CN101882976A - 一种数据包可靠传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种数据包可靠传输方法，利用包组联合的方式，既保持了传统的包组内独立恢复丢包的特点，又在包组间建立丢包恢复的关联。根据实际的丢包数目，能够自适应的等待后续包组到来，扩展当前包组的丢包恢复能力。因而，本发明相对于传统方案，能够在几乎不增加时延的条件下，明显提升丢包恢复性能，在丢包具有较强相关性的实际网络中具有更好的性能。

Description

一种数据包可靠传输方法

技术领域

本发明涉及网络数据传输领域，是一种对数据包丢失进行恢复的有效方法。尤其适用于实时通信和单向通信中的数据包丢失恢复。

背景技术

随着计算机网络及其技术的迅速发展，网络环境在不断改善，然而数据包丢失问题仍然是影响网络通信质量的最大因素之一。对于数据包丢失，主要有两种解决方法：一种是ARQ技术：通过反馈信道，将丢失的数据段信息反馈给发送方，发送方重新发送丢失的数据段；另一种是FEC技术：通过对数据包分组添加冗余包，使得发送的数据包组具有一定的丢包恢复能力。对传输时延敏感的业务或只有单向信道的应用场景中，采用FEC技术则是一种有效且实用的选择。

常见的FEC技术通常是基于奇偶校验码、RS码(里德-所罗门码)等线性分组码的包编码方法。基于奇偶校验码的包编码，利用奇偶校验码的编码方法，产生一个冗余的监督包，并添加在数据包后，构成一组编码包组，这种方法可以恢复包组内任意丢失的一个编码包；类似的，基于RS码的包编码，利用RS码的编码方法，产生m个冗余的监督包，并添加在数据包后，构成一组编码包组，这种方法可以恢复包组内任意丢失的m个编码包。

经过研究和统计，Internet的丢包模式：大部分丢包是一种随机丢包，少数丢包表现为突发性的较长连续丢包，即少数丢包表现出较强相关性^[6]。传统的基于线性分组码的丢包恢复方案，虽然在处理分布均匀的随机丢包时可获得较好的效果，但是如果网络中出现了突发的较多个密集丢包，无差别的对每个包组添加更多的冗余包，将极大增加网络的负担。且每个包组内孤立的进行丢包恢复，使得部分包组的恢复能力过剩，部分包组的恢复能力不足，无法动态的合理调度恢复资源。

发明内容

本发明提出了一种数据包可靠传输的方法，打破了线性分组码的包组间孤立地恢复丢包的弊端，通过对RS码生成矩阵的重新设计，在包组间引入动态关联，通过后续包组的到来选择性的扩展当前包组的丢包恢复能力。

一种数据包可靠传输恢复方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)从RS码生成矩阵中，构造其一个缺失子矩阵作为包编码的生成矩阵，并以此新生成矩阵产生当前数据包组的所有监督包；

(2)将当前数据包组生成的所有监督包进行跨包组重新分配；

(3)将分配后的编码包组进行包组内二次编码；

(4)在接收端采用自适应丢包恢复，根据当前编码包组丢包多少的不同，自适应的等待相应数量的后续关联包组，进行恢复。

基于上述技术方案，采用的包编码的生成矩阵G，其特征在于：

设G_g×h为一个g行h列的RS码的系统生成矩阵，并将其表示成子矩阵形式：

$G_{g\×h}=\left[\begin{array}{cc}{I}_g& W_{g\×(g+r)}\end{array}\right]=$

$\left[\begin{array}{cccc}{I}_k& O_{k\×N_{\mathrm{out}}}& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}& {W^{\mathrm{out}}}_{k\×(r-N_{\mathrm{in}})}\\ O_{N_{\mathrm{out}}\×k}& I_{N_{\mathrm{out}}}& {Y^{\mathrm{in}}}_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{in}}}& {Y^{\mathrm{out}}}_{N_{\mathrm{out}}\×(r-N_{\mathrm{in}})}\end{array}\right]$

