CN105450357A - 编码参数的调整、反馈信息的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编码参数的调整、反馈信息的处理方法及装置，在上述方法中，向解码端发送多个连续的编码数据包；接收解码端根据多个连续的编码数据包确定的反馈信息，其中，反馈信息用于通知当前的网络状态对传输多个连续的编码数据包所造成的影响；根据反馈信息调整编码参数。根据本发明提供的技术方案，改善了由连续丢包而引发的无法解码情况，提高了解码效率与解码准确度。

Description

编码参数的调整、反馈信息的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种编码参数的调整、反馈信息的处理方法及装置。

背景技术

随着因特网(Internet)和无线宽带网络的迅速发展和广泛部署，无线网络给人们的生活带来了巨大的变革。无线局域网在人们的生活中也同样占据了不可或缺的地位。通过无线宽带网络接入互联网已经成为了人们日常生活中主要上网方式。因此，如何提高无线网络的传输质量成为了当今研究问题的热点。

网络编码打破了传统上的路由机制认为在网络中传输的数据包只能转发和存储的限制，网络中的节点不再仅仅只是简单地转发数据包到链路，而是可以允许节点将接收到的数据包经过编码后再进行发送。一种基于传输控制协议(TCP)的随机线性网络编码为解决TCP在无线网络下的性能衰落问题带来新思路。

由J.K.Sundararajan等人首次提出了结合网络编码的TCP协议以提高TCP在无线环境下的传输性能。图1是根据相关技术的基于TCP的随机线性网络编码的示意图。如图1所示，在传统TCP协议的传输层和网络层之间加入一个新的协议层：网络编码层。通过网络编码将下层的丢包掩盖，使TCP继续保持良好传输的性能而不是主动缩小拥塞窗口降低发送速率，而且TCP协议具有良好的兼容性。

然而，基于TCP的网络编码尽管具有上述优势，但与此同时也同样面临着挑战。例如：在连续丢包的环境下，如果连续丢包长度超过网络编码窗口W，那么在解码时就会出现不可逆的数据包无法正确解码的问题。在通常情况下，信道的衰落往往会导致一连串的数据包丢失，传输的过程中产生的错误往往具有突发性。因此，如何应对这种连续丢包对网络编码产生的影响是至关重要的。

由此可见，相关技术中无法克服由连续丢包而造成的无法解码的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种编码参数的调整、反馈信息的处理方法及装置，以至少解决相关技术中无法克服由连续丢包而造成的无法解码的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种编码参数的调整方法。

根据本发明实施例的编码参数的调整方法包括：向解码端发送多个连续的编码数据包；接收解码端根据多个连续的编码数据包确定的反馈信息，其中，反馈信息用于通知当前的网络状态对传输多个连续的编码数据包所造成的影响；根据反馈信息调整编码参数。

优选地，反馈信息包括以下至少之一：解码端估计的网络中的丢包率；解码端估计的网络中的最大连续丢包个数；接收到的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；接收到的反馈数据包的rank值，其中，rank为解码端所采用的解码矩阵的秩。

优选地，编码参数包括以下至少之一：冗余因子、编码窗口。

优选地，根据反馈信息调整编码参数包括以下至少之一：根据解码端估计的网络中的丢包率调整冗余因子；根据解码端估计的网络中的最大连续丢包个数调整编码窗口；在根据接收到的反馈数据包的base值和接收到的反馈数据包的rank值确定多个连续的编码数据包中的部分或全部数据包发生丢失的情况下，重新生成新的编码数据包。

优选地，根据解码端估计的网络中的丢包率调整冗余因子包括：采用以下公式计算冗余因子的下界：其中，R为冗余因子，p为解码端估计的网络中的丢包率；在满足不低于下界取值的基础上加大冗余因子的取值，并且与初始设定的冗余因子进行比较，将取值较大者设置为待使用的冗余因子。

优选地，根据解码端估计的网络中的最大连续丢包个数调整编码窗口包括以下之一：在确定解码端估计的网络中的最大连续丢包个数大于编码窗口的情况下，则减小编码窗口的取值；在确定解码端估计的网络中的最大连续丢包个数小于或等于编码窗口的情况下，则继续保持编码窗口的大小。

优选地，在根据接收到的反馈数据包的base值和接收到的反馈数据包的rank值确定部分或全部数据包发生丢失的情况下，重新生成新的编码数据包包括：通过对当前反馈的数据包的base值减去前一个接收到的反馈数据包的base值，并且比较当前反馈的数据包的rank值与前一个接收到的反馈数据包rank值是否相同；若base的差值大于或等于编码窗口且rank值相同的情况，则确定部分或全部数据包发生丢失；判断当前反馈的数据包是否为在丢失长度为编码窗口的多个连续数据包后的首个编码数据包；如果是，则将编码窗口的取值加1，并且按照更新后的编码窗口与冗余因子重新生成新的编码数据包，如果否，则按照冗余因子重新生成新的编码数据包。

