CN102480346A - 一种网络数据可靠传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络数据可靠传输的方法，包括：发送端通过保序的通道发送数据；接收端接收数据，根据触发策略生成数据接收报告，并发给发送端，其中数据接收报告是接收端接收到的所有数据包中最后一个正确的数据包的确认信息ACK和最后一个正确的数据包之前所有错误和丢失的数据包的否认信息NAK，数据接收报告有多种触发方式；发送端根据数据接收报告重传错误或丢失的数据包；其中，保序的通道要求发送端发送数据的顺序与接收端接收数据的顺序保持一致。本方法可在保持较高传输效率的前提下实现数据的可靠传输。

Description

一种网络数据可靠传输方法

技术领域

本发明涉及网络数据传输领域，特别涉及一种网络数据可靠传输方法。

背景技术

计算机网络上的数据可靠传输主要由传输层和链路层的传输协议保证。

传输层的两个传输协议分别是TCP和UDP，其中，TCP是面向连接的可靠的传输协议，它保障可靠的方式是基于滑动窗口的累计确认和超时重传。在这种方式下，接收端向发送端返回的是连续正确接收的最后一个数据包的确认信息，如果出现错误，会造成后面已经正确接收的数据包重新发送，数据传输效率比较低。

数据链路层的传输协议包括：停止等待协议、连续ARQ协议和选择重传ARQ协议。其中，停止等待协议每发送一个数据帧就等待接收方的确认帧，传输效率非常低；连续ARQ协议可以连续发送多个数据帧而不用停下来等待确认帧，但是出现差错时需要重传发生错误之后的所有数据帧，传输效率也不高；选择重传ARQ协议在数据帧发生错误时只重传那些出错的数据帧，提高了信道的利用率，但是接收方的确认帧还是对每个数据帧都发送，也有较多额外的通信数据量，效率还不是很高。

IETF提出的SCTP(Stream Control Transmission Protocol)流传输控制协议也是面向连接的可靠的传输协议，其确认机制是选择性确认SACK，接收方反馈给数据发送方的是已正确接收的数据块的序号。如图1所示，图1是SCTP的选择性确认SACK的结构示意图。SACK包括累计确认和间隔确认，累计确认是连续正确接收的最后一个数据块的序号，间隔确认表示收到了不连续的数据块，包括：不连续的数据块的起始序号和结束序号。发送端根据SACK判断出需要重传的数据块，然后进行数据重传。SCTP只重传出错的数据包，提高了信道的利用率，但是SCTP的SACK机制比较复杂，其需要连续4次判断为丢包时才对数据包进行重传，在信道比较好丢包较少的情况下，效率比较高，但在信道不好的情况下，效率会大大降低。

另外，有线电视网在完成双向化改造之前，还是一个单向的广播网，没有回传的信道。因此，也无法直接在有线电视网上实现数据的可靠传输。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决上述问题，提出一种网络数据可靠传输方法，在能够在保持较高传输效率的前提下实现数据的可靠传输。

为实现上述发明目的，本发明提供一种网络数据可靠传输的方法，该方法以发送端发送数据的顺序与接收端接收数据的顺序保持一致为前提条件，该方法具体步骤包括：

步骤1)：发送端将待发数据发送给接收端，并在缓冲区中保存发送的数据，同时启动超时计时器；其中，超时计时器的超时时间大于接收端向发送端反馈数据接收报告的周期；

步骤2)：接收端接收所述的步骤1)发送的数据，接收端根据校验信息判断所接收的数据包是否正确，并按照触发策略生成数据接收报告，将数据接收报告发给发送端；其中，所述的数据接收报告内容包括：接收端接收到的所有数据包中最后一个正确的数据包的确认信息ACK、最后一个正确接收的数据包之前所有错误且不能恢复的数据包的否认信息NAK和丢失的数据包的否认信息NAK；