I表示单位阵，O表示零矩阵，N_in为一个包组的包组内监督包数目，N_out为一个包组的跨包组监督包数目，

为k行N_in列的包组内包组内子监督矩阵，为N_out行N_in列的包组内子监督矩阵，

为k行r-N_in列的跨包组子监督矩阵，

为N_out行r-N_in列的跨包组子监督矩阵。g＝k+N_out，h＝k+N_out+r，k为包组中数据包的个数，r为这些数据包通过包编码生成监督包的个数。构造一个k行k+r列的G_g×h的缺失子矩阵，并将其作为监督包生成的生成矩阵：

$G=\left[\begin{array}{ccc}{I}_k& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}& {W^{\mathrm{out}}}_{k\×(r-N_{\mathrm{in}})}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{I}_k& W_{k\×r}\end{array}\right]$

基于上述技术方案，将当前包组的数据包生成的所有监督包进行跨包组分配，并形成新的编码包组，其特征在于：

设当前包组为第u个包组，当前包组所有监督包为p_u＝[p_u，1 p_u，2…p_u，r]。通过这种监督包的分配方法，将当前编码包组分成三部分：数据包部分d_u，包组内监督部分V_u，in和跨包组监督部分V_u，out。

d_u＝[d_u，1 d_u，2…d_u，k]

$V_{u,\mathrm{in}}=\left[\begin{array}{cccc}{p}_{u,1}& p_{u,2}& \·\·\·& p_{u,N_{\mathrm{in}}}\end{array}\right]$

$V_{u,\mathrm{out}}=\left[\begin{array}{cccc}{S}_{u,1}& S_{u,2}& \·\·\·& S_{u,N_{\mathrm{out}}}\end{array}\right]$

其中，d_u，i为第u个包组中的第i个数据包，S_u，i为第u个包组中第i个跨包组监督包，S_u，i表达式如下：

$S_{u,i}=\underset{j=0}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{u-j},n_{\mathrm{in}}+j\·N_{\mathrm{out}}+i$

其中l为相关联的包组数。

基于上述技术方案，将编码包组进行包组内二次编码，其特征在于：将S_u，i(i＝1，2，…N_out)与p_u，i(i＝1，2，…N_in)建立下面的监督关系：

$R_{u,i}=p_{u,i}+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{out}}}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{j,i}\·S_{u,j}$

其中，i＝1，2，…N_in，

为G_g×h中的子矩阵。然后用R_u，i替换包组中的p_u，i，组成新的V_u，in，并形成最终的编码包组，且满足下面的方程关系。

D_u·G_in＝R_u

其中， $D_u=\left[\begin{array}{cccccccc}{d}_{u,1}& d_{u,2}& \·\·\·& d_{u,k}& S_{u,1}& S_{u,2}& \·\·\·& S_{u,N_{\mathrm{out}}}\end{array}\right],$

$R_u=\left[\begin{array}{cccccccccccc}{d}_{u,1}& d_{u,2}& \·\·\·& d_{u,k}& S_{u,1}& S_{u,2}& \·\·\·& S_{u,N_{\mathrm{out}}}& R_{u,1}& R_{u,2}& \·\·\·& R_{u,N_{\mathrm{in}}}\end{array}\right]$

$G_{\mathrm{in}}=\left[\begin{array}{ccc}{I}_k& O_{k\×N_{\mathrm{out}}}& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}\\ O_{N_{\mathrm{out}}\×k}& I_{N_{\mathrm{out}}}& {Y^{\mathrm{in}}}_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{in}}}\end{array}\right]$

基于上述技术方案，采用自适应的包解码方法，其特征在于：

设N_l为当前编码包组的丢包数，假设与此包组相关联的前l-1个包组的数据包是完整的，即没有丢失或已经顺利恢复丢包，且按照上述的包编码方法，每获得一个监督包，就可以多恢复出一个丢包。

(1)若N_l≤N_in，则利用解线性方程组方法，不需要任何其他编码包组的协助，就能够进行恢复丢包。

(2)若N_in＜N_l≤N_in+N_out，假设之前的l-1包组是完整的，即包组内没有丢包或者已经恢复所有数据包，首先计算出p_a，b(a∈{u-l-1，u-l，…，u-1}，b∈{1，2，…，m})，再还原出隐藏在S_u，i(i＝1，2，…，N_out)中的N_out个第u个包组的监督包：

