CN105227268B - 一种面向编码传输协议的编码块自适应调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向编码传输协议的编码块自适应调整方法，在编码传输协议中，令编码块的大小自适应调整，获得传输过程中使得传输吞吐量达到最大的优化编码块大小。本发明具有能够减少复杂性和编码开销、增加了数据传输性能等优点。

Description

一种面向编码传输协议的编码块自适应调整方法
技术领域
本发明主要涉及到空间网络环境下的数据传输领域，特指一种面向编码传输协议的编码块自适应调整方法。
背景技术
网络编码概念是由香港中文大学R Ahlswede等提出的，融合了编码和路由的信息交换技术。在传统存储转发的路由方法基础上，通过允许对接收的多个数据包进行编码信息融合，增加单次传输的信息量。网络编码技术广泛应用于空间网络，在提高网络吞吐量、节省节点能耗、改善负责均衡、增强网络鲁棒性方面显示出其优越性。
当前，编码技术在网络的数据链路层、网络层、传输层和应用层都有相应的研究，在传输层、应用层的研究体现在与TCP、UDP的结合。传输层和应用层的网络编码机制可以分为两类：一是滑动窗口编码机制，设定一个初始编码窗口，发送端发送编码报文，当接收端接收到N个编码报文并解码后，编码窗口相应的向前滑动N个编码报文，类似于TCP拥塞控制窗口，如图1所示；二是采取块的编码机制，通用的做法是将参与编码的源消息划分为多个固定大小的编码块进行管理，发送端和接收端都以编码块为单位进行编解码，如图2所示。块编码机制相对于滑动窗口编码机制能够减少由于密集矩阵随机解法带来的解码开销，减小复杂度。当前空间网络资源相对稀缺，选择计算复杂度低，解码开销小的块编码机制更加合理。
由上可知，现有技术存在的问题就在于：设定编码块为固定大小并不是理想的解决方法。如果编码块过小，则会与传统TCP类似，不能利用网络编码的优势；如果编码块过大，则会由于密集矩阵随机解法带来开销，增加复杂性。那么，如何选择一个合理的编码块大小，以提高空间网络传输性能急待解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够减少复杂性和编码开销、增加了数据传输性能的面向编码传输协议的编码块自适应调整方法
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种面向编码传输协议的编码块自适应调整方法，在编码传输协议中，令编码块的大小自适应调整，获得传输过程中使得传输吞吐量达到最大的优化编码块大小。
作为本发明的进一步改进：在自适应调整过程中进行吞吐量比较时，计算编码块自适应调整前后的吞吐量之差，设定吞吐量变化门限值。
作为本发明的进一步改进：若吞吐量之差大于零，且大于门限值，则将编码块大小增加一个较大的增量；若吞吐量之差大于零，且小于门限值，则将编码块大小增加一个较小的增量；若吞吐量之差小于或等于零，则保持编码块大小不变。
作为本发明的进一步改进：采取调整编码块大小近似逼近的方式，具体步骤为：
首先，利用下式(1)通过记录传输1个blocksize所用时间mid_transtime来计算网络实时吞吐量Ti，其中，payloadLen为报文负载；Δ为第K+1次改变blocksize对应的吞吐量与第K次改变blocksize的吞吐量之差，如下式(2)所示；
Ti＝blocksize*payloadLen/mid_transtime (1)
Δ＝TK+1-TK (2)
如上式(3)所示，BK为第K次blocksize，BK+1为第K+1次blocksize；
在传输开始后，应用程序设置一个初始编码块大小ini_blocksize；
在传输过程中，如果第K+1次吞吐量大于第K次吞吐量，即Δ>0，则BK+增量increase；如果第K+1次吞吐量小于或者等于第K次吞吐量，即Δ≤0，则保持当前BK不变。
作为本发明的进一步改进：在调整过程中设定了吞吐量变化门限值Δssthresh：
当Δ>0且Δ>Δssthresh，BK+较大的增量max_increase，增加收敛的快速性；
当Δ>0且Δ<Δssthresh，BK+1+较小的增量min_increase，增加收敛的精确性。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的面向编码传输协议的编码块自适应调整方法，能够动态调整编码传输协议中的编码块大小，减少复杂性和编码开销；在具体应用之后，能够自适应调整编码块大小，进而大大增强了抵抗随机丢包的能力，增加了数据传输性能。
附图说明
图1是采用滑动窗口编码机制的示意图。
图2是采用块编码机制的示意图。
图3是在具体应用实例中进行延迟因素实验时的示意图。
图4是在具体应用实例中进行丢包率因素实验时的示意图。
图5是在具体应用实例中进行传输文件大小因素实验时的示意图。
图6是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图6所示，本发明的面向编码传输协议的编码块自适应调整方法，在编码传输协议中，令编码块的大小自适应调整，获得传输过程中使得传输吞吐量达到最大的优化编码块大小。
在吞吐量比较上，计算编码块自适应调整前后的吞吐量之差，设定吞吐量变化门限值。若吞吐量之差大于零，且大于门限值，则将编码块大小增加一个较大的增量；若吞吐量之差大于零，且小于门限值，则将编码块大小增加一个较小的增量；若吞吐量之差小于或等于零，则保持编码块大小不变。
