CN101039260A - 数据传送方法以及应用该方法的通信系统和程序 - Google Patents

数据传送方法以及应用该方法的通信系统和程序 Download PDF

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本发明提供了数据传送方法以及应用该方法的通信系统和程序。本发明公开了一种通信系统，该通信系统通过发送侧装置与接收侧装置之间的传输路径来传输数据，其中，所述发送侧装置包括：编码装置，其根据原始数据生成冗余编码数据；发送装置，其将由所述编码装置编码的所述编码数据发送到所述传输路径；以及编码率确定装置，其设定并控制所述编码装置中的编码率，所述接收侧装置包括：接收装置，其接收通过所述传输路径发送的所述编码数据；解码装置，其根据所接收的所述编码数据解码出所述原始数据；以及丢包率估测装置，其测量所述编码数据在传输路径上的丢包率，并且其中所述发送侧装置的所述编码率确定装置基于所获得的所述丢包率，来改变并控制所述编码装置内的所述编码率。

Description

数据传送方法以及应用该方法的通信系统和程序
技术领域
本发明具体涉及一种用于在通过网络相互连接的数据处理装置之间进行数据传送的数据传送方法，并且涉及一种应用了该方法的通信系统和程序。
背景技术
在诸如互联网或内联网等的网络中，当以超过中继/处理装置的处理速度的处理速度发送数据时，会丢失不能处理的数据。将这种状况称为“拥塞状况”。当已发生拥塞时，如果还发送额外数据的话，则拥塞将变得更严重。
根据TCP(传输控制协议)(其为数据通信中通常使用的协议)，与窗口的尺寸相对应地设置由发送侧可一次地一起发送的数据量。
发送侧不发送随后的数据，直到发送侧从接收侧接收到数据接收确认为止。因此，降低了通信性能。
根据TCP，作为应对拥塞的措施，采取以下方法：通过将窗口尺寸设置得较小，使通信启动时要一次地一起发送的数据量变小，并且当从接收侧来达响应时，通过逐渐增大窗口尺寸来增加要发送的数据量。将该方法称为“慢启动”。
当与网络之间的距离相对应的往返时间(Round Trip Time(RTT))较小时，即使使窗口尺寸较小也能很快恢复通信。但是，当RTT较大时，出现了以下问题：由于窗口尺寸不能很快恢复，因此传送速度保持较慢。
针对上述技术问题，已提出各种建议，这些建议从编码的角度提高了效率。
作为第一常规技术，可列出日本专利公报“特开平7-123043号”中所述的发明。该发明选择并改变适当的编码方案或编码率，即使传输路径的状况经常改变也不会降低效率。
作为第二常规技术，可列出日本专利公报“特开平8-265304号”中所述的发明。该发明是如下一种方法：通过响应于无线线路的线路状况的改变来转换误差控制方案，防止了传输效率的下降并防止了通信时间的增加。但是，根据该方法，根据两个或更多个编码方案发送数据，对各解码结果执行误差检测，并接受没有检测到误差的解码结果作为正确信息。因此，引起了传输量变大的问题。
为了解决上述TCP通信中基于RTT所引起的问题，本发明的发明人等已在先前的日本专利公报“特许出愿2004-539446号”、“Carrying ofa Computer Work Environment and Sharing of Data by DirectShare”(Ubiquitous Computing System Workshop，Information ProcessingSociety of Japan，Reference for Presentation in Nov.2003)、“P2P-type Information Sharing System-DirectShare-”(32nd MBL/7thJoint Presentation of Studies，Reference for Presentation in March2005)以及“DirectShare：Information Sharing system using P2P”(HCI International，2005，22-27，July 2005，Las Vegas)中提出：通过以UDP(用户数据报协议)(其不使用来自接收侧的响应(ACK))发送分组并通过FEC(前向纠错)修复分组丢失，来高速发送数据；