$p_{u,i}=S_{u,I}-\underset{j=1}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{u-j,N_{\mathrm{in}}+j\·N_{\mathrm{out}}+I}$

其中，i∈{N_in+1，N_in+2，…，N_in+N_out}，I＝i-N_in，为第u个包组的第i个监督包累加在跨包组监督部分的位置下标。将还原出的监督包和包组内监督部分V_u，out联合起来，便得到了N_in+N_out个第u个包组的监督包，相当于将当前包组生成矩阵G_in扩展了N_out列：

${G_{\mathrm{in}}}^{\′}=\left[\begin{array}{cccc}{I}_k& O_{k\×N_{\mathrm{out}}}& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}& {W^{\mathrm{out},1}}_{k\×N_{\mathrm{out}}}\\ O_{N_{\mathrm{out}}\×k}& I_{N_{\mathrm{out}}}& {Y^{\mathrm{in}}}_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{in}}}& O_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{out}}}\end{array}\right]$

其中

是G_g×h中

的前N_out列组成的子矩阵。任取G′_in的k列，对这k维的列向量组，截取其前k行得到的方阵一定是G_g×h的一个缺失子方阵。此方阵的列向量是线性无关的，于是这任取G′_in的k列也是线性无关的，可以恢复当前包组中所有的数据包。

(3)如果N_l＞N_in+N_out，现有的恢复能力不能满足需求，则等待第u+1个包组的到来。如果第u-l+2个包组到第u+1个包组这l个包组中，除第u个包组，都没有丢包，或者通过包组内监督部分恢复出包组内全部数据包，进而还原出压缩在S_u+1，i(i＝1，2，…，N_out)中的N_out个第u个包组的监督包：

$p_{u,i}=S_{u+1,I}-\underset{j=0,j1}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{u-j,N_{\mathrm{in}}+j\·N_{\mathrm{out}}+I}$

其中，i∈{N_in+N_out+1，N_in+N_out+2，…，N_in+2·N_out}，I＝i-N_in-N_out。这样便总共得到了第u个包组的N_in+2·N_out个监督包，与步骤二中，可以得到新的增加了N_out列的当前包组生成矩阵。于是，如果N_l≤N_in+2·N_out，则可以恢复第u个包组中的所有数据包。通过第u个包组后面的l-1个包组的到来，至多可还原出第u个包组的(l-1)·N_out个额外的监督包，这样至多可以恢复出第u个包组中的N_in+l·N_out个丢包。

(4)、若N_l＞N_in+l·N_out，则当前包组丢失情况超出恢复上限，放弃恢复当前包组的丢包。

基于上述方案，在自适应包解码过程中，当N_l＞N_in+N_out时，可以设置包解码的最大等待包组数M，即为了恢复第u个包组的丢包，已经等待了M个包组，如果仍然没有得到足够的第u个包组的监督包，则不再继续等待后续的包组，放弃对第u个包组的恢复。

本发明一种数据包可靠传输方法，具有以下的优点：

1、打破了线性分组码的包组间孤立地恢复丢包的弊端，通过对生成矩阵的重新设计，在包组间引入了丢包恢复的动态关联，通过后续包组的到来选择性的扩展当前包组的丢包恢复能力。

2、相对于传统的基于RS码的方案，在相同冗余度下，明显提升恢复性能；在相当的恢复能力下，提高了传输效率。

3、能够自适应的针对当前包组丢包情况调整恢复能力和解码时延，从而提升系统的整体性能。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的第u个编码包组的结构图；

图3为本发明的第u个包组的监督包分配方式图；

图4为本发明的第u个包组的监督包部分(包组内监督部分和跨包组监督部分)的构成图；

图5为本发明的接收端自适应包解码的流程图；

图6为本发明的相同编码效率下，本发明和其他方法的丢包恢复性能比较图；

图7为本发明的相当的丢包恢复性能下，本发明和其他方法的编码效率比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

