CN102239658B - 按需差错控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分组交换网络中新的差错控制范例，其特别有利于组播传输。每当为了传输而调度新的输出数据分组(Dj-1)时，在发送方侧更新传输状态向量TSV(T)。每当有效地接收新输入和正确索引的数据分组(Dj-1)时，在接收侧类似地更新相应的接收状态向量RSV(R)。只要检测到丢失或损坏的数据分组(Dj)，则暂停RSV的更新。然后，向发送方发送请求以获得当前TSV的值，或其一部分。然后，从当前TSV的值(Sk，m)、从最近更新的RSV的值(Sj-1)，以及要不然从有效接收的数据分组(Dj+1，...，Dk)来恢复错误数据分组。本发明更具体地涉及实现这个范例的发送单元(100)和接收单元(200)，并且相应地涉及防止有索引的数据分组流出现数据丢失或数据损坏的方法，以及恢复在有索引的数据分组流中的丢失或损坏的数据分组的方法。

Description

按需差错控制

技术领域

本发明涉及在分组交换网络中新的差错控制范例。

背景技术

分组交换网络自身是不可靠的，意味着它们将不保证其不会延迟、损坏或丢失分组，或无序传送分组。

前向纠错(FEC)和重传是在分组交换网络上提供可靠通信的基本差错控制范例。

重传是被破坏或丢失的数据分组的重新发送，并且依赖于：

-校验和(或类似的)，用于检查接收信息的完整性；

-确认，也就是，通过某些返回通道从接收方到发送方的明确接收；以及

-丢失或损坏的分组的重传(由发送方或接收方发起)。

重传暗示了每个未决分组(即还未确收)的副本保持在发送方端，用于进一步重传，如果存在。

存在若干形式的重传策略，最突出地是：

-选择性确认(SACK)：接收方明确地通知发送方哪些分组、消息、或片段被正确地接收，以及附带哪些分组没有。

-累积确认：接收方确认正确接收的分组、消息、或片段，这种确认暗示了所有先前分组也被正确接收。传输控制协议(TCP)使用累积确认。

-否定确认(NACK)：接收方明确地通知发送方哪些分组、消息、或片段被不正确地接收，并因此要重传。

对于组播传输，也就是，如果一个发送方通过一个共同数据流服务于许多接收机，重传是不利的。典型地，借助于通过单播和并行通信信道的重传和否定确认来实现组播传输的可靠性。需要在服务器端或在组播复制节点保持大量数据分组，以实现终端用户可接受的体验质量(QoE)。重传高速缓存的大小取决于从接收方到重传单元的往返时间(RTT)，以及取决于请求的分组最终到达接收方所必要的重传次数(即用户可能经历的噪声和/或网络环境)。典型地，对于每个和每一个通告的通道需要缓存视频信息的最后100-200ms(即大约50至100个数据分组)。类似地，需要为分组重传提供大量的专用单播通信资源，以服务于许多用户。清楚地，随着用户和信道的数目增长，这样的方案不可扩展。

FEC是向信息数据增加的冗余数据。这使得接收方自身检测和校正差错(在一些约束内)，但是花费一些数据开销。因此，FEC应用于重传的相对成本较高或不可能的情形中。

FEC的两个主要类型是块编码(例如Reed Solomon(RS)、Golay、Bose和Ray-Chaudhuri(BCH)和Hamming码)和卷积编码。在纠错中的最近发展是turbo编码，即，将两个或更多个相对简单的卷积码与交织器组合以生成可在Shannon极限的一部分分贝中执行的块码的方案。

FEC也是不利的，因为需要大量数据开销来实现可接受的QoE，从而防止相应信道带宽被其它服务使用。

发明内容

本发明的目的通过以下内容实现，以及现有技术的上述缺陷通过以下内容来克服：一种发送单元，用于向接收单元发送有索引的数据分组的流，并且包括；

-传输状态计算装置，适用于每当为了传输而调度新的输出数据分组时更新传输状态向量TSV，TSV匹配于每当有效地接收新的输入数据分组时在所述接收单元中类似地更新相应的接收状态向量RSV，所述新的输入数据分组的索引是下一个期望的数据分组的索引；

-通信装置，适用于在从所述接收单元请求时发送至少一个当前分量值，用于所述TSV的至少一个向量分量的各个值，其在与所述RSV的最近更新向量值以及要不然与有效接收的数据分组组合时，允许至少一个丢失或损坏的数据分组(Dj)的恢复。

以及相应地，一种接收单元，用于从发送单元接收有索引的数据分组的流，并且包括：

-接收状态计算装置，适用于每当有效地接收新的输入数据分组时更新接收状态向量RSV，所述新的输入数据分组的索引是下一个期望的数据分组的索引，RSV匹配于每当为了传输而调度新的输出数据分组时在所述发送单元中类似地更新的相应传输状态向量TSV；