由发明人等提出的上述提议采用可利用简单计算和小量存储器来高速地编码和解码的FEC。
参照图1对上述提议中的FEC的概况进行说明。将要从发送侧装置1通过通信路径3发送到接收侧装置2的数据1A划分成多个小块(s1)。根据所划分的这些块产生适当的组合(s2)。在这些组合中，计算Xor(异或)(s3)。将计算出的数据与有关组合的信息一起进行发送(s4)。
此时，可以考虑在通信路径3上丢失数据(sx)的情况。
通过对有关组合的信息应用高斯消去(s5)，可从数据接收侧装置2接收的数据中得到对应于原始数据的解码数据1B。
编码系统的特征在于，通过在使用FEC中将要发送的数据多发送了几个百分点，即使在通信路径3上丢失了任何分组(s4)，也能够根据可接收到的分组来恢复或校正原始数据。将这种编码系统称为RPS(随机校验系统)。
由于一天中的时间或其他因素，网络的线路状况可能会突然下降并且可能不是恒定的。在如TCP的“慢启动”的拥塞控制中，已出现不能有效利用线路的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种数据传送方法以及应用该方法的通信系统和程序，所述方法实现了即使在线路状况下降时，也能够在数据量保持恒定的情况下对丢失数据进行校正并使传输继续，直到原始数据可恢复为止。
本发明的另一个目的是提供一种数据传送方法以及应用该方法的通信系统和程序，所述方法实现了上述RPS能够与线路状况动态地保持一致并且能够提高解码成功率。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种通信系统，该通信系统通过发送侧装置与接收侧装置之间的传输路径来传输数据，其中所述发送侧装置包括：编码装置，其根据原始数据生成冗余编码数据；发送装置，其将经所述编码装置编码的所述编码数据发送到传输路径；以及编码率确定装置，其设定并控制所述编码装置中的编码率，其中所述接收侧装置包括：接收装置，其接收通过所述传输路径发送来的所述编码数据；解码装置，其根据所接收的所述编码数据来解码出所述原始数据；以及丢包率(loss rate)估测装置，其对所述编码数据的传输路径上的所述丢包率进行测量，并且其中所述发送侧装置的编码率确定装置基于所得到的所述丢包率，改变并控制所述编码装置内的所述编码率。
在所述第一方面中，发送侧装置的编码率确定装置通过将原始数据和预定的恒定数据一起代入布尔代数的联立方程中来获得解，将所述恒定数据和所述解的组合确定为编码数据，并且接收侧装置的解码装置通过将根据所接收的编码数据获得的所述恒定数据和所述解代入联立线性方程中，来解码出所述原始数据。
在所述第一方面中，发送侧装置的编码率确定装置通过改变位串(其根据所述编码数据或所述原始数据的数量生成并用于进行编码)的长度，来改变并控制由所述编码装置编码的所述编码数据的所述编码率。
对于所述发送侧装置的所述编码率确定装置，当由所述丢包率估测装置测量的所述丢包率等于或小于预定值时，所述编码率确定装置以增加所述编码数据的数量的方式来改变和控制该数量。
实现上述目的的本发明的第二和第三方面是数据传送方法和程序，该数据传送方法和程序分别使发送侧装置执行以下步骤：通过将所述原始数据和所述预定恒定数据一起代入所述布尔代数的联立方程中来获得解，并将所述恒定数据和所述解的组合作为编码数据分组发送到接收侧装置，以及使接收侧装置执行以下步骤：通过将根据所接收的编码数据得到的所述恒定数据与所述解代入联立线性方程中，来解码出所述原始数据；还执行以下步骤：使接收侧装置获得传输路径上所接收的编码数据的丢包率以及使发送侧装置基于所得到的所述丢包率来改变和控制所述编码数据的所述编码率。
附图说明
结合附图，通过以下的详细说明将会更清晰地理解本发明的上述及其他目的、方面、特征和优点。