图1示例了本发明的系统框架，该系统包含了发送端和接收端两部分。发送端进一步包括监督包生成模块，跨包组监督包分配模块和包组内二次编码模块。接收端进一步包括自适应包解码模块。

在详细说明本发明前，首先做一些声明和定义。

设将k个数据包划为一组，并生成n-k＝r个监督包。将数据包和监督包都称为编码包，从而形成n个包组成的编码包组。每个编码包都有s个比特，且有一个包序列号与之对应，用来发现哪些编码包在传输中丢失了。由于本发明采用RS码作为编码方案，所以文中所述的运算都是指GF域(有限域)的运算。设当前编码包组为第u包组。d_u，i为第u个包组的第i个数据包，i＝1，2，...k，d_u，i又可以表示为s维的列向量[d_u，i，1 d_u，i，2…d_u，i，s]，其中d_u，i，1为第u个包组的第i个数据包的第1个比特，其余依次类推。p_u，i表示第u个包组的第i个监督包，i＝1，2，...r，p_u，i又可以表示为s维的列向量[p_u，i，1 p_u，i，2…p_u，i，s]，其中p_u，i，1为第u个包组的第i个数据包的第1个比特，其余依次类推。

发送模块步骤101：监督包生成。

设G_g×h为一个g行h列的RS码的系统生成矩阵，并将其表示成子矩阵形式：

$G_{g\×h}=\left[\begin{array}{cc}{I}_g& W_{g\×(g+r)}\end{array}\right]=$

$\left[\begin{array}{cccc}{I}_k& O_{k\×N_{\mathrm{out}}}& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}& {W^{\mathrm{out}}}_{k\×(r-N_{\mathrm{in}})}\\ O_{N_{\mathrm{out}}\×k}& I_{N_{\mathrm{out}}}& {Y^{\mathrm{in}}}_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{in}}}& {Y^{\mathrm{out}}}_{N_{\mathrm{out}}\×(r-N_{\mathrm{in}})}\end{array}\right]$

I表示单位阵，O表示零矩阵。构造一个k行k+r列的G_g×h的缺失子矩阵，并将其作为监督包生成的生成矩阵：

$G=\left[\begin{array}{ccc}{I}_k& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}& {W^{\mathrm{out}}}_{k\×(r-N_{\mathrm{in}})}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{I}_k& W_{k\×r}\end{array}\right]$

通过每个包组的k个数据包的RS码编码运算，得到这个包组的r个

监督包   p_u＝d_u·W_k×r      (1)

其中，p_u为监督包行向量[p_u，1 p_u，2…p_u，r]，d_u为数据包行向量[d_u，1 d_u，2 …d_u，k]。

发送模块步骤102：跨包组监督包分配。

将发送步骤1中生成的监督包分成两部分：其中一部分保存当前编码包组内的包组内监督区(V_u，in)中，使当前编码包组在不需要任何其他包组的协助下，具有一定的丢包恢复能力；另一部分累加到当前包组和后续关联的l-1个包组的跨包组监督区(V_u，out)中，使当前包组在必要的时候可以等待后续关联包组的到来，从而提升当前包组的丢包恢复能力。

图2示例了本发明的第u个编码包组的结构图，通过这种监督包的分配方法，实际上将编码包组分成三部分：数据包部分d_u，包组内监督部分V_u，in和跨包组监督部分V_u，out。

d_u＝[d_u，1 d_u，2…d_u，k]

$V_{u,\mathrm{in}}=\left[\begin{array}{cccc}{p}_{u,1}& p_{u,2}& \·\·\·& p_{u,N_{\mathrm{in}}}\end{array}\right]$

$V_{u,\mathrm{out}}=\left[\begin{array}{cccc}{S}_{u,1}& S_{u,2}& \·\·\·& S_{u,N_{\mathrm{out}}}\end{array}\right]$

其中，N_in为一个包组的包组内监督包数目，S_u，i为第u个包组中第i个跨包组监督包，N_out为一个包组的跨包组监督包数目，S_u，i表达式如下：

$S_{u,i}=\underset{j=0}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{u-j,N_{\mathrm{in}}+j\·n_{\mathrm{out}}+i}---\left(2\right)$