-通信装置，适用于从所述发送单元或得至少一个当前分量值，用于所述TSV的至少一个向量分量的各个分量；

-恢复装置，适用于从所述至少一个当前分量值、从所述RSV的最近更新的向量值，以及要不然从有效接收的数据分组来恢复丢失的或损坏的数据分组。

传输状态向量(TSV)和接收状态向量(RSV)分别在发送端和接收端保持最新。每当为了传输而调度新的输出数据分组时以及每当有效地接收新的输入和连续索引的数据分组(即其索引是下一个期望的数据分组索引)时，根据共同算法更新TSV和RSV。然而，TSV和RSV以紧凑形式跟踪发送和接收历史(即其信息字节已经发送和接收)。典型地，TSV和RSV包括一个或多个向量分量(即依据向量定向的行或列)，以及每个向量分量的长度匹配于数据分组长度。在共同协定的发送和接收的索引处将TSV和RSV重设为某些初始状态，其索引匹配于在数据分组本身中编码的相应数据分组索引。那些索引不必一致，然而需要在它们之间的匹配相应性。

只要在接收的数据分组的流中检测到丢失或损坏的数据分组，接收方不与发送方同步，并且不再更新RSV。然后，向发送方发送请求以获得当前TSV的值，也就是最近更新的TSV值，或其一部分，以及与该值相应的传输索引。通过将那些传输状态信息与最近更新的RSV值以及要不然正确接收的数据分组相组合，得到一等式集合，其具有构成丢失或损坏的数据分组的数据符号(例如比特、字节)作为未知参数。如果传输和接收状态向量的计算为，那些等式可逆，则可以恢复丢失的或损坏的数据符号并且可以恢复RSV的更新，如说明书中将进一步阐述的。

本发明是有利的，在于仅按需要来发送差错控制信息，并且直到为了恢复已经丢失或损坏的数据所需的精确程度。本发明还是有利的，在于将整个发送历史编译成一个状态向量，其具有比为了重传而保持的数据分组的相应传输高速缓存更少的分量，从而将存储器需求放松直到一个数量级。最后但并非最不重要，接收方可以衡量其接收高速缓存及其恢复策略，以实现对于该用户的所需QoE。发送方不需要跟踪上百个分组以适用于最差情形。仅状态向量的维度相关：更多的向量分量，可以恢复的更多数据分组，以及数据通信系统的更多弹性。

应当注意的是，RSV可能是实际TSV的子集，考虑例如在接收侧更少的计算复杂度或更低恢复能力，在这个情况下将TSV看作匹配于所述具体接收方的RSV的TSV子集。

还应当注意的是，可以在通信协议集的任意层上执行传输和接收状态信息的计算。例如在层2(L2)，根据例如以太网有效载荷(并且假设以太网帧按一种方式或另一种方式编索引)计算传输和接收状态信息，并且将存在如单向单播或组播通信那样多的状态向量。或者，可将传输和接收状态信息的计算限制为某种类型的业务或有效载荷。

根据本发明的发送单元的实例是编码设备，例如视频前端，或多媒体服务器，或中间复制节点，例如数字用户路接入复用器(DSLAM)或无线/移动基站，以及根据本发明的接收单元的实例是用户网关，例如机顶盒(STB)或调制解调器或路由器，或用户终端，例如电视机或个人计算机或无线/移动终端、或解码设备。

根据本发明的发送单元的其它实施例的特征在于，所述通信装置还适用于向所述接收单元周期性通告所述TSV的当前向量值。

通过定期通告(或广播)当前TSV值，发送单元使得接收单元随时间重新同步其RSV，从而避免由于未检测的数据损坏所引起的计算不匹配。在太多错误分组的情况下也是有帮助的，在这个情况下，接收方需要与发送方重新同步其状态向量，以恢复正常操作。

根据本发明的发送单元的备选实施例的特征在于，所述通信装置还适用于在所述接收单元的控制下选择所述至少一个向量分量，以及相应地，根据本发明的接收单元的备选实施例的特征在于，所述接收单元还包括选择器，适用于在所述TSV中选择所述至少一个向量分量。

接收方密切控制恢复处理所需的发送状态信息的量，也就是，与如果在考虑例如脉冲噪声时连续数据分组的突发丢失相比，如果一个数据分组在这里和那里丢失，则将请求更少的TSV分量。差错控制信息的量匹配于用户经历的具体通道影响，从而对于FEC范例放松了带宽使用(其中差错控制信息缺省地附加至每个和每一个发送的有效载荷)，并且使得那个带宽可用于其它并行服务。

在第一实施例中，根据当前信息量选择所述至少一个向量分量，所述当前信息量的恢复是未决的。

在第二实施例中，根据估计的信息量选择所述至少一个向量分量，所述估计的信息量的恢复期望在所述至少一个当前分量值的接收时是未决的。

通过参与静态到动态错误分组，如果首先请求的TSV的分量不再满足于不断增加的错误分组的数目，以及如果要进一步请求额外TSV的分量，避免了新通信循环。典型地，丢失或损坏的信息的期望数量基于观察的差错模式和RTT测量。这个实施例实现了更快的数据恢复，但是牺牲了某些额外开销，这样期望太悲观。

根据本发明的发送单元和接收单元的另一实施例的特征在于，所述通信装置适用于通过无状态数据通信协议彼此通信。

被请求和发送的传输状态信息是当前信息，并因此相同，而不管请求客户端。如果当前状态向量的第一传输失败，则将发生随后状态向量的第二传输。然后，特别地适用无状态通信协议，例如用户数据报协议(UDP)。因此，在发送侧不需要保持通信上下文，使得这种方案高度可扩展。这个实施例对于组播传输特别有利。