根据本发明的另一方面，提供了一种反馈信息的处理方法。

根据本发明实施例的反馈信息的处理方法包括：接收编码端发送的多个连续编码数据包；根据多个连续编码数据包生成反馈信息，其中，反馈信息用于通知编码端当前的网络状态对传输多个连续编码数据包所造成的影响以使编码端调整编码参数；向编码端返回反馈信息。

优选地，反馈信息包括以下至少之一：自身估计的网络中的丢包率；自身估计的网络中的最大连续丢包个数；待发送的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；待发送的反馈数据包的rank值，其中，rank为解码端所采用的解码矩阵的秩。

优选地，编码参数包括以下至少之一：冗余因子、编码窗口。

优选地，根据多个连续编码数据包生成反馈信息包括以下至少之一：网络中的丢包率、网络中的最大连续丢包个数。

优选地，采用在接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值总和除以编码数据包的数量计算丢包率。

优选地，根据接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值的最大值得到网络中的最大丢包个数。

根据本发明的一个方面，提供了一种编码参数的调整装置。

根据本发明实施例的编码参数的调整装置包括：发送模块，用于向解码端发送多个连续的编码数据包；接收模块，用于接收解码端根据多个连续的编码数据包确定的反馈信息，其中，反馈信息用于通知当前的网络状态对传输多个连续的编码数据包所造成的影响；调整模块，用于根据反馈信息调整编码参数。

优选地，反馈信息包括以下至少之一：解码端估计的网络中的丢包率；解码端估计的网络中的最大连续丢包个数；接收到的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；接收到的反馈数据包的rank值，其中，rank为解码端所采用的解码矩阵的秩。

优选地，编码参数包括以下至少之一：冗余因子、编码窗口。

优选地，调整模块包括：第一调整单元，用于根据解码端估计的网络中的丢包率调整冗余因子；第二调整单元，用于根据解码端估计的网络中的最大连续丢包个数调整编码窗口；生成单元，用于在根据接收到的反馈数据包的base值和接收到的反馈数据包的rank值确定多个连续的编码数据包中的部分或全部数据包发生丢失的情况下，重新生成新的编码数据包。

优选地，第一调整单元包括：计算子单元，用于采用以下公式计算冗余因子的下界：其中，R为冗余因子，p为解码端估计的网络中的丢包率；调整子单元，用于在满足不低于下界取值的基础上加大冗余因子的取值，并且与初始设定的冗余因子进行比较，将取值较大者设置为待使用的冗余因子。

优选地，第二调整单元，用于在确定解码端估计的网络中的最大连续丢包个数大于编码窗口的情况下，则减小编码窗口的取值；或者，在确定解码端估计的网络中的最大连续丢包个数小于或等于编码窗口的情况下，则继续保持编码窗口的大小。

优选地，生成单元包括：比较子单元，用于通过对当前反馈的数据包的base值减去前一个接收到的反馈数据包的base值，并且比较当前反馈的数据包的rank值与前一个接收到的反馈数据包的rank值是否相同；确定子单元，用于在base的差值大于或等于编码窗口且rank值相同的情况下，确定部分或全部数据包发生丢失；处理子单元，用于判断当前反馈的数据包是否为在丢失长度为编码窗口的多个连续数据包后的首个编码数据包；如果是，则将编码窗口的取值加1，并且按照更新后的编码窗口与冗余因子重新生成新的编码数据包，如果否，则按照冗余因子重新生成新的编码数据包。

根据本发明的另一方面，提供了一种反馈信息的处理装置。

根据本发明实施例的反馈信息的处理装置包括：接收模块，用于接收编码端发送的多个连续编码数据包；生成模块，用于根据多个连续编码数据包生成反馈信息，其中，反馈信息用于通知编码端当前的网络状态对传输多个连续编码数据包所造成的影响以使编码端调整编码参数；反馈模块，用于向编码端返回反馈信息。

优选地，反馈信息包括以下至少之一：自身估计的网络中的丢包率；自身估计的网络中的最大连续丢包个数；待发送的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；待发送的反馈数据包的rank值，其中，rank为解码端所采用的解码矩阵的秩。

优选地，编码参数包括以下至少之一：冗余因子、编码窗口。

优选地，生成模块包括：第一估计单元，用于采用接收到的编码数据包的数量以及在接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值总和，估计网络中的丢包率；第二估计单元，用于通过接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值进行统计获取连续丢包数量分布情况，估计网络中的最大连续丢包个数；确定单元，用于根据对当前接收到的反馈数据包的base值减去前一个反馈数据包的base值再与编码窗口进行比较，同时比较当前反馈的数据包的rank值与前一个反馈数据包的rank值是否相同，确定当前接收到的数据包与前一个接收到的数据包的相关性。

通过本发明实施例，采用向解码端发送多个连续的编码数据包；接收解码端根据多个连续的编码数据包确定的反馈信息，其中，反馈信息用于通知当前的网络状态对传输多个连续的编码数据包所造成的影响；根据反馈信息调整编码参数，解决了相关技术中无法克服由连续丢包而造成的无法解码的问题，进而改善了由连续丢包而引发的无法解码情况，提高了解码效率与解码准确度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的基于TCP的随机线性网络编码的示意图；

