基于網絡編碼的傳輸控制協議的改進方法技術

本發明專利技術提供了一種基于網絡編碼的傳輸控制協議的改進方法。在傳輸層修改了TCP協議的反饋機制，增加一個網絡編碼窗口，即傳輸層維護兩個窗口：TCP窗口和網絡編碼窗口。數據由應用層產生，并自上而下傳遞到TCP窗口，網絡編碼窗口接受TCP窗口數據包將其緩存到緩存區。當網絡編碼窗口收到若干數據包后，產生指定數目編碼數據包，將其傳遞到網絡層，最后底層發送。這樣能明顯降低數據包重傳的次數，從而提高了網絡的吞吐量。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及傳輸控制協議的改進方法。
技術介紹
網絡編碼(Network Coding)是網絡通信領域的一項前沿科技，網絡編碼理論一經提出，就引起了學術界、工業界廣泛的關注。網絡編碼是一種融合編碼和路由的信息交換技術，在傳統存儲轉發的路由方法基礎上，接收節點對接收的多個數據包進行編碼，增加單次傳輸的信息量，從而提高網絡整體性能。網絡編碼可以廣泛應用于Ad Hoc網絡(自組織網絡)，傳感器網絡、P2P (端到端)內容分發、分布式文件存儲和網絡安全等領域。TCP (傳輸控制協議)是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。TCP在保證可靠性上，采用超時重傳和捎帶確認機制。 由于無線鏈路的網絡狀況比較差，丟包率比較高，應用傳統的TCP協議，需要重傳大量的數據包，有時某些數據包已經被信宿收到了，但是從信宿傳到信源的ACK (確認字符)傳輸失敗，信源需要重傳同樣的數據包，浪費了帶寬。因此在無線網絡中應用TCP協議效果并不好，為了改善TCP協議的質量，在傳輸層采用網絡編碼進行數據包的傳輸。通過在傳輸層增加一個編碼窗口，可以改善網絡吞吐量，減少網絡傳輸的次數。
技術實現思路
為了解決現有技術中問題，本專利技術提供了一種基于網絡編碼的傳輸控制協議的改進方法。一種基于網絡編碼的傳輸控制協議的改進方法，包括協議模型和協議描述 協議模型 在傳輸層，修改TCP協議的反饋機制，提出一種傳輸層網絡編碼算法。該算法在傳輸層增加一個網絡編碼窗口，即傳輸層維護兩個窗口 TCP窗口和網絡編碼窗口。網絡編碼窗口接受TCP窗口數據包將其緩存到緩存區。當網絡編碼窗口收到若干數據包后，產生指定數目編碼數據包，將其傳遞到網絡層。這樣明顯降低數據包重傳的次數，從而提高了網絡的吞吐量。編碼數據包包括NCheader、TCP header>DATA mixed,其中，NC header為網絡編碼報頭，TCP header為正常的TCP報頭，DATA mixed為編碼數據； 網絡編碼報頭包括Start、End > Num> Coefficient,其中，Start表示參與編碼的原始數據包的起始序列號，End表示參與編碼的最后一個原始數據包的下一個數據包的序列號，Num表示這段數據已經發送編碼數據包的次數，Coefficient表示編碼向量； 二、協議描述 應用聯合分塊網絡編碼，定義編碼窗口的大小為B，B=m*k，其中m表示數據塊分成的小塊的個數，k表示每個小塊包含的數據包數，每個小塊最多傳輸t次，其中t = n/m,規定η=Β/ρ，ρ為從信源到信宿的丟包率；信源端在網絡編碼窗口產生一個編碼數據包傳遞給網絡層，最終發送到信宿端，當信宿端收到了這個編碼數據包，提取NC header,然后，計算編碼矩陣的秩，并將秩作為Num域，連同start和end作為ACK的一部分發送出去，作為對剛收到的編碼數據包的反饋；當信宿端網絡編碼窗口某些塊的數據包能夠解碼時，傳遞給TCP窗口，同時清空網絡編碼窗口中的數據包，否則繼續緩存編碼數據包。作為本專利技術的進一步改進，當傳輸t次后，某小塊仍然不能解碼，令這個小塊的數據包和下一個小塊的數據包一起進行編碼，當傳輸2t次后，如果這兩個小塊也不能解碼，則將前三個小塊的數據包一起進行編碼，傳輸3t次，以此類推，直至m個小塊也不能進行解碼，以后就發送這m個小塊的編碼數據包。