本发明还涉及一种方法，用于防止向接收单元传送的有索引的数据分组的流出现数据丢失或数据损坏，所述方法包括以下步骤：

-每当为了传输而调度新的输出数据分组时更新传输状态向量TSV，TSV匹配于每当有效地接收新的输入数据分组时在所述接收单元中类似地更新的相应接收状态向量RSV，所述新的输入数据分组的索引是下一个期望的数据分组的索引；

-在从所述接收单元请求时，传送至少一个电路分量值，其用于所述TSV的至少一个向量分量的各个值，当其在与所述RSV的最近更新向量值以及要不然有效接收的数据分组组合时，允许至少一个丢失或损坏的数据分组的恢复。

并且相应地，涉及一种方法，用于恢复从发送单元接收的有索引的数据分组的流中丢失或损坏的数据分组，所述方法包括以下步骤：

-每当有效地接收新的输入数据分组时更新接收状态向量RSV，所述新的输入数据分组的索引是下一个期望的数据分组的索引，RSV匹配于每当为了传输而调度新的输出数据分组时在所述发送单元中类似地更新的相应传输状态向量TSV；

-从所述发送单元获得至少一个当前分量值，用于所述TSV的至少一个向量分量的各个分量；

-从所述至少一个当前分量值、从所述RSV的最近更新的向量值、以及要不然从有效接收的数据分组来恢复丢失或损坏的数据分组。

根据本发明的发送单元的实施例对应于根据本发明的用于防止向接收单元传送的有索引的数据分组流出现数据丢失或数据损坏的方法的实施例，以及根据本发明的接收单元的实施例对应于用于恢复从发送单元接收的有索引的数据分组流中丢失或损坏的数据分组的方法。

附图说明

通过结合附图参照实施例的以下描述，本发明的上述和其它目的和特点将变得更加清楚，以及将将最好地理解本发明自身，其中：

图1表示根据本发明的发送单元和接收单元；

图2表示在发送单元和接收单元之间的信息流的实例。

具体实施方式

从图1中可见，通信系统1包括：

发送单元100；以及

接收单元200。

发送单元100和接收单元200经由分组交换通信网络彼此耦合，所述分组交换通信网络可以包括其它中间网络节点(未示出)，以及其支持数据路径310(数据分组通过数据路径310从发送单元100传递至接收单元200)，以及差错控制路径320(差错控制消息通过差错控制路径320在发送单元100和接收单元200之间交换)。

发送单元100和接收单元200分别发送和接收索引的数据分组的流Dj-5，Dj-4，Dj-3，Dj-2，Dj-1，Dj，...，Dk-1，Dk，Dk+1，Dk+2，...，其中j表示丢失的特定数据分组的索引，以及k表示正在为发送单元100的传输而调度的数据分组的索引，其中j＜k。

在本发明的示例性实施例中，数据分组D是绑定至多个接收方(即接收单元200)监听的组播地址的RTP分组。RTP分组通过在RTP报头中编码的16比特RTP序列号来索引。通过RTP有效载荷来计算TSV和RSV的值。RTP有效载荷可以是可变长度，在这种情况下其补充有已知比特模式。存在与被传送的组播流一样多的TSV的实例，以及存在与被监听的组播流一样多的RSV的实例。

发送单元100包括以下功能单元：

-传输高速缓存110，其中在为了传输而被调度之前保持数据分组D；

-传输状态计算单元120，用于计算TSV和T；以及

-通信单元130。

传输高速缓存110耦合至传输状态计算单元120。传输状态计算单元120进一步耦合至通信单元130。

传输状态计算单元120适用于每当为了传输而调度新输出数据分组(当前为Dk)时更新TSV T的值。

作为示例性实施例，传输状态计算单元120包括：

-数据存储库123，其中保持TSV T的最近更新值，当前为Sk；

-锁存器122(或移位寄存器等)，用于在TSV T的先前值被更新之前锁存这个值，当前为Sk-1；以及

-功能f121，其接受由锁存器122锁存的作为第一参数的TSV T的先前值，当前为Sk-1，以及接受为了传输而调度的作为第二参数的新数据分组的RTP有效载荷，当前为Dk，以及生成作为输出的TSV T的新值，当前为Sk，当先前值由锁存器122锁存时将新值推送到数据存储库123中。

将参照实施例的操作来阐明传输状态计算算法。

通信单元130适用于向接收单元200提供由接收单元200所选的TSV的组件的当前(即最近更新的)值，以及与该值相应的数据分组索引。

通信单元130利用UDP作为通信协议。

接收单元200包括以下功能单元：

-接收高速缓存210，其中在进一步处理之前保持有效接收的数据分组D；

-接收状态计算单元220，用于计算RSV R；

-通信单元230；

-恢复单元240；

-选择器250。

接收高速缓存210耦合至接收状态计算单元220。恢复装置240耦合至接收高速缓存210、接收状态计算单元220、以及选择器250。选择器250进一步耦合至通信单元230。

