编码后以线性组合的形式发往接收端，利用网络编码的信息冗余特性，使得无线网络的非拥塞丢包对发送端隐藏。接收端收到编码包后，在网络编码层进行解码并将解码后的包交给TCP接收端。TCP/NC方法引入可见包机制：如果一个节点收到足够的编码包，能够计算出形如(p_k+q)的线性组合，其中q＝Σ_1＞ka₁p₁，且对所有l>k有a₁∈F_q（F_q是大小为q的有限域），则称接收端看见了包p_k，p_k就成为了这个节点的可见包。当接收端判断看见一个包p_k时，就可以立即发送一个ACK响应给发送端，而不必等到此包完全解码。可见包机制的引入了解决了解码时延所产生ACK响应不及时的问题，使得网络编码能够很好的适应基于流的TCP协议；可见包机制可以屏蔽TCP丢包次序，因此能够较好的避免TCP RENO算法中的因链路误码丢包所触发的错误的拥塞控制。

在网络编码层中，所有要发送的数据包都需要放在编码矩阵中进行编码后才能发送给接收端，并在接收到对端发送的确认包ACK后删除编码矩阵中的相应数据包。因此编码矩阵的大小W就决定了发送端与接收端之间的网络编码通道的容量。如果W过小，就会导致网络编码通道的容量小于物理路径的实际容量，成为传输路径上的瓶颈。但如果W过大，每次线性编码产生的组合包将需要携带更多系数导致每个包的有效载荷变小，降低传输效率；同时大的W也会大幅度增加两端编解码的计算量；因此在高容量的无线链路上，上述的网络编码方法将无法有效提高TCP的吞吐量。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明实施例提供一种网络编码层对发送的数据包进行编码的方法，以及一种网络编码层对接收到的数据包进行解码的方法。