[发明专利]一种基于网络编码的端到端实时可靠传输方法

说明书

本发明公开了一种基于网络编码的端到端实时可靠传输方法，该方法主要解决端到端网络传输中由于节点链路不稳定、信道干扰等造成网络拥塞，数据传输时延长，可靠性差等问题。本发明所提出的方法包括：发送端编码方法、接收端解码方法、基于网络编码的端到端流量控制方法和基于网络编码的实时数据传输四个关键内容。本发明首先设计了一个编码矩阵，在保证编码包之间线性无关基础上进行编码；其次，本发明在接收端解码过程中，设计了一种快速并行的解码方案，减小了接收端的计算压力；由于链路不稳定造成丢包问题，会使传输造成拥塞，本发明在传统拥塞控制的基础上改进了性能；最后，本发明基于上述方法设计了一种基于流式处理的网络编码数据传输方法，解决了与网络编码基于数据包批处理的矛盾。

技术领域

本发明涉及无线有损网络中的实时传输领域，尤其涉及基于网络编码的端到端实时可靠传输方法。

背景技术

随着5G、6G等通信技术的发展，无线通信网络中的高可靠、低时延的需求日趋明显。在无线网络中，环境干扰、节点移动、衰减等因素会造成传输数据的误码、丢失的问题；节点收发速率超过网络容量时会造成拥塞，造成严重的时延问题甚至网络崩溃。因此需要一种具有网络拥塞控制、低时延的可靠传输方法，同时尽量减少网络多余的控制开销。

网络编码技术的引入可以提高网络吞吐量，特别对于丢失数据包进行恢复的过程，网络编码可以减少开销的同时快速重传。对于端到端的传输信道，基于流的数据传输是基本优势。但其实时性要求高，节点的编码、解码操作依然是复杂问题，传统的基于随机线性网络编码技术的缺点是解码速度慢，并且N个源数据包要收到所有的N个编码包才能解码；同时，

网络编码基于批处理的编码方式与端到端基于流控制的传输方式成为矛盾，本发明在传统传输协议机制基础上进行更改，将网络编码技术部署在基于流的端到端数据传输当中，解决了这个矛盾，实现拥有拥塞控制的端到端实时可靠传输。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于网络编码的端到端实时可靠传输方法，该方法基于确认的流控制进行交互，利用感知RTT进行拥塞控制，在有损通信网络中节点能够快速编码、解码操作，提供端到端的低时延高可靠传输。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于网络编码的端到端实时可靠传输方法，源端的实时编码策略是：在源节点需要发送数据包的时候，将数据进行分组。分组的依据就是数据的紧急-秘密(P-S)权重。P-S权重反应的是这个数据包的重要性(数据包中可能包含不希望被侦听到的信息)以及这个数据包的时效性(数据包可能在很短时间内失效或是无法按时到达会给网络造成巨大损失)。其编码矩阵如下：

是一个n₁*n₂(n₂n₁)阶的矩阵。其中前n₁列子阵是一个上三角矩阵，第n₁列到第n₂列(再次包含第n₁列)是一个范德蒙扩展矩阵。根据使用上三角矩阵和范德蒙扩展矩阵进行编码后编码包的性质可以知道，无论n₂取多大，使用进行线性编码后得到的n₂个编码包中的任意n₁个编码包均具有线性无关的特性。

设每个待编码数据包在带编码矩阵中的列号记作P_Index，那么有

其中，a、b为可调参数，分别代表了编码节点对数据包紧急秘密不同的重视程度，通常认为这两者同等重要，即a＝1/4，b＝1/4。若出现P_Index相同的冲突，按照线性探测的哈希散列算法寻找最和当前P_Index相近的序号，即依次寻找P_Index+1，P_Index+2…，直到找到可用列序号位置。