接收状态计算单元220适用于每当有效地接收新的输入数据分组(其索引是下一期望的数据分组索引)时更新RSV R的值，当前直到数据分组Dj-1。

接收状态计算单元220包括：

-数据存储库223，其中保持RSV R的最近更新值，当前为Sj-1；

-锁存器222，用于在RSV R的先前值被更新之前锁存这个值，当前为Sj-2；以及

-功能f221，其等同于发送单元100的功能121，其接受由锁存器222锁存的作为第一参数的RSV R的先前值，当前为Sj-2，以及接受作为第二参数的有效接收的数据分组的RTP有效载荷，当前为Dj-1，以及生成作为输出的RSV R的新值，当前为Sj-1，当先前值由锁存器222锁存时将新值推送到数据存储库223中。

将参照实施例的操作来阐明接收状态计算算法。

通信单元230适用于从发送单元200获得故意选择的TSV T的向量分量的当前值，以及与该值相应的数据分组索引。目前，通信单元230请求TSV T的第m分量的当前值，并且作为响应获得值Sk，m，其中k表示与该值相应的RTP序列号。

通信单元230利用UDP作为通信协议。

恢复单元240适用于检测丢失或损坏的数据分组，当前为Dj，于是通过开关241(见图1中的关闭)暂停RSV R的更新。目前，将RSV的值固定为Sj-1，同时新数据分组Dj+1，...，Dk进入，这是因为这些索引中没有一个是下一期望数据分组索引，当前为索引j。

恢复单元240还适用于从RSV R的最近更新值，当前为Sj-1；从请求的TSV分量的当前值，当前为Sk，m；以及从正确接收的数据分组，当前为Dj+1，...，Dk恢复丢失或损坏的数据分组。将恢复的分组推送到接收高速缓存210中，用于进一步处理，并且通过开关241(见图1中的打开)来恢复RSV R的更新。

恢复单元240还适用于每当检测到丢失或损坏的数据分组时(见图1中的err_ind)，以及每当恢复那个丢失或损坏的数据分组(见图1中的rec_ind)时通知选择器250。

将参照实施例的操作来阐明恢复算法。

选择器250适用于选择正确的TSV的分量，以能够恢复一个或多个丢失或损坏的数据分组。目前，选择器250选择TSV T的第m个分量，并请求通信单元230得到它(见图1中的get_TSV_cmpt(m))。

TSV的分量的选择是基于：

-已经可用的传输状态信息，如果存在；

-从RSV R的最近更新值之后丢失或损坏的数据分组的当前数目，或备选地，必须从要选择的TSV的分量恢复的丢失或损坏的数据分组的估计数目。

丢失或损坏的数据分组的数目估计基于以下因素：

-由恢复单元240通知的差错和恢复信息(见图1中的err_ind和rec_ind)，使得选择器250确定RSV值可用并期望符合相应TSV的值的最近数据分组索引，当前为索引j-1；

-在接收器单元200和发送单元100之间的RTT的测量(见图1中的RTT_meas)，例如由例如通信单元230执行，使得选择器250估计要选择的TSV的分量将可用的数据分组索引，当前为索引k；

-差错率测量(例如期望的错误分组的比率)，例如由诸如选择器250基于来自恢复单元240或来自下层的差错信息执行。

上述估计还可以通过附加的差错定时信息(例如持续时间、频率、一天的时间和/或一周的时间发生)来增强。

现在，数据通信系统1的操作如下。

让Dk成为必须从发送单元100向接收单元200发送的第k个分组(其中k表示分组索引，例如RTP序列号)。将这个分组分成可执行计算(加法、乘法等)的L个符号(例如比特或字节)。还注意到，可以使用任意类型的符号，但是在所述实施例中，我们将使用Galois域(GF)的元素作为符号，因为在这样的域中很好地定义了加法和乘法。在说明书的其它部分，我们仍旧使用术语“分组”，但是默许假设将分组分成L个符号，并且以明确相同的方式并行处理这些符号中的每一个(l＝1，...，L)。具体地，我们将建立的纠错信息包括并行计算的数目M个的纠正符号。即，对于分组的每个数据符号(l＝1，...，L)，关联M个纠正符号的向量。通过这L个向量，可以构成M个纠正分组：通过将每个的第m个纠正符号(M个符号的向量外)和每一个数据符号l组合构成第m个纠正分组。这构成与数据分组相同大小的纠正分组。如果数据分组并非相同大小，应采取最大分组大小，并且应该用虚拟信息来添充更短的分组。

为了防止分组的传输引起分组丢失或分组损坏，提出以下方案。发送单元100保持索引的TSV，其值表示为Sk＝[Sk，1；Sk，2；...；Sk，M]。根据以下等式针对每个传送的分组Dk更新所述M维的TSV：

S_k＝f_k(D_k，S_k-1)    (1)

函数fk是采用分组Dk的有效载荷的值以及与先前分组Sk-1相关的状态向量值作为输入的向量函数，并且生成新状态向量值Sk作为输出。应注意，函数fk本身可以依赖于k。即，一般地，对于每个分组，可使用新规则来计算状态向量。然而，我们将实施例限制为函数fk不依赖于k的情况，并且我们将这个函数表示为f。