图1是先前提议中的FEC的示意性说明图；
图2示意性地示出了应用了根据本发明的数据传送方法的通信系统的配置；
图3是采用在先提议中的编码原理作为原始数据1A来发送二进制数“0101”的情况的说明图；
图4是示出了编码数据的数量与解码成功率之间关系的曲线图；
图5示出了码长与解码成功率之间的关系；以及
图6是根据本发明的用于获得丢包率的方法的示例的流程。
具体实施方式
以下将参照附图对本发明的示例性实施例进行说明。说明该实施例是为了理解本发明，因此本发明的技术范围并不限于该示例。
图2示意性地示出了应用了根据本发明的数据传送方法的通信系统的配置。
在发送侧装置1处，可变编码装置10对要发送的数据1A进行编码。在该编码中，使用了根据下述方法由编码率确定装置12所确定的编码参数。
将由可变编码装置10编码的数据发送到接收侧装置2。在接收侧装置2内，接收装置20接收该编码数据并将该数据导入解码装置21，并对要与要在发送侧发送的数据1A相对应地接收的数据1B进行恢复。
将接收装置20接收的数据发送到丢包率测量装置22。由该丢包率测量装置22获得在传输路径3上丢失的数据的数量并且由发送装置23将其结果发送到发送侧装置1。
在发送侧，编码率确定装置12基于由接收装置13接收的丢包率，确定编码参数值。
在本发明中，将数据通信方法(其采用在由发明人等提交的上述申请中已提出的并且以上所示意性说明的RPS)用作可变编码装置10的编码率可变的编码。尽管在上述申请中对RPS进行了详细说明，但为了进一步理解本发明，以下将对在可变编码装置10处执行的采用RPS的数据通信方法及其原理进行说明。
以m＝4位的数据传送为例。
该原理基于布尔代数的联立方程的解。假设要传送的原始数据1A为m位数据(b0，b1，b2，b3)，采用(kn0，kn1，kn2，kn3)作为数据串knm(具有适当的m位和n序列)得到以下联立方程的解。
b0kn0+b1kn1+b2kn2+b3kn3＝pn…(1)
解Pn为Pn＝P0，P1，P2，P3，…，Pn-1，其中n是等于或大于m的整数，即n＝0，1，2，…。
将数据串knm和联立方程的解Pn的组合作为分组进行连续发送。也就是，发送n个分组Kp＝(K0P0，K1P1，K2P2，…，KnPs)。
接收侧装置2通过将根据所接收的分组Kp＝(K0P0，K1P1，K2P2，…，KnPs)得到的m位数据串knm(kn0、kn1、kn2、kn3)和解Pn(P0，P1，P2，P3)代入方程(1)中而求解方程(1)的联立方程，来恢复m位原始数据(b0，b1，b2，b3)。
如图3中所示的示例，以发送二进制数“0101”作为原始数据1A的情况为例。在该情况中，将如下数据定义为数据串Kn。
K0＝1001
K1＝0011
K2＝1100
K3＝0101
K4＝1011
通过将原始数据1A和数据串Kn代入方程(1)的联立方程中来执行编码处理100。该编码处理100通过将这些项的逻辑乘积相加得到解Pn(P0，P1，P2，P3，P4)。
如针对传输路径3所示，通过进行所述编码得到联立方程的解，将数据串Kp和由编码处理100得到的解Pn的组合分成五个分组K0P0，K1P1，K2P2，K3P3，K4P4并向接收侧装置2发送。
在图3所示的示例中，针对传输路径3，例如，假设第一分组和第二分组交换并且第四分组为丢包Xp。
接收侧装置2执行解码处理200：验证与所接收的分组K0P0，K1P1，K2P2，K3P3，K4P4的数据串Kn中的位1对应的数据位并生成联立方程，并且利用高斯消去(消去与位0对应的数据位)来求解该方程。
通过求解由该解码处理200生成的联立方程，可得到所恢复的数据1B(其定义了4位数(b0、b1、b2、b3)＝(0101))。
因为仅对“1”的数量进行计数，即观测在执行了布尔代数中的各位bn和各数据串Kn的逻辑乘(AND)之后必须要执行的校验位，因此可通过计算处理很快地求解出发送装置1内的方程(1)的联立方程的计算(即编码处理100)。