其中l为相关联的包组数。

图3示例了第u个包组的监督包分配，图4示例了第u个包组监督包部分(包组内监督部分和跨包组监督部分)的构成。为简单起见，两图中的编码选取较小的参数：r＝3，N_int＝1，N_out＝1，l＝2。

发送模块步骤103：包组内二次编码。

为了使S_u，i在丢失的情况下也能够在当前包组恢复，将S_u，i(i＝1，2，…N_out)与P_u，i(i＝1，2，…N_in)建立下面的监督关系：

$R_{u,i}=p_{u,i}+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{out}}}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{j,i}\·S_{u,j}$

其中，i＝1，2，…N_in，

为G_g×h中的子矩阵。然后用R_u，i替换包组中的p_u，i，组成新的V_u，in。

图5示例了本发明的接收端自适应包解码的流程图，其中N_l表示当前包组的丢包数，k的初值为1，为了图示简洁起见，省略的部分操作会在下文阐述。

每接收一个编码包组后，通过包序号来判断哪些编码包发生丢失，并计算此包组丢包数N_l，并假设与此包组相关联的前l-1个包组的数据包是完整的，即没有丢失或者已经顺利恢复丢包。如果N_l＝0或者仅仅是非数据包发生了丢失，则直接提取出当前包组的数据包部分d_u；否则，采用下面的策略进行恢复。

在步骤201，判断N_l是否小于N_in+l·N_out，如果判断为假，则进入步骤202。

在步骤202，由于当前包组丢失情况超出恢复上限，放弃恢复本包组的丢包。

如果步骤201的判断为真，则进入步骤203。

在步骤203，判断N_l是否小于N_in，如果判断为真，则进入步骤204。

在步骤204，利用下面的矩阵形式线性方程组来恢复任意丢失小于N_in个编码包(包括数据包和跨包组监督包)：

D_u·G_in＝R_u

其中， $D_u=\left[\begin{array}{cccccccc}{d}_{u,1}& d_{u,2}& \·\·\·& d_{u,k}& S_{u,1}& S_{u,2}& \·\·\·& S_{u,N_{\mathrm{out}}}\end{array}\right],$

$R_u=\left[\begin{array}{cccccccccccc}{d}_{u,1}& d_{u,2}& \·\·\·& d_{u,k}& S_{u,1}& S_{u,2}& \·\·\·& S_{u,N_{\mathrm{out}}}& R_{u,1}& R_{u,2}& \·\·\·& R_{u,N_{\mathrm{in}}}\end{array}\right]$

$G_{\mathrm{in}}=\left[\begin{array}{ccc}{I}_k& O_{k\×N_{\mathrm{out}}}& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}\\ O_{N_{\mathrm{out}}\×k}& I_{N_{\mathrm{out}}}& Y\end{array}\right]$

如果步骤203的判断为假，则进入步骤205。

在步骤205，利用式2，还原出隐藏在S_u，i(i＝1，2，…，N_out)中的N_out个第u个包组的监督包：

$p_{u,i}=S_{u,I}-\underset{j=1}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{u-j,N_{\mathrm{in}}+j\·N_{\mathrm{out}}+I}$

其中，i＝N_in+1，N_in+2，…，N_in+N_out，I＝i-N_in，为第u个包组的第i个监督包累加在跨包组监督部分的位置下标。又根据假设，前l-1包组的数据包是完整的，所以式中的

通过式1是可求出的。然后进入步骤206。

在步骤206，判断N_l是否小于N_in+N_out，如果判断为真，则进入步骤207。

在步骤207，将在步骤4中还原出的监督包和包组内监督部分V_u，out联合起来，便得到了N_in+N_out个当前包组的监督包，这相当于将步骤3中的G_in扩展了N_out列：