接收单元200类似地更新RSV，其值匹配于在发送端计算的TSV的相应值。发送单元100和接收单元200都在相同的初始状态s0开始，并且明确地使用相同函数f。由此，在发送端和接收端的状态向量是彼此的精确副本。如果分组(称为分组Dj)丢失，则接收单元200失去同步，并且对于发送单元100要求发送方的当前状态向量的很好选择的子集。因为在这个请求到达发送单元100之前需要一些时间，当前向量现在为Sk，其中k＝j+r，并且r是依赖于RTT和分组之间时间的一些正数。发送单元100向接收单元200发送Sk的请求条目以及当前序列号k。当这个信息到达时，接收单元200在大部分情况下能够重新构建丢失分组。如果重新构建了丢失分组，则接收单元200可使得其状态向量保持与发送单元100的状态向量同步。如果由于某些原因不能够重新构建丢失分组，则接收单元200应该仍旧确保(通过请求足够的纠正信息，或通过将状态向量重新初始化为在特定分组索引处的某些协定的值，或通过取决于从发送方到接收方的状态向量T的周期性通告)其状态向量保持与发送单元100的状态向量同步。

注意，如果我们假设与纠正信息相应的序列号(即k)可伴随在某些标头字段中的纠错信息，状态向量的一个条目的传输精确地需要与一个分组将重新传输的相同容量。

在接收方端的重新构建基于接收方知道丢失数据分组Dj如何影响状态向量Sj+r＝Sk的事实。如果在j和j+r(包含)之间没有其它分组丢失，则接收方应当选择将生成其接收的Sj+r的条目(或多个条目)的分组Dj。如果很好地选择了函数f，则这个解Dj是唯一的，这将在说明书中进一步阐述。如果在j和j+r(包含)之间存在额外的分组丢失，也就是，j+s(s＜r)，接收方向发送方要求其当前状态向量的其它很好选择地条目。因此，我们定义丢失时段如下：其开始于一个数据分组的丢失(其结果为接收方的状态向量失去与发送方状态向量的同步)，并且持续直到接收方同样具有足够信息使得其状态向量与发送方的状态向量重新同步(因为可重新构建在丢失时段期间的所有分组丢失，或因为接收方从发送方接收完整状态向量)。

这在图2中示出。将分组D1至D15从发送单元100(Tx)传送至接收单元200(Rx)。分组D3丢失。结果，接收单元200请求TSV的第一分量(见图2中TSV_request(1^stcomp.)，在接收数据分组D4时)。当发送单元100调度数据分组D10的传输时，请求到达。发送单元100通过发送TSV的第一分量的当前值(当前为S10，1)，以及与这个值相应的传输索引(当前为k＝10)来答复请求。然后，接收单元可以通过当前为S2＝[S2，1；S2，2]的RSV的最近更新值，通过正确接收的数据分组D4，D5，D6，D7，D8，D9和D10，以及通过发送方的状态向量的第一分量的当前值(当前为S10，1)来重新构建丢失的数据分组D3。当然，我们可写成：

S₁₀＝f(D₁₀，S₉)＝f(D₁₀，f(D₉，f(D₈，f(D₇，f(D₆，f(D₅，f(D₄，f(D₃，S₂))))))))    (2)

丢失时段目前开始于数据分组D3，在接收纠正信息S10，1时结束(见图2的loss_period)，因此包括数据分组D3至D10。

一旦恢复了数据分组D3，可以恢复RSV的更新。

如果另一数据分组丢失，则将发出对于其它TSV的分量的新请求，从而由此扩展丢失时段。

尽管在本发明中，函数f仅采用当前分组Dk作为变量，也可以设想采用多个最近分组(即Dk，Dk-1，...，)作为变量的另一函数，但是这当然会增加传输高速缓存110的大小。

在丢失时段期间如何重新构建丢失或损坏分组，以及在什么环境下要求什么类型的纠正信息取决于具体实施例。

在第一实施例中，符号是2个元素的GF或GF(2)的元素，即比特{0，1}。状态向量Sk仅具有一个条目(M＝1)，并因此缩减到一个标量。函数f(Dk，Sk-1)(其选择为不依赖于k)是Dk和Sk-1的二进制和(即XOR)：

S_k＝D_k+S_k-1  (3)

假设，在某个时刻，在时间分组中，正确地接收Dj-1，并且接收单元200与发送单元100同步(即，两者具有相同状态Sj-1)。如果分组Dj丢失，则接收单元200在发送方的当前状态的形式下请求纠正信息。在这个请求到达时，发送单元100返回状态Sj+r的值和相关的序列号j+r。当这个信息到达时，接收单元200必须求解以下等式：

S_j+r＝D_j+r+S_j+r-1＝D_j+r+D_j+r-1+...+D_j+S_j-1＝C+D_j+S_j-1    (4)

如果正确地接收分组Dj+1直到Dj+r，那么可以计算C，在这个情况下Dj直接得到：

D_j＝C+S_j+r+S_j-1    (5)

如果在分组的集合{Dj+1，...，Dj+r}中存在任何其它丢失，则不能够重新构建分组Dj。因此，这个系统可在一个丢失时段内纠正一个分组丢失，但是不能够纠正两个或更多个分组丢失。

注意，在状态Sj+r的接收之后，接收方状态再次与发送方状态同步(从而丢失时段在r分组之后结束)。

如果在接收单元200请求时由发送单元100发送的纠正信息丢失(或等同地，如果请求本身丢失)，这是可检测的(因为例如定时器过期)，则接收单元200应持久地要求新的更新(这使得r可变，但是并非使得丢失时段持续时间随机，这没有进一步结果)，从而其可至少保持与发送单元100的同步。或者，接收单元200可等待发送单元100通告状态向量的当前值。