利用“异或(Xor)”同样可以快速执行求解接收侧装置2内的联立方程的处理200。
假设将原始数据1A划分成多个段，当多个数据串Kp的数据块所划分的段数为“n”，并且由RPS编码生成的编码数据的数量为“m”时，可将编码数据的数量相对于原始数据1A的冗余度表示成m/n。
基于发明人的认识进行测量，发明人认为，在RPS编码中，可通过改变要生成的编码数据的数量和在编码中使用的位串长度(码长)来改变数据丢失的容许量(tolerance)。
图4是一曲线图，其示出了当将码长固定为32位而要生成的编码数据的数量在增加时，编码数据的数量与获得的解码成功率之间的关系。
例如，当传输路径3上的数据丢包率为0.1％时(曲线a)时，通过增加要生成的编码数据的数量(也就是，增加冗余度)可提高成功解码的概率。
但是，应该确认一点：当丢包率为5％(曲线b)和20％(曲线c)时，即使将冗余度变成1.3倍大，成功解码的概率也不会显著改变。
图5示出了当将丢包率固定在20％而改变码长和冗余度时得到的测量结果，也就是码长与解码成功率之间的关系。
在图5中，横坐标轴代表码长而纵坐标轴代表解码失败的概率。从图5所示的测量结果中能够确认，随着码长变大，即使对于相同的冗余度来说，成功解码的概率也会变高。
根据上述确认，发明人已认识到：在RPS编码中，在丢包率小时通过增加所生成的编码数据的数量来解决数据丢失而在丢包率已变大时通过增加码长来解决数据丢失，从而能够实现有效的数据传输。
因此，根据本发明，在图2的系统配置中，在接收侧装置2中的接收装置20中接收待接收的接收信号，由丢包率测量装置22获得丢包率(丢包百分比)，并且将得到的丢包率发送到发送侧装置1。
当发送侧装置1中的接收装置13已接收到该丢包率时，将该值发送到编码率确定装置12。编码率确定装置12基于丢包率来增加所生成的编码数据的数量，也就是，增大冗余度，并且当该丢包率已超过预定阈值时，控制可变编码装置10来增加码长。
重要之处在于如何获得数据在传输路径3上的丢包率。
图6是根据本发明的为获得丢包率的方法的示例的流程。
例如，对待发送的各数据赋予序号N。在接收侧装置2内的接收装置20中将用于测量的数据的数量设定为“M”。
当已接收到数据时(步骤S1)，将所接收的数据的序号N与最小值MIN进行比较(步骤S2)。当所接收的数据的序号N不大于最小值MIN时，存储该序号作为最小值(步骤S3)。
当所接收的数据的序号N大于最小值MIN时(步骤S2，是)，存储该值N作为MAX＝N。
重复上述过程直到接收次数达到M为止(步骤S5，否)。当接收次数达到M时(步骤S5，是)，获得丢包率＝{(MAX-MIN)-M}/M(步骤S6)。
也就是，针对数据接收次数M的序号的最大值MAX与最小值MIN之差和数据接收次数M之间的差值是丢失数据的数量。因此，获得数据接收次数M相对于丢失数据的数量的百分比作为丢包率。
如上所述，通过应用本发明，即使线路状况下降时，也可以在数据量保持恒定的情况下连续传输数据直到校正了丢失数据并且原始数据可以恢复为止。因此，能够提供更可靠的数据通信系统。
尽管在此已对本发明的例证性和当前优选的实施例进行了详细说明，但应该理解，该发明概念可通过其他方式实施和应用，并且所附权利要求是为了说明包括除了现有技术所限定的范围之外的多种改变。
本申请基于2006年3月17日提交的在先日本专利申请No.2006-74263并要求其优先权，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (11)

1、一种数据通信系统，该数据通信系统通过发送侧装置与接收侧装置之间的传输路径来传输数据，其中，
所述发送侧装置包括：
编码装置，其根据原始数据生成冗余编码数据；
发送装置，其将由所述编码装置编码的所述编码数据发送到所述传输路径；以及
编码率确定装置，其设定并控制所述编码装置内的编码率，并且
所述接收侧装置包括：
接收装置，其接收通过所述传输路径发送的所述编码数据；
解码装置，其对所接收的所述编码数据进行解码以获得所述原始数据；以及