为了验证本发明方法中编码块大小与吞吐量关系的原理，在具体的实验中，分别设置不同延迟、丢包率和传输文件大小，在编码传输协议应用程序中手动修改编码块大小，记录吞吐量变化，刻画编码块大小与吞吐量之间的关系曲线。实验环境为：虚拟机VMWare软件，在VMWare中模拟多台电脑安装linux系统，内核版本为linux-2.6.18。
(1)关于延迟因素影响；在上述实验中，设置带宽为1Mbps，丢包率为2.5％，在延迟分别为1ms、200ms、300ms情况下，利用编码传输协议传输2.3MB文件，刻画编码块大小和吞吐量之间的关系曲线。如图3所示，随着编码块大小的增大，吞吐量先增大后减小，存在使吞吐量达到最大的编码块大小优化区间；且延迟对吞吐量有一定影响，延迟增大，吞吐量相应减小。
(2)关于丢包率因素影响；在上述实验中，设置带宽为1Mbps，延迟为1ms，在丢包率分别为2.5％、7.5％、12.5％情况下，利用编码传输协议传输2.3MB文件，刻画编码块大小和吞吐量之间的关系曲线。如图4所示，随着编码块大小的增大，吞吐量先增大后减小，并且存在使吞吐量达到最大的编码块大小优化区间。且当丢包率增大，由于编码传输协议编解码的开销增大，相应的吞吐量也会降低。
(3)关于传输文件大小因素影响；在上述实验中，设置带宽为1Mbps，延迟为1ms，丢包率为2.5％，利用编码传输协议分别传输800KB、4.5MB、12MB文件，刻画编码块大小和吞吐量之间的关系曲线。如图5所示，传输文件大小对吞吐量得影响很小，且都保持相同的使吞吐量达到最大的编码块大小优化区间。
由图3～图5可以看出，在不同的延迟、丢包率和传输文件大小的测试环境下，编码块大小(blocksize)与吞吐量(throughout)关系都可以拟合成一个凸函数throughout＝f(blocksize)。
忽略测试值波动的影响，由凸函数性质可知，在一定区间内，blocksize在(d f)/(d blocksize)＝0时取得使throughout最大的优化编码块大小(optblocksize)。
为获得优化编码块大小，本发明采取调整编码块大小近似逼近的方式，具体步骤为：
首先，利用下式(1)通过记录传输1个blocksize所用时间(mid_transtime)来计算网络实时吞吐量Ti，其中，payloadLen为报文负载。Δ为第K+1次改变blocksize对应的吞吐量与第K次改变blocksize的吞吐量之差，如下式(2)所示。
Ti＝blocksize*payloadLen/mid_transtime (1)
Δ＝TK+1-TK (2)
如上式(3)所示，BK为第K次blocksize，BK+1为第K+1次blocksize。
传输开始，应用程序设置一个初始编码块大小ini_blocksize。传输过程中，如果第K+1次吞吐量大于第K次吞吐量，即Δ>0，则BK+增量(increase)；如果第K+1次吞吐量小于或者等于第K次吞吐量，即Δ≤0，则保持当前BK不变。
进一步，作为优化方案，本发明考虑到算法收敛的快速性和精确性，还设定了吞吐量变化门限值Δssthresh。
当Δ>0且Δ>Δssthresh，BK+较大的增量(max_increase)，增加收敛的快速性；
当Δ>0且Δ<Δssthresh，BK+1+较小的增量(min_increase)，增加收敛的精确性。
在具体应用实验中，本发明设置ini_blocksize＝5，max_increase＝10，min_increase＝2，Δssthresh＝1。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种面向编码传输协议的编码块自适应调整方法，其特征在于，在编码传输协议中，令编码块的大小自适应调整，获得传输过程中使得传输吞吐量达到最大的优化编码块大小；
所述自适应调整包括：若吞吐量之差大于零，且大于门限值，则将编码块大小增加一个较大的增量；若吞吐量之差大于零，且小于门限值，则将编码块大小增加一个较小的增量；若吞吐量之差小于或等于零，则保持编码块大小不变；在自适应调整过程中进行吞吐量比较时，计算编码块自适应调整前后的吞吐量之差，设定吞吐量变化门限值。
2.根据权利要求1所述的面向编码传输协议的编码块自适应调整方法，其特征在于，采取调整编码块大小近似逼近的方式，具体步骤为：
首先，利用下式(1)通过记录传输1个blocksize所用时间mid_transtime来计算网络实时吞吐量Ti，其中，payloadLen为报文负载；Δ为第K+1次改变blocksize对应的吞吐量TK+1与第K次改变blocksize的吞吐量TK之差，如下式(2)所示；
Ti＝blocksize*payloadLen/mid_transtime (1)
Δ＝TK+1-TK (2)
如上式(3)所示，BK为第K次blocksize，BK+1为第K+1次blocksize，max_increase和min_increase均为blocksize的增量，Δssthresh吞吐量变化门限值；
在传输开始后，设置一个初始编码块大小ini_blocksize；
在传输过程中，如果第K+1次吞吐量大于第K次吞吐量，即Δ>0，则BK+增量increase；如果第K+1次吞吐量小于或者等于第K次吞吐量，即Δ≤0，则保持当前BK不变。
3.根据权利要求2所述的面向编码传输协议的编码块自适应调整方法，其特征在于，在调整过程中设定了吞吐量变化门限值Δssthresh：
当Δ>0且Δ>Δssthresh，BK+较大的增量max_increase，增加收敛的快速性；
当Δ>0且Δ<Δssthresh，BK+1+较小的增量min_increase，增加收敛的精确性。
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