在第二实施例中，符号是GF(p^q)的元素，其中p是素数(大部分情况下p＝2)和q≥1。在这个GF中存在Q＝p^q个元素。这样的字段包含用于加法的唯一中性元素，表示为0，以及用于乘法的唯一中性元素，表示为1。状态信息是这个GF的元素的M维数组，并且向量函数f(Dk，Sk-1)(其选择为不依赖于k)定义如下：

S_k＝a·D_k+A·S_k-1    (6)

其中A是(M×M)矩阵，以及a是GF(p^q)中的(M×1)-矩阵(即向量)。在这个定义中使用的加法和乘法是来自GF(p^q)的。

假设，在某个时刻，正确地接收分组Dj-1，并且接收单元200与发送单元100同步(即两者具有相同状态Sj-1)。如果分组Dj丢失，则接收单元200在发送方的状态向量的第一分量的形式下请求纠正信息。在这个请求到达时，发送单元100返回状态Sj+r的值1，以及相关的序列号j+r。在这个纠正信息到达时，接收单元200可以尝试重新构建丢失的分组。如果在分组的集合{Dj+1，...，Dj+r}中没有其它丢失，则可立即执行(通过与第一实施例非常类似的过程)。如果在这个集合中存在任何其它丢失，也就是，分组Dj+s(s≤r)也丢失，则接收单元200在发送方的当前状态向量的第二分量的形式下要求纠正信息。因此，发送单元100返回状态Sj+s+r’的值2以及相关序列号j+s+r’。注意，r’可以(略微)不同于r。如果在第二丢失之后没有其它丢失r’分组，则接收单元200原理上具有足够信息来重新构建两个丢失分组。如果存在，则接收单元200请求发送方的当前状态向量的第三分量等。

在某个时刻，接收单元200接收n条纠正信息，并且仅存在n个丢失分组要重新构建。通过使用GF的属性，可容易地看出，为了重新构建n个丢失分组，矩阵等式必须通过以下形式求解：

$B\·\left[\begin{array}{c}{D}_j\\ D_{j+s_1}\\ .\\ .\\ .\\ D_{j+s_1+...+s_{n-1}}\end{array}\right]=b---\left(7\right)$

其中s1，...，sn-1是n个丢失分组之间的索引偏移量，其中B是取决于A和a的(n×n)矩阵，以及其中b是取决于A、a、未丢失分组的值、第一分组丢失之前的状态向量和接收的纠正信息的(n×1)矩阵(即向量)。

矩阵A和向量a应该很好地选择，从而矩阵B对于尽可能多的丢失模式是可逆的。具体地，向量a不应具有等于0的条目。实际上，并且不失一般性，可选择这样的向量a，其所有条目等于1。如果矩阵B具有逆矩阵，则可重新构建n个丢失分组，并且接收单元200可以与发送单元100重新同步。在矩阵B不可逆的(希望罕见)情况下，不能够重新构建n个丢失分组，并且接收单元200必须(持久地)对于发送单元100请求完整状态向量的“当前”版本，或者等待直到发送单元100通告那个值。在接收这个信息之后，接收单元200再次同步(并且丢失时段结束)。注意，n的限度为M。如果在丢失时段内存在多于M个丢失，则接收单元200不能够纠正它们，并且再次(频繁地)向发送方请求完整状态向量的“当前”版本，或者等待下一通告。

第三实施例类似于第二个。其使用相同GF。已知的是，这样的字段除了用于加法的中性元素和用于乘法的中性元素之外还包含至少一个所谓的本原元素，表示为α。这个本原元素具有以下属性，对于所有0＜t＜Q-1为α^t≠1，以及α^Q-1＝1。

如第二实施例，状态信息是这个GF的元素的M维向量。逐条目地定义向量函数f(Dk，Sk-1)(其选择为不依赖于k)。状态向量的第m条目定义为：

S_k，m＝D_k+α^m-1·S_k-1，m    (8)

其中m＝1，...，M，以及M＜Q-1。

假设，在某个时刻，正确地接收分组Dj-1，并且接收单元200与发送单元100同步(即两者具有相同状态Sj-1)。如果分组Dj丢失，则接收单元200在发送方的状态向量的第一分量的形式下请求纠正信息。在这个请求到达时，发送单元100返回状态Sj+r的值1，以及相关的序列号j+r。在这个纠正信息到达时，接收方可以尝试重新构建丢失的分组。如果在分组的集合{Dj+1，...，Dj+r}中没有其它丢失，则可立即执行。如果在这个集合中存在任何其它丢失，也就是，分组Dj+s也丢失，则接收方在发送方的当前状态向量的前两个分量的形式下要求纠正信息。因此，发送单元100返回状态[Sj+s+r’，1；Sj+s+r’，2]的值以及相关序列号j+s+r’。注意，如上所述，r’可以(略微)不同于r。如果在第二丢失之后没有其它丢失r’分组，则接收方具有足够信息来重新构建两个丢失分组。如果存在，则接收方请求状态向量的前三个分量等。