步骤3)：发送端解析所述步骤2)中的数据接收报告，判断是否接收到数据包的否认信息NAK；如果接收到，则执行步骤4)；否则，发送端判断是否在超时计时器超时前接收到数据包的确认信息ACK，如果未接收到，则执行步骤4)，否则，发送端从缓冲区删除已正确确认的数据包；

步骤4)：发送端判断相应数据包的重传次数是否达到上限，如果达到，则取消数据的发送；否则，发送端重传相应的数据包，将该数据包的重传次数加1，并重新启动超时计时器；然后跳转至步骤2)继续执行。

所述的步骤1)还包括：发送端先将待发数据进行分片，在数据片头部加入标记编号，在数据片尾部加入FEC前向纠错码。

所述的步骤2)还包括：接收端对错误数据包采用FEC前向纠错码进行恢复。

所述触发策略采用接收端设置定时器来按照时间周期性触发；或采用接收端设置数据包计数器来按照收到的数据包达到确定数目时触发；或采用接收端设置流量计数器来按照收到的数据达到确定流量时触发；或采用在接收端同时设置定时器和数据包计数器，当定时时间生效时，则由定时器触发，当定时时间尚未生效，但已经接收到确定数目的数据包，则由数据包计数器触发。

所述触发策略采用连续工作的方式；每次触发后，定时器和计数器进行复位。

本发明的优点在于，本发明通过在接收端设置触发策略，根据触发策略生成数据接收报告，然后发给发送端，减少了额外的数据通信量，提高了数据传输的效率；另外，通过采用本发明的方法，能够有效地实现数据的可靠传输，并且本发明的方法不限定数据传输的通道，可以是保序的双向通道，如基于面向连接的网络，例如X.25、帧中继、ATM网等的通道，也可以是保序的单向通道配合不保序的双向通道，如可以通过融合有线电视网的单向广播通道和IP双向通道，在有线电视网上实现数据的可靠传输。

附图说明

图1为SCTP协议的选择性确认SACK的结构示意图；

图2为本发明提出的一种网络数据可靠传输方法的数据接收报告的结构示意图；

图3为本发明提出的一种网络数据可靠传输方法在有线电视网络上的系统构架图之一；

图4为本发明提出的一种网络数据可靠传输方法在有线电视网络上的系统构架图之二；

图5为本发明提出的一种网络数据可靠传输方法在有线电视网络上实施时数据包的封装格式图；

图6为本发明提出的一种网络数据可靠传输方法在有线电视网络上具体实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

本发明提出一种网络数据可靠传输方法，发送端通过保序的通道发送数据；接收端接收数据，按照触发策略生成数据接收报告，并将数据接收报告发给发送端；发送端根据数据接收报告重传错误或丢失的数据包。具体包括如下步骤：

(1)发送端将待发数据通过保序的通道下发给接收端，并在缓冲区中保存数据，启动超时计时器。

所述的保序通道，可以是保序的单向通道，如有线电视网单向广播通道；也可以是保序的双向通道，如基于面向连接的网络的通道，例如：X.25、帧中继、ATM网等。

(2)接收端接收数据，按照触发策略生成数据接收报告，并将数据接收报告通过回传通道发给发送端。

如果数据传输的通道是保序的单向通道，则需要有额外的通道作为回传通道，如双向IP通道；如果数据传输的通道是保序的双向通道，则回传通道就是此双向通道。

所述触发策略，可以是接收端设置定时器，按照时间周期性触发；可以是接收端设置数据包计数器，当收到的数据包达到确定数目时触发；可以是接收端设置流量计数器，当收到的数据达到确定流量时触发；可以是多种方式的组合，如在接收端同时设置定时器和数据包计数器，当定时时间生效时，则由定时器触发，当定时时间尚未生效，但已经接收到确定数目的数据包，则由数据包计数器触发。

