[发明专利]网络中可靠实时数据流传输的高效应用层自动重复请求重发的方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种网络，并且更具体地涉及一种用于实时数据流传输(streaming)的自动重复请求（ARQ）重发的应用层方法。

背景技术

在多播或广播应用中，通过有线和/或无线网络将数据从服务器发送到多个接收器。如在此使用的多播系统是其中服务器同时向多个接收器发送相同数据的系统，其中接收器形成上至并且包括所有接收器的所有接收器的子集。广播系统是其中服务器同时向所有接收器发送相同数据的系统。即，在定义上多播系统可以包括广播系统。

数据通常被格式化为用于发送的分组和/或帧。即，分组和帧是数据格式化方案。如在此使用的，可以将数据格式化为包括分组和/或帧的用于发送的任何方便的格式。

无线网络中的视频发送或分发通常涉及由诸如干扰、信道衰落、冲突等的信道错误条件造成的分组丢失。当这样的信道错误条件发生时，协议栈的无线链路层尝试在固定时间段内以固定次数重发分组。如果这些重发还不成功，则无线链路层丢弃这些分组。基于因特网协议（IP）网络的视频发送典型地使用实时传输协议（RTP）协议来向目的地（接收器）传递视频分组，而所述实时传输协议（RTP）使用可靠的发送控制协议（TCP）传输协议或者不太可靠的用户数据报协议（UDP）传输协议。当使用不太可靠的UDP协议时，该协议不提供检测无序（out of order）分组或恢复丢失分组的手段，并且将责任留给应用（application）来恢复分组传递错误。相反，当使用TCP协议时，提供端到端确认使得协议尝试严格地以应用处理分组的顺序发送和/或恢复媒体（音频、视频、多媒体…）分组（数据）。当检测到分组错误时，TCP的滑动窗口机制激活流控制并且减少分组发送速率。TCP保持重发丢失的分组直至将它们恢复。由于视频发送必须实时出现并且具有与数据的接收和呈现相关联的用户观看体验，存在这样的等待时间或时间限制，在所述等待时间或时间限制内必须传递或恢复分组使得不影响末端用户的观看体验。因此，显然地必须在有限的时间内恢复分组错误否则数据对于末端用户将没有用。对于TCP，没有让应用基于时间限制来控制分组恢复的方式。将TCP用作无线网络的传输协议可能导致不良用户观看体验。此外，TCP对于所有发送的数据分组需要肯定确认(positive acknowledge)。（从数据接收器到数据发送器（传送器）的）TCP上行链路确认将与（从发送器（传送器）到接收器的）下行链路数据流量竞争无线带宽。如果在下行链路和上行链路中出现冲突，该冲突可能导致进一步的吞吐量减少。

在一个现有技术方案中，提出了基于块的应用层前向纠错（FEC）机制。应用层FEC机制在诸如RTP或UDP分组的分组级工作。其与物理层FEC不同并且跨越多个数据分组应用FEC码以在服务器（发送器、传送器）侧生成冗余奇偶校验分组。发送器向目标接收器发送出数据分组和FEC分组二者。在接收器侧，FEC解码器尝试通过使用接收的数据分组和FEC分组重构丢失的分组。为了使这个方案高效，其适配用于时间变化信道条件是重要的。然而，具有挑战的是怎样事先预测信道条件以及怎样高效地并且可靠地将FEC码适配用于变化信道条件。如果出现低估，则不能恢复丢失的分组。然而，如果出现高估，则浪费带宽。因此，在不折中可靠性或带宽的情况下难以精细调谐。

在其它现有技术方案中，已经为分组丢失恢复提出了自动重复请求（ARQ）的变型。自动重复请求是一种用于数据发送的错误控制方法。在一种途径中，在ARQ方案中使用带有超时的肯定确认以实现可靠的数据发送。接收器向发送器发送肯定确认（ACK）以便指示接收器已经正确地接收数据帧或分组。发送器在发送器发送数据帧或分组之后还保持处于合理时间点的超时计时器。如果发送器在超时之前没有接收到确认，发送器通常重发数据帧或分组直至发送器接收到确认或者超过预定数目的重发。在这种途径中，当分组丢失率低时（大多数数据分组/帧被正确接收并且需要被确认）来自接收器和发送器的确认数据分组或帧流量的数量高。确认数据分组或帧将与数据分组或帧竞争无线带宽。此外，在数据分组的发送和确认分组之间可能出现冲突。

在另外一种现有技术途径中，从接收器向发送器发送否定确认（NACK）用于指示其没有正确地接收到数据帧/分组。一旦发送器接收到NACK，发送器向接收器重发丢失的分组或帧。当分组丢失率低时，来自接收器和发送器的NACK流量的量低，导致包括带宽的网络资源的更高效利用。然而，NACK数据分组或帧其自身可能丢失。如果这种情况发生，发送器将不重发丢失的分组或帧，造成低可靠性。