${G_{\mathrm{in}}}^{\′}=\left[\begin{array}{cccc}{I}_k& O_{k\×N_{\mathrm{out}}}& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}& {W^{\mathrm{out},1}}_{k\×N_{\mathrm{out}}}\\ O_{N_{\mathrm{out}}\×k}& I_{N_{\mathrm{out}}}& {Y^{\mathrm{in}}}_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{in}}}& O_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{out}}}\end{array}\right]$

其中，其中

是G_g×h中的前N_out列组成的子矩阵。于是和步骤3中类似的，利用下面的方程组可以恢复出任意丢失的小于N_in+N_out个编码包：

D_u·G′_in＝R_u

如果步骤206的判断为假，则进入步骤208。

在步骤208，等待第u+1个包组的到来。如果第u-l+2个包组到第u+1个包组这l个包组中，除第u个包组，都没有丢失数据包，或者通过步骤3恢复出全部数据包，则与步骤4相似的，可还原出压缩在S_u+1，i(i＝1，2，…，N_out)中的N_out个第u个包组的监督包：

$p_{u,i}=S_{u+1,I}-\underset{j=0,j\≠1}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{u-j,N_{\mathrm{in}}+j\·N_{\mathrm{out}}+I}$

其中，i＝N_in+N_out+1，N_in+N_out+2，…，N_in+2·N_out，I＝i-N_in-N_out。这样便总共得到了第u个包组的N_in+2·N_out个监督包。并使k值加1(k的初值为1)，然后进入步骤8。

在步骤209，判断N_l是否小于N_in+k×N_out，如果判断为真，则进入步骤9。

在步骤210，利用在步骤7中新获得的N_out个监督包，便得到了N_in+k×N_out个当前包组的监督包，这相当于将步骤3中的G_in扩展了k×N_out列，于是和步骤6类似的，可以恢复出第u个包组的任意丢失小于N_in+k×N_out个编码包。

如果步骤209中的判断为假，则回到步骤208，继续等待后续编码包组的到来，和步骤208进行相同的操作，提取出第u个包组的监督包，之后进入步骤209判断是否收集到足够的监督包，否则继续循环，直到收集到足够的监督包，并最终恢复出第u包组的数据包。

性能分新

对本文发明提出的一种数据包可靠传输的方法进行了仿真。

仿真条件：选取Gilbert模型作为仿真的网络模型，从而更接近丢包具有相关性的实际网络状况，以便更有效的示例本发明的实际应用性能，其中平均丢包率从0.01步进到0.1，条件丢包率为0.3，突发丢包长度的期望为1.427。将本发明的方案记为C_CRS，传统的基于RS编码和奇偶校验编码的包编码方案分别记为C_RS和C_PC。

仿真一：使上述的三种方案具有相同编码效率，比较其丢包恢复性能。三种方案的编码参数分别为C_CRS(15，2，1，3)，C_RS(15，12)和C_PC(5，4)，其中C_CRS(15，2，1，3)表示n＝15，N_in＝2，N_out＝1，l＝3。显然三种方案的编码效率均为4/5。从图6中可看出本发明C_CRS方案的丢包恢复性能要明显好于其他两种方案。

仿真二：使不同的方案具有相当的丢包恢复性能，比较其编码效率。图7为C_CRS(15，2，1，3)与C_RS(15，11)的丢包恢复性能比较，可以看出两者在丢包率适中的条件下，恢复性能比较接近。两种方法的传输效率参数如表1所示。从表1可以看出，在恢复性能不损失的条件下，本文提出的算法可以很大程度提升传输效率。

Claims (6)

1.一种数据包可靠传输的方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用RS码(里德-所罗门码)生成矩阵，构造其一个缺失子矩阵作为包编码的生成矩阵，并以此新生成矩阵产生当前数据包组的所有监督包；