丢包率估测装置，其测量所述编码数据在传输路径上的丢包率，并且其中，
所述发送侧装置的所述编码率确定装置基于所获得的所述丢包率，来改变并控制所述编码装置内的所述编码率。
2、根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述发送侧装置的所述编码装置通过将所述原始数据和预定恒定数据一起代入布尔代数的联立方程中来获得解，并将所述恒定数据和所述解的组合确定为所述编码数据，并且所述接收侧装置内的所述解码装置通过将根据所接收的编码数据得到的所述恒定数据和所述解代入所述联立线性方程中来解码出所述原始数据。
3、根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述发送侧装置的所述编码率确定装置通过改变根据所述编码数据或所述原始数据的数量生成的、并用于所述编码的位串的长度，来改变并控制由所述编码装置对所述编码数据进行编码的所述编码率。
4、根据权利要求3所述的通信系统，其中，当由所述丢包率估测装置测量出的所述丢包率等于或小于预定值时，所述发送侧装置的所述编码率确定装置以增加数量的方式改变并控制所述编码数据的数量。
5、根据权利要求4所述的通信系统，其中，当所述丢包率超过所述预定值时，所述发送侧装置的所述编码率确定装置以增加数量的方式改变并控制所述编码装置内的所述编码位的数量。
6、一种数据传送方法，该数据传送方法在发送侧装置中执行以下步骤：通过将原始数据和预定恒定数据一起代入布尔代数的联立方程中来获得解，并将所述恒定数据和所述解的组合作为编码数据而分组发送到接收侧装置；并且该数据传送方法在所述接收侧装置中执行以下步骤：通过将根据所接收的所述编码数据得到的所述恒定数据和所述解代入所述联立线性方程中，来解码出所述原始数据，所述数据传送方法进一步包括以下步骤：
在所述接收侧装置内，获得所接收的所述编码数据在所述传输路径上的丢包率，以及
在所述发送侧装置内，基于所获得的丢包率，改变并控制所述编码数据的编码率。
7、根据权利要求6所述的数据传送方法，其中在改变并控制所述编码数据的所述编码率的步骤中，所述发送侧装置改变并控制根据所述编码数据或所述原始数据的数量生成的、并用于所述编码的位串的长度。
8、一种程序，该程序在发送侧装置内执行以下步骤：通过将原始数据和预定恒定数据一起代入布尔代数的联立方程中来获得解；并将所述恒定数据和所述解的组合作为编码数据而分组发送到接收侧装置，并且该程序在接收侧装置内执行以下步骤：通过将根据所接收的所述编码数据得到的所述恒定数据和所述解代入所述联立线性方程中来解码出所述原始数据，其中，所述程序进一步执行以下步骤：
在所述接收侧装置内，获得所接收的编码数据在所述传输路径上的丢包率；并且
在所述发送侧装置内，基于所获得的丢包率，改变并控制所述编码数据的编码率。
9、根据权利要求8所述的程序，其中在改变并控制所述编码数据的所述编码率的步骤中，所述发送侧装置对根据所述编码数据或所述原始数据的数量生成的、并用于所述编码的位串的长度进行控制。
10、一种数据通信控制装置，该数据通信控制装置用于通过发送侧装置与接收侧装置之间的传输路径来进行数据传送，所述数据通信控制装置包括：
解码装置，其对通过所述传输路径从所述发送侧装置接收的编码数据进行解码，以获得原始数据；
丢包率估测装置，其测量所述编码数据在所述传输路径上的丢包率；以及
丢包率发送装置，其将所述丢包率发送到所述发送侧装置。
11、一种通信控制装置，该通信控制装置用于通过发送侧装置与接收侧装置之间的传输路径来进行数据传送，所述通信控制装置包括：
编码装置，其根据原始数据生成冗余编码数据；
编码率确定装置，其设定并控制所述编码装置内的编码率；
发送装置，其将所述编码数据发送到所述接收侧装置；以及
丢包率接收装置，其从所述接收侧装置接收所述编码数据的丢包率，
其中，所述编码率确定装置基于所述丢包率，来改变并控制所述编码装置内的所述编码率。
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