如果在某个时刻，接收单元200正确地接收了(与一个特定分组相关的)状态向量的前n个分量的全部，并且仅存在n个丢失分组要重新构建(Dj，Dj+s₁，...，Dj+s₁+...+s_n-1)，则接收单元200具有足够的信息来重新构建所有丢失分组(以及所有相关的状态向量，从而其可以与发送单元100重新同步)。冗长但直接地为了证明，为此接收方必须求解以下形式的等式的线性集：

其中b是取决于正确接收的分组的值和α、在第一分组丢失之前的状态向量Sj-1和接收的纠正信息的(n×1)矩阵。

左侧的(n×n)矩阵是Vandermonde矩阵并且如果这个矩阵的第二行上的所有元素不同，则它是可逆的(因此等式的集合具有唯一解)。因为α是本原元素，如果所有s₁+...+s_n-1＜Q-1，则这得到保证。因此，在一个丢失时段中可重新构建至多M个分组，并且这个丢失时段必须保持小于Q-1个分组。

如果没有正确接收(与一个特定分组相关的)状态向量的前m个分量的全部(或等同地，如果对于这个纠正信息的请求丢失)，则接收单元200必须重新发出请求(或如果同时更多分组丢失则更新其请求)。如果多于M个分组丢失，或只要丢失时段增长超过Q-1，则接收单元200必须不断地要求发送单元100的完整状态向量，或等待下一通告。

相比于第二实施例，该第三实施例生成更为大量的纠正信息，但是其可以纠正更多的丢失分组。

第四实施例与第三实施例相同，但是丢失特征为先验已知地，丢失发生在更多或更少的恒定长度的脉冲中。在这种情况下，选择状态向量的维度M等于最常期望的脉冲大小。当检测到分组丢失时，立即要求完整的状态向量。对于剩余部分，适用与第三实施例中相同的过程。

发送单元100将有利地在接入节点中实现，例如DSLAM或无线/移动基站，其典型地易遭受容易出错的环境(例如在DSL线路上的干扰和脉冲噪声)。这可以减少RTT并因此减少丢失时段的长度，使得其它TSV的分量的传输不太可能，以及还改善损坏的或丢失的信息的数量的期望(如果存在)。

接收单元200可以形成用户网关或终端的一部分。接收单元200还可形成解码设备的一部分，在这个情况下接收高速缓存210代表在进一步解码和释放之前保持数据分组的去抖动缓冲器。

应当注意的是，同样在权利要求中使用的术语“包括”不应当解释为受限于以下列出的装置。因此，表述“包括装置A和B的设备”的范围不应限制为仅包括组件A和B的设备。这意味着，对于本发明，设备的相关组件是A和B。

还应当注意的是，同样在权利要求中使用的术语“耦合”不应解释为限制为仅直接连接。因此，表述“耦合于设备B的设备A”的范围不应限制为设备A的输出直接连接至设备B的输入的设备或系统，和/或反之亦然的设备或系统。这意味着，在A的输出和B的输入之间存在路径，和/或反之亦然，这可以是包括其它设备或装置的路径。

根据功能单元在上文中描述了本发明的实施例。从上文给出的这些单元的功能性描述，设计电子设备的本领域技术人员应当清楚，可以通过已知的电子组件如何实现这些单元的实施例。因此，没有给出功能单元的内容的详细架构。

尽管结合具体装置在上文描述了本发明的原理，但是可以清楚地理解，本说明仅通过实例给出并且不用作如所附权利要求中定义的本发明的范围的限制。

Claims (18)

1.一种发送单元(100)，用于向接收单元(200)传送有索引的数据分组流，其特征在于，所述发送单元包括：

传输状态计算装置(120)，适用于通过发送方来发送数据分组，所述数据分组包括报头，在所述报头中存储索引，所述索引的值根据数据分组中每个随后数据分组进行顺序地改变；

每当为了传输而调度新的输出数据分组(Dj-1)时，在发送单元处更新传输状态向量TSV(T)，TSV是具有多个向量分量的一个状态向量并且将数据分组流的传输历史编译成TSV，所述更新包括基于为了传输而调度的数据分组来更新TSV的向量分量中的每个向量分量，TSV匹配于在所述接收单元处相应的接收状态向量RSV(R)，每当有效地接收新的输入数据分组(Dj-1)时，类似地更新所述相应的接收状态向量RSV(R)的向量分量，所述新的输入数据分组(Dj-1)的索引是下一个期望的数据分组的索引；

通信装置(130)，适用于当有来自所述接收单元的请求时传送用于所述TSV的至少一个向量分量的各个值的至少一个当前分量值(Sk，m)，其在与所述RSV的最近更新向量值(Sj-1)以及要不然与有效接收的数据分组(Dj+1，…，Dk)组合时，允许至少一个丢失或损坏的数据分组(Dj)的恢复。