(2)将当前数据包组生成的所有监督包进行跨包组重新分配；

(3)将分配后的编码包组进行包组内二次编码；

(4)接收端采用自适应丢包恢复，根据当前编码包组丢包数目的不同，自适应的等待相应数量的后续关联包组，进行恢复。

2.根据权利要求1，采用的包编码的生成矩阵G，其特征在于：

设G_g×h为一个g行h列的RS码的系统生成矩阵，并将其表示成子矩阵形式：

$G_{g\×h}=\left[\begin{array}{cc}{I}_g& W_{g\×(g+r)}\end{array}\right]=$

$\left[\begin{array}{cccc}{I}_k& O_{k\×N_{\mathrm{out}}}& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}& {W^{\mathrm{out}}}_{k\×(r-N_{\mathrm{in}})}\\ O_{N_{\mathrm{out}}\×k}& I_{N_{\mathrm{out}}}& {Y^{\mathrm{in}}}_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{in}}}& {Y^{\mathrm{out}}}_{N_{\mathrm{out}}\×(r-N_{\mathrm{in}})}\end{array}\right]$

I表示单位阵，O表示零矩阵，N_in为一个包组的包组内监督包数目，N_out为一个包组的跨包组监督包数目，

为k行N_in列的包组内包组内子监督矩阵，

为N_out行N_in列的包组内子监督矩阵，

为k行r-N_in列的跨包组子监督矩阵，

为N_out行r-N_in列的跨包组子监督矩阵。g＝k+N_out，h＝k+N_out+r，k为包组中数据包的个数，r为这些数据包通过包编码生成监督包的个数。构造一个k行k+r列的G_g×h的缺失子矩阵，并将其作为监督包生成的生成矩阵：

$G=\left[\begin{array}{ccc}{I}_k& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}& {W^{\mathrm{out}}}_{k\×(r-N_{\mathrm{in}})}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{I}_k& W_{k\×r}\end{array}\right]$

3.根据权利要求1，将当前包组的数据包生成的所有监督包进行跨包组分配，并形成新的编码包组，其特征在于：

设当前包组为第u个包组，当前包组所有监督包为p_u＝[p_u，1 p_u，2…p_u，r]。通过这种监督包的分配方法，将当前编码包组分成三部分：数据包部分d_u，包组内监督部分V_u，in和跨包组监督部分V_u，out。

d_u＝[d_u，1 d_u，2…d_u，k]

$V_{u,\mathrm{in}}=\left[\begin{array}{cccc}{p}_{u,1}& p_{u,2}& \·\·\·& p_{u,N_{\mathrm{in}}}\end{array}\right]$

$V_{u,\mathrm{out}}=\left[\begin{array}{cccc}{S}_{u,1}& S_{u,2}& \·\·\·& S_{u,N_{\mathrm{out}}}\end{array}\right]$

其中，d_u，i为第u个包组中的第i个数据包，S_u，i为第u个包组中第i个跨包组监督包，S_u，i表达式如下：

$S_{u,i}=\underset{j=0}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{u-j},n_{\mathrm{in}}+j\·N_{\mathrm{out}}+i$

其中l为相关联的包组数。

4.根据权利要求1，将编码包组进行包组内二次编码，其特征在于：

将S_u，i(i＝1，2，…N_out)与p_u，i(i＝1，2，…N_in)建立下面的监督关系：

$R_{u,i}=p_{u,i}+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{out}}}{\mathrm{\Σ}}}{y}_{j,i}\·S_{u,j}$

其中，i＝1，2，…N_in，

为G_g×h中的子矩阵。然后用R_u，i替换包组中的p_u，i，组成新的V_u，in，并形成最终的编码包组，且满足下面的关系。

D_u·G_in＝R_u

其中， $D_u=\left[\begin{array}{cccccccc}{d}_{u,1}& d_{u,2}& \·\·\·& d_{u,k}& S_{u,1}& S_{u,2}& \·\·\·& S_{u,N_{\mathrm{out}}}\end{array}\right],$

$R_u=\left[\begin{array}{cccccccccccc}{d}_{u,1}& d_{u,2}& \·\·\·& d_{u,k}& S_{u,1}& S_{u,2}& \·\·\·& S_{u,N_{\mathrm{out}}}& R_{u,1}& R_{u,2}& \·\·\·& R_{u,N_{\mathrm{in}}}\end{array}\right]$