作為本專利技術的進一步改進，如果某個或某些小塊能夠解碼，解碼后，發送下一個數據塊，此時，更新數據包序列號，設置Start=end, end = end+m, Num=O,重新發送新的數據塊。作為本專利技術的進一步改進，信源端處理來自信源的數據包,來自接收端的ACK，`計算發送數據包的起始序列號SEQ和Start的差值為Differ ； 1.設置Start= O, End = k, Num = O, k是每個小塊包含的數據包數； 2.當如下事件發生時，處理事件，否則，等待； 3.來自TCP源的要發送的數據； (a)如果是請求連接的控制數據包，把它傳遞給網絡層，繼續等待； (b)如果是要傳輸的原始數據包，將該原始數據包存儲到網絡編碼窗口的緩存區； 4.如果網絡編碼窗口的緩存區中的數據包個數η彡End- Start，并且Num〈End-Start-I進行如下操作，否則等待； (a)生成一個從Start到End的原始數據包的線性組合的編碼數據包； (b)Num++;并將Start、End和Num以及編碼系數組成一個編碼數據包報頭，將該報頭附到TCP報頭上，作為一個TCP數據包傳輸到網絡層； 5.如果網絡編碼窗口的緩存區中的數據包個數η彡End-Start，并且Num彡End-Start-I;(a)Start 不變，End = End+k ； (b)返回4；6.如果是來自接收端的ACK,提取出Start,End和Num,查看接收端的系數矩陣的秩Num; (a)如果Num〈End- Start將TCP buffer中的序列號為Start + differ的原始數據包清除，返回4;(b)如果Num = End - Start; (i)清空網絡編碼窗口的緩存區中從Start到End的數據包； (ii)清除TCPbuffer中的序列號為start + differ原始數據包;(iii)Start = End , End =End + k,返回 4。作為本專利技術的進一步改進，信宿端 I.如果有來自信宿的ACK; 如果是控制數據包，用于連接管理，則直接傳遞給網絡層，繼續等待；2.如果是來自信源的packet; (a)提取網絡編碼報頭中的Start，End，編碼向量； (b)將編碼向量加入到編碼矩陣中，求出編碼矩陣的秩； (C)如果編碼矩陣的秩不變，丟棄該數據包，同時從編碼矩陣中將該數據包的編碼系數刪除，向信源發送一個ACK; (d)如果編碼矩陣的秩Num增加I; (i)如果Num〈End- Start,將編碼數據包的數據部分加入到編碼窗口； (ii)如果Num= End - Start ,將編碼數據包的數據部分加入到編碼窗口，應用高斯消去法，獲得原始數據包，將原始數據包傳遞給TCP窗口，然后清空編碼窗口 ； (iii)向網絡層發送一個ACK，生成的ACK包括序列號和NCheader，其中Num域是編碼矩陣的秩。本專利技術的有益效果是 I.當丟包率固定時，發送不同數目原始數據包，應用TCP和聯合分塊網絡編碼的重傳數據包分布圖，如圖3所示可以看出，當丟包率固定時，應用網絡編碼明顯能降低傳輸的次數。2.當發送節點發送原始數據包數目固定時，發送不同數目原始數據包，應用TCP和聯合分塊網絡編碼的重傳數據包分布圖，如圖4所示可以看出，傳輸固定數目的原始數據包，應用網絡編碼明顯能降低傳輸的次數。通過上述分析，應用網絡編碼后，能明顯降低數據包重傳的次數，從而提高了網絡的吞吐量。附圖說明圖I是含網絡編碼窗口的網絡模型； 圖2是網絡編碼窗口傳輸數據模型； 圖3是本專利技術固定丟包率，TCP和網絡編碼重傳數目分布 圖4是本專利技術固定原始數據包，TCP和網絡編碼重傳數目分布圖。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術做進一步說明。對傳輸層的傳輸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于網絡編碼的傳輸控制協議的改進方法，其特征在于：在傳輸層修改TCP協議的反饋機制，增加一個網絡編碼窗口，即傳輸層維護兩個窗口：TCP窗口和網絡編碼窗口；網絡編碼窗口接受TCP窗口數據包將其緩存到緩存區，當網絡編碼窗口收到若干數據包后，產生指定數目編碼數據包，將其傳遞到網絡層；？