2.如权利要求1所述的发送单元(100)，其特征在于，所述通信装置进一步适用于向所述接收单元周期性通告所述TSV的当前向量值。

3.如先前权利要求中任一项所述的发送单元(100)，其特征在于，所述通信装置进一步适用于在所述接收单元的控制下选择所述至少一个向量分量。

4.如权利要求1和2中任一项所述的发送单元(100)，其特征在于，所述通信装置进一步适用于借助用户数据报协议UDP与所述接收单元进行通信。

5.如权利要求3所述的发送单元(100)，其特征在于，所述通信装置进一步适用于借助用户数据报协议UDP与所述接收单元进行通信。

6.一种编码单元，适用于如权利要求1至5中任一项所述的发送单元(100)。

7.一种组播复制节点，适用于如权利要求1至5中任一项所述的发送单元(100)。

8.一种接入节点，适用于如权利要求1至5中任一项所述的发送单元(100)。

9.一种方法，用于防止向接收单元(200)传送的有索引的数据分组流出现数据丢失或数据损坏，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

通过发送方来发送数据分组，所述数据分组包括报头，在所述报头中存储索引，所述索引的值根据数据分组中每个随后数据分组进行顺序地改变，

每当为了传输而调度新的输出数据分组(Dj-1)时，更新传输状态向量TSV(T)，TSV是具有多个向量分量的一个状态向量并且将数据分组流的传输历史编译成TSV，所述更新包括基于为了传输而调度的数据分组来更新TSV的向量分量中的每个向量分量，TSV匹配于在所述接收单元处相应的接收状态向量RSV(R)，每当有效地接收新的输入数据分组(Dj-1)时，类似地更新所述相应的接收状态向量RSV(R)的向量分量，所述新的输入数据分组(Dj-1)的索引是下一个期望的数据分组的索引；

当有来自所述接收单元的请求时，传送用于所述TSV的至少一个向量分量的各个值的至少一个当前分量值(Sk，m)，当其与所述RSV的最近更新向量值(Sj-1)以及要不然与有效接收的数据分组(Dj+1，…，Dk)组合时，允许至少一个丢失或损坏的数据分组(Dj)的恢复。

10.一种接收单元(200)，用于从发送单元(100)接收有索引的数据分组流，其特征在于，所述接收单元包括：

接收状态计算装置(220)，适用于通过接收方来接收数据分组，所述数据分组包括报头，在所述报头中存储索引，所述索引的值根据数据分组中每个随后数据分组进行顺序地改变；

每当接收方有效地接收具有作为期望的索引值的索引值的新的输入数据分组(Dj-1)时，更新接收状态向量RSV(R)，RSV是具有多个向量分量的一个状态向量并且将数据分组流的传输历史编译成TSV，所述更新包括基于具有期望的索引值的所接收的数据分组来更新TSV的向量分量中的每个向量分量，所述新的输入数据分组(Dj-1)的索引是下一个期望的数据分组的索引，RSV匹配于在所述发送单元处相应的传输状态向量TSV(T)，每当为了传输而调度新的输出数据分组(Dj-1)时，类似地更新所述相应的传输状态向量TSV(T)的向量分量；

通信装置(230)，适用于从所述发送单元获得至少一个当前分量值(Sk，m)，其用于所述TSV的至少一个向量分量的各个分量；

恢复装置(240)，适用于通过所述至少一个当前分量值、通过所述RSV的最近更新的向量值(Sj-1)、以及要不然通过有效接收的数据分组(Dj+1，…，Dk)来恢复丢失的或损坏的数据分组(Dj)。

11.如权利要求10所述的接收单元(200)，其特征在于，所述接收单元进一步包括选择器(250)，适用于在所述TSV中选择所述至少一个向量分量。

12.如权利要求11所述的接收单元(200)，其特征在于，根据数据分组的当前数量选择所述至少一个向量分量，所述数据分组的恢复是未决的。

13.如权利要求11所述的接收单元(200)，其特征在于，根据估计的数据分组数量选择所述至少一个向量分量，其中在接收所述至少一个当前分量值时，期望所述数据分组的恢复是未决的。

14.如权利要求10至13中任一项所述的接收单元(200)，其特征在于，所述通信装置进一步适用于借助用户数据报协议UDP与所述发送单元进行通信。

15.一种用户网关，适用于如权利要求10至14中任一项所述的接收单元(200)。

16.一种用户终端，适用于如权利要求10至14中任一项所述的接收单元(200)。

17.一种解码设备，适用于如权利要求10至14中任一项所述的接收单元(200)。

18.一种方法，用于恢复从发送单元(100)接收的有索引的数据分组流中丢失的或损坏的数据分组(Dj)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

通过接收方来接收数据分组，所述数据分组包括报头，在所述报头中存储索引，所述索引的值根据数据分组中每个随后数据分组进行顺序地改变；每当接收方有效地接收具有作为期望的索引值的索引值的新的输入数据分组(Dj-1)时，更新接收状态向量RSV(R)，所述新的输入数据分组(Dj-1)的索引是下一个期望的数据分组的索引，RSV匹配于在所述发送单元处相应的传输状态向量TSV(T)，每当为了传输而调度新的输出数据分组(Dj-1)时，类似地更新所述相应的传输状态向量TSV(T)的向量分量；

从所述发送单元获得至少一个当前分量值(Sk，m)，其用于所述TSV的至少一个向量分量的各个分量；

通过所述至少一个当前分量值、通过所述RSV的最近更新的向量值(Sj-1)、以及要不然通过有效接收的数据分组(Dj+1，…，Dk)来恢复丢失的或损坏的数据分组(Dj)。