[发明专利]基于网络编码的传输控制协议的编译码方法

摘要

本发明公开了一种基于网络编码的传输控制协议的编译码方法，本方法在网络编码层优化了编码方法，区分了正常数据包还是冗余包，对不同类型的数据报文，采用不同的编码方式，对于正常的编码数据包采用直接异或的方式实现编码；对于冗余数据报文，其编码系数随机选取自范德蒙矩阵中的某一行，然后根据编码系数利用线性编码方法获得冗余编码数据包，降低编码复杂度；在网络层优化编码数据包头部的设计，全面考虑了编码系数和译码所需的参数，缩短了编码头部开销，提高了传输效率；在网络编码层优化了译码算法，使得高斯消元过程更加简单，从而降低了译码复杂度。

主权项

一种基于网络编码的传输控制协议的编译码方法，其特征在于，包括编码方法和译码方法，具体如下：编码方法步骤1：在编码端，位于传输控制协议TCP层与网际协议IP层之间的网络编码层设有一个网络编码缓存区，所述网络编码缓存区存放来自传输控制协议TCP层的数据包，设定初始值N＝0，循环执行步骤2，直到传输控制协议TCP层没有数据抵达网络编码层为止；步骤2：当有新的数据报文从传输控制协议TCP层抵达网络编码缓存区之后，根据传输控制协议TCP头部的字节序号按顺序存放在网络编码缓存区当中；发送端会对最近抵达的W个数据报文进行编码并发送；编码数据包分为两类，分别为正常编码数据包和冗余编码数据包，冗余编码数据包是为了弥补网络中丢包，发送端额外多发出来的数据包；设定的冗余度R需满足R≥1/(1‑Pe)，其中，Pe为网络中实际的丢包率；发送编码数据报文的具体步骤为：步骤2.1：每当有新的数据包抵达网络编码缓存区之后，令N＝N+R，然后执行操作：如果则构造一个正常编码数据包；如果则构造一个正常编码数据包和个冗余编码数据包，其中表示向下取整运算；步骤2.2：构造正常编码数据包和冗余编码数据包如果传输控制协议TCP报文负载长度不一致，设该W个传输控制协议TCP数据报文中最长的数据报文长度为L，采用补零的方式使所有报文数据长度一致，具体如下：步骤2.2.1：对正常编码数据包，将编码缓存区中最近抵达的W个数据包全部进行异或操作，即产生新的编码数据包表示为Pcode=P1⊕P2⊕...⊕PW-1⊕PW]]>Pi表示第i个就近到达的传输控制协议TCP数据报文，i＝1，2，...，W；步骤2.2.2：对冗余编码数据包，将编码缓存区中最近抵达的W个数据包按如下方式进行编码运算Pred=Σi=1WaikPi]]>其中，k是从1～255中随机选取的整数，aik(i＝1,2,...,W)为第i个数据包的编码系数，ai是从有限域GF(28)选出的，其加法和乘法运算都是在有限域GF(28)下完成的；步骤2.3：填充编码头部；编码头部包括源端口、目的端口、编码窗口大小、系数指示位、起始报文的序列号Start1，后W‑1个原始传输控制协议TCP数据报文的相对序列号Start2～StartW；步骤2.4：令将已编码的数据包发送到IP层；译码方法步骤1：在译码端，位于在传输控制协议TCP层与网络层之间的网络编码层设有译码缓存区，所述译码缓存区用于存放已收到的编码数据包；构建一个译码矩阵，用于对编码数据包的系数执行高斯消元运算；步骤2：当有新的数据报文从网际协议IP层抵达网络编码层之后，将编码数据报文存放在译码缓冲区，并检查该数据包是否是用于建立连接的控制报文，如果是，则直接上交给传输控制协议TCP层；否则就执行以下操作：步骤2.1：根据系数指示位，判断抵达的编码数据报文是正常编码数据包还是冗余编码数据包，若是正常编码数据包，则将其编码系数直接加入到译码矩阵中；若是冗余编码数据包，则判断其所涉及参与编码的原始传输控制协议TCP报文是否被全部译出，若是，则直接将该冗余编码包给丢掉；若否，则将冗余编码数据包的编码系数提取出来并加入到译码矩阵中；步骤2.2：若有编码系数被添加到译码矩阵中，则根据这些编码系数执行高斯消元，将译码矩阵化成上三角矩阵，判断该编码数据包是否能有益于译出原始传输控制协议TCP数据报文，即判断矩阵的秩是否增加，若该数据包有益于译码，则构造一个应答报文ACK发送到网际协议IP层，对应的编码数据报文与译码矩阵做相同的操作；步骤2.3：如果有数据包被译出，则将译码出的数据包立即发送到传输控制协议TCP层；步骤2.4：根据当前译码矩阵的情况，在译码缓冲区中删除对后续译码操作无用的数据报文，即删除译码矩阵中最早数据包对应序号之前的数据报文。