編碼數據包包括：NC？header、TCP？header、DATA？mixed，其中，NC？header為網絡編碼報頭，TCP？header？為正常的TCP報頭，DATA？mixed為編碼數據；網絡編碼報頭包括：Start、？End？、Num、？Coefficient，其中，Start表示參與編碼的原始數據包的起始序列號，End表示參與編碼的最后一個原始數據包的下一個數據包的序列號，Num表示這段數據已經發送編碼數據包的次數，Coefficient表示編碼向量；編碼窗口的大小為B，B=m*k，其中m表示數據塊分成的小塊的個數，k表示每個小塊包含的數據包數，每個小塊最多傳輸t次，其中t？=？n/m，？規定n？=？B/p？，p為從信源到信宿的丟包率；信源端在網絡編碼窗口產生一個編碼數據包傳遞給網絡層，通過網絡發送到信宿端，當信宿端收到了這個編碼數據包，提取NC？header，然后，計算編碼矩陣的秩，并將秩作為Num域，連同start和end作為ACK的一部分發送出去，作為對剛收到的編碼數據包的反饋；當信宿端網絡編碼窗口某些塊的數據包能夠解碼時，傳遞給TCP窗口，同時清空網絡編碼窗口中的數據包，否則繼續緩存編碼數據包。...

【技術特征摘要】
1.一種基于網絡編碼的傳輸控制協議的改進方法，其特征在于 在傳輸層修改TCP協議的反饋機制，增加一個網絡編碼窗口，即傳輸層維護兩個窗口 TCP窗口和網絡編碼窗口 ；網絡編碼窗口接受TCP窗口數據包將其緩存到緩存區，當網絡編碼窗口收到若干數據包后，產生指定數目編碼數據包，將其傳遞到網絡層； 編碼數據包包括NC header、TCP header>DATA mixed,其中，NC header為網絡編碼報頭，TCP header為正常的TCP報頭，DATA mixed為編碼數據； 網絡編碼報頭包括Start、End > Num> Coefficient,其中，Start表示參與編碼的原始數據包的起始序列號，End表示參與編碼的最后一個原始數據包的下一個數據包的序列號，Num表示這段數據已經發送編碼數據包的次數，Coefficient表示編碼向量； 編碼窗口的大小為B，B=m*k，其中m表示數據塊分成的小塊的個數，k表示每個小塊包含的數據包數，每個小塊最多傳輸t次，其中t = n/m,規定η = Β/ρ，ρ為從信源到信宿的丟包率； 信源端在網絡編碼窗口產生一個編碼數據包傳遞給網絡層，通過網絡發送到信宿端，當信宿端收到了這個編碼數據包，提取NC header,然后，計算編碼矩陣的秩，并將秩作為Num域，連同start和end作為ACK的一部分發送出去，作為對剛收到的編碼數據包的反饋； 當信宿端網絡編碼窗口某些塊的數據包能夠解碼時，傳遞給TCP窗口，同時清空網絡編碼窗口中的數據包，否則繼續緩存編碼數據包。2.根據權利要求I所述的基于網絡編碼的傳輸控制協議的改進方法，其特征在于當傳輸t次后，某小塊仍然不能解碼，令這個小塊的數據包和下一個小塊的數據包一起進行編碼，當傳輸2t次后，如果這兩個小塊也不能解碼，則將前三個小塊的數據包一起進行編碼，傳輸3t次，以此類推，直至m個小塊也不能進行解碼，以后就發送這m個小塊的編碼數據包。3.根據權利要求2所述的基于網絡編碼的傳輸控制協議的改進方法，其特征在于如果某個或某些小塊能夠解碼，解碼后，發送下一個數據塊，此時，更新數據包序列號，設置Start=end, end = end+m, Num=O,重新發送新的數據塊。4.根據權利要求I所述的基于網絡編碼的傳輸控制協議的改進方法，其特征在于信源端處理來自信源的數據包，來自接收端的ACK，計算發送數據包的起始序列號SEQ和Start的差值為Differ ； 1.設置Start= O, End = k, ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：秦陽，鐘曉雄，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學深圳研究生院，
類型：發明
國別省市：