$G_{\mathrm{in}}=\left[\begin{array}{ccc}{I}_k& O_{k\×N_{\mathrm{out}}}& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}\\ O_{N_{\mathrm{out}}\×k}& I_{N_{\mathrm{out}}}& {Y^{\mathrm{in}}}_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{in}}}\end{array}\right]$

5.根据权利要求1，采用自适应的包解码方法，其特征在于：

设N_l为当前编码包组的丢包数，假设与此包组相关联的前l-1个包组的数据包是完整的，即没有丢失或已经顺利恢复丢包，且按照上述的包编码方法，每获得一个监督包，就可以多恢复出一个丢包。

(1)若N_l≤N_in，则利用解线性方程组方法，不需要任何其他编码包组的协助，就能够进行恢复丢包。

(2)若N_in＜N_l≤N_in+N_out，假设之前的l-1包组是完整的，即包组内没有丢包或者已经恢复所有数据包，首先计算出p_a，b(a∈{u-l-1，u-l，…，u-1}，b∈{1，2，…，m})，再还原出隐藏在S_u，i(i＝1，2，…，N_out)中的N_out个第u个包组的监督包：

$p_{u,i}=S_{u,I}-\underset{j=1}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{u-j,N_{\mathrm{in}}+j\·N_{\mathrm{out}}+I}$

其中，i∈{N_in+1，N_in+2，…，N_in+N_out}，I＝i-N_in，为第u个包组的第i个监督包累加在跨包组监督部分的位置下标。将还原出的监督包和包组内监督部分V_u，out联合起来，便得到了N_in+N_out个第u个包组的监督包，这相当于将当前包组生成矩阵G_in扩展了N_out列：

${G_{\mathrm{in}}}^{\′}=\left[\begin{array}{cccc}{I}_k& O_{k\×N_{\mathrm{out}}}& {W^{\mathrm{in}}}_{k\×N_{\mathrm{in}}}& {W^{\mathrm{out},1}}_{k\×N_{\mathrm{out}}}\\ O_{N_{\mathrm{out}}\×k}& I_{N_{\mathrm{out}}}& {Y^{\mathrm{in}}}_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{in}}}& O_{N_{\mathrm{out}}\×N_{\mathrm{out}}}\end{array}\right]$

其中是G_g×h中

的前N_out列组成的子矩阵。任取G′_in的k列，对这k维的列向量组，截取其前k行得到的方阵一定是G_g×h的一个缺失子方阵。此方阵的列向量是线性无关的，于是这任取G′_in的k列也是线性无关的，可以恢复当前包组中所有的数据包。

(3)如果N_l＞N_in+N_out，现有的恢复能力不能满足需求，则等待第u+1个包组的到来。如果第u-l+2个包组到第u+1个包组这l个包组中，除第u个包组，都没有丢包，或者通过包组内监督部分恢复出包组内全部数据包，进而还原出压缩在S_u+1，i(i＝1，2，…，N_out)中的N_out个第u个包组的监督包：

$p_{u,i}=S_{u+1,I}-\underset{j=1,j\≠1}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{u-j,N_{\mathrm{in}}+j\·N_{\mathrm{out}}+I}$

其中，i∈{N_in+N_out+1，N_in+N_out+2，…，N_in+2·N_out}，I＝i-N_in-N_out。这样便总共得到了第u个包组的N_in+2·N_out个监督包，与步骤二中，可以得到新的增加了N_out列的当前包组生成矩阵。于是，如果N_l≤N_in+2·N_out，则可以恢复第u个包组中的所有数据包。通过第u个包组后面的l-1个包组的到来，至多可还原出第u个包组的(l-1)·N_out个额外的监督包，这样至多可以恢复出第u个包组中的N_in+l·N_out个丢包。

(4)、若N_l＞N_in+l·N_out，则当前包组丢失情况超出恢复上限，放弃恢复当前包组的丢包。

6.根据权利要求5，在自适应包解码过程中，当N_l＞N_in+N_out时，可以设置包解码的最大等待包组数M，即为了恢复第u个包组的丢包，已经等待了M个包组，如果仍然没有得到足够的第u个包组的监督包，则不再继续等待后续的包组，放弃对第u个包组的恢复。

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