所述触发策略是连续工作的，每次触发后，所述定时器、计数器等需要复位，重新执行触发策略。

所述的数据接收报告是接收端接收到的所有数据包中最后一个正确的数据包的确认ACK和最后一个正确接收的数据包之前所有错误的或丢失的数据包的否认NAK。如图2所示，图2是本发明的数据接收报告的结构示意图。例如，发送端在一个数据传输周期中发送10个数据包，接收端接收数据包，并按照定时器的方式触发产生数据接收报告。假设：第五个数据包和第十个数据包传输错误或丢失；此时数据接收报告的内容包括：第九个数据包的确认信息ACK和第五个数据包的错误信息NAK。

(3)发送端解析数据接收报告，若接收到数据包的NAK，或在超时计时器超时时还未接收到数据包的ACK，则所述发送端通过保序的通道或者双向通道重传缓冲区中相应的数据包，将该数据包的已重传次数加1，并重新启动超时计时器，否则，发送端从缓冲区中删除相应的数据包。

其中，所述的发送端的超时计时器的超时时间应大于接收端向发送端反馈数据接收报告的周期，以防止发送端在接收到所述接收端的数据接收确认响应之前就重传或者丢弃相应的数据包。

(4)若数据包重传的次数达到上限，则取消数据的发送。

进一步地，在步骤(1)中，发送端可以先将待发数据进行分片，在数据片头部加入标记编号，然后在数据片尾部加入FEC前向纠错码；在步骤(2)中，接收端可根据校验信息判断所接收的数据包是否正确，对错误数据包采用FEC前向纠错码进行恢复，从而减少发生错误需要重传的数据。

下面以本发明应用在有线电视网络领域为例进行具体的说明。

如图3所示，图3为本发明提出的一种网络数据可靠传输方法在有线电视网络上的系统构架图之一。如图4所示，图4为本发明提出的一种网络数据可靠传输方法在有线电视网络上的系统构架图之二。在具体实施过程中，可以采用如图3所示的系统架构，发送端通过有线电视网单向通道发送数据，通过IP双向通道重传错误或丢失的数据，接收端通过IP双向通道向发送端返回数据接收报告；也可采用如图4所示的系统架构，发送端通过有线电视网的单向通道发送数据，并且通过有线电视网的单向通道重传错误或丢失的数据，接收端通过IP双向通道向发送端返回数据接收报告。在本实施例中采用图3的架构。

图6为本发明提出的一种网络数据可靠传输方法在有线电视网络上具体实施流程图，如图6所示，具体工作包括如下步骤：

601)发送端将待发数据分片，在数据片头部加入标记编号，在数据片尾部加入前向纠错码，再封装成MPEG-TS传输流，然后调制成射频信号，通过有线电视网的单向广播通道下发给接收端，并在缓冲区中保存数据，启动超时计时器；

如图5所示，图5为本发明提出的一种网络数据可靠传输方法在有线电视网络上实施时数据包的封装格式图。为了有效地标识数据，将待发数据进行分片，在数据片的头部加入32位的编号，并在数据片的尾部加入FEC前向纠错码，然后进行打包。其中，分片的大小可根据需要进行设置，如设置为1024位；FEC纠错码的位数也可以根据信道的好坏进行调节，如设置为64位。

为了防止发送端在接收到所述接收端的数据接收确认响应之前就重传或者丢弃相应的数据包，要求所述的发送端的超时计时器的超时时间必须大于接收端向发送端反馈数据接收报告周期。

为了保证网络出问题时，数据包不会无限制地重传，需要设置数据包的重传次数上限，如果重传次数超过此上限，则断开连接，取消数据的发送。

602)接收端通过有线电视网的单向广播通道接收数据，对数据进行解调和解码处理，并设置有数据接收确认定时器，通过定时器触发生成数据接收报告；接收端还通过双向通道接收重传的数据；

603)接收端判断确认定时器是否生效，如果生效，则顺序执行下一步，否则，返回执行步骤602)；

604)接收端通过双向信道向所述发送端返回数据接收报告，首先根据校验信息判断所接收的数据是否正确，对错误数据包采用FEC前向纠错码进行恢复，正确或错误但恢复后正确的数据包用ACK表示，错误且不能恢复的数据包则用NAK表示，若接收到的数据包的标记编号不连续，则说明编号缺失的数据包丢失，也用NAK表示；

由于通过有线电视网的单向广播通道下发数据时，传输是保序的，所以接收端向所述发送端返回数据接收报告时，不是对每个数据包都发送，而是返回接收端的确认定时器一个周期内最后一个正确接收的数据包的ACK和所有出错或者丢失的数据包的NAK。

605)发送端判断是否接收到所述接收端返回的表示数据未正确接收的确认包NAK，如果未接收到，则顺序执行下一步，否则，跳转到步骤607)执行；

606)发送端判断是否在所述的超时计时器超时前还未接收到所述接收端返回的表示数据正确接收的确认包ACK，如果未接收到，则顺序执行下一步，否则，跳转到步骤610)执行；

607)发送端判断该数据包是否达到重传次数上限，如果未达到，则顺序执行下一步，否则，跳转到步骤609)执行；

608)发送端通过双向通道重传缓冲区中的相应数据包，将该数据包的已重传次数加1，并重新启动超时计时器，然后跳转到步骤602)继续执行；

609)发送端取消数据的发送，数据传输异常终止；

610)发送端从缓冲区中删除已正确接收的数据包。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种网络数据可靠传输的方法，该方法以发送端发送数据的顺序与接收端接收数据的顺序保持一致为前提条件，该方法具体步骤包括：

步骤1)：发送端将待发数据发送给接收端，并在缓冲区中保存发送的数据，同时启动超时计时器；其中，超时计时器设定的超时时间大于接收端向发送端反馈数据接收报告的周期；

步骤2)：接收端接收所述的步骤1)发送的数据，接收端根据校验信息判断所接收的数据包是否正确，并按照触发策略生成数据接收报告，将数据接收报告发给发送端；其中，所述的数据接收报告内容包括：接收端接收到的所有数据包中最后一个正确的数据包的确认信息ACK、最后一个正确接收的数据包之前所有错误且不能恢复的数据包的否认信息NAK和丢失的数据包的否认信息NAK；

步骤3)：发送端解析所述步骤2)中的数据接收报告，判断是否接收到数据包的否认信息NAK；如果接收到，则执行步骤4)；否则，发送端判断是否在超时计时器超时前接收到数据包的确认信息ACK，如果未接收到，则执行步骤4)，否则，发送端从缓冲区删除已正确确认的数据包；

步骤4)：发送端判断相应数据包的重传次数是否达到上限，如果达到，则取消数据的发送；否则，发送端重传相应的数据包，将该数据包的重传次数加1，并重新启动超时计时器；然后跳转至步骤2)继续执行。

2.根据权利要求1所述的网络数据可靠传输方法，其特征在于，所述的步骤1)还包括：发送端先将待发数据进行分片，在数据片头部加入标记编号，在数据片尾部加入FEC前向纠错码。

3.根据权利要求1所述的网络数据可靠传输方法，其特征在于，所述的步骤2)还包括：接收端对错误数据包采用FEC前向纠错码进行恢复。

4.根据权利要求1所述的网络数据可靠传输方法，其特征在于，所述触发策略采用接收端设置定时器来按照时间周期性触发；或采用接收端设置数据包计数器来按照收到的数据包达到确定数目时触发；或采用接收端设置流量计数器来按照收到的数据达到确定流量时触发；或采用在接收端同时设置定时器和数据包计数器，当定时时间生效时，则由定时器触发，当定时时间尚未生效，但已经接收到确定数目的数据包，则由数据包计数器触发。

5.根据权利要求1所述的网络数据可靠传输的方法，其特征在于，所述触发策略采用连续工作的方式；每次触发后，定时器和计数器进行复位。

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