图2是根据本发明实施例的编码参数的调整方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的反馈信息的处理方法的流程图；

图4是根据本发明优选实施例的传输层网络编码自适应调整方法的流程图；

图5是根据本发明优选实施例的编码数据包的包头结构示意图；

图6是根据本发明优选实施例的ACK数据包的封装结构示意图；

图7是根据本发明实施例的编码参数的调整装置的结构框图；

图8是根据本发明优选实施例的编码参数的调整装置的结构框图；

图9是根据本发明实施例的反馈信息的处理装置的结构框图；

图10是根据本发明优选实施例的反馈信息的处理装置的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例针对传输层网络编码在连续丢失情况下产生的不可逆的数据丢失问题，提供了一种类似自动重传请求(AutomaticRepeat-reQuest，简称为ARQ)并且可以动态调整编码窗口(NetworkCodingWindow，简称为W)与冗余因子(Redundancy，简称为R)的方法，称为ARQ-AWRNetworkCoding，其中，W为大于或等于2的正整数；R为大于或等于1的正数。

图2是根据本发明实施例的编码参数的调整方法的流程图。如图2所示，该方法可以包括以下处理步骤：

步骤S202：向解码端发送多个连续的编码数据包；

步骤S204：接收解码端根据多个连续的编码数据包确定的反馈信息，其中，反馈信息用于通知当前的网络状态对传输多个连续的编码数据包所造成的影响；

步骤S206：根据反馈信息调整编码参数。

相关技术中无法克服由连续丢包而造成的无法解码。采用如图2所示的方法，通过从解码端获取反馈信息进而能够得知当前的网络状态对传输多个连续的编码数据包所造成的影响，从而调整编码参数并且进行通信恢复。由此解决了相关技术中无法克服由连续丢包而造成的无法解码的问题，进而改善了由连续丢包而引发的无法解码情况，能够实时根据网络状态进行自适应调整，提高了解码效率与解码准确度。

在优选实施过程中，上述反馈信息可以包括但不限于以下至少之一：

(1)解码端估计的网络中的丢包率；

(2)解码端估计的网络中的最大连续丢包个数；

(3)接收到的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；

(4)接收到的反馈数据包的rank值，其中，rank为解码端所采用的解码矩阵的秩。

在优选实施过程中，上述编码参数可以包括但不限于以下至少之一：冗余因子、编码窗口。

优选地，在步骤S204中，根据反馈信息调整编码参数可以包括以下操作至少之一：

步骤S1：根据解码端估计的网络中的丢包率调整冗余因子；

步骤S2：根据解码端估计的网络中的最大连续丢包个数调整编码窗口；

步骤S3：在根据接收到的反馈数据包的base值和接收到的反馈数据包的rank值确定多个连续的编码数据包中的部分或全部数据包发生丢失的情况下，重新生成新的编码数据包。

优选地，在步骤S1中，根据解码端估计的网络中的丢包率调整冗余因子可以包括以下步骤：

步骤S11：采用以下公式计算冗余因子的下界：其中，R为冗余因子，p为解码端估计的网络中的丢包率；

步骤S12：在满足不低于下界取值的基础上加大冗余因子的取值，并且与初始设定的冗余因子进行比较，将取值较大者设置为待使用的冗余因子。

在优选实施例中，可以通过冗余因子的计算公式计算出解码端估算出的丢包率对应的冗余因子ACK_R。根据丢包率计算冗余因子下界的公式为(p为丢包率)：然而，解码端估算出的丢包率较网络中真实丢包率的值偏小；如果R<1/1-p则会导致严重的性能下降，因为网络编码将不能完全补偿网络中的丢包。为了能够达到最大吞吐量，R≥1/1-p应当选择最佳的取值。然而，将冗余因子R设置为R>>1/1-p又会导致与网络中丢失的数据包相比过度的冗余，这将会发送过多超过的数据包。另一方面，基于以下2点原因，将R恰好设置为1/1-p也是不可取的：

原因一、精确的数值R＝1/1-p几乎不可能或者很难在实际应用中获得；

原因二、因为R无线趋近于1/1-p也是不可以取的，因为，如此少的冗余数据包不会够精确补偿网络中的丢包。因此，基于之前的分析中得到冗余因子要大于其下限大约1％-5％，结合这几个方面估算出来的ACK_R需要增大约3％以上；否则可能会无法满足冗余因子一定要大于1/1-p的条件。最后，得到的ACK_R需要与系统初始R相比较，选择较大者作为系统使用的冗余因子。

优选地，在步骤S2中，根据解码端估计的网络中的最大连续丢包个数调整编码窗口可以包括以下操作之一：

步骤S21：在确定解码端估计的网络中的最大连续丢包个数大于编码窗口的情况下，则减小编码窗口的取值；

步骤S22：在确定解码端估计的网络中的最大连续丢包个数小于或等于编码窗口的情况下，则继续保持编码窗口的大小。

在优选实施例中，利用解码端估算可能出现的最大连续丢包个数ACK_W，可以帮助编码端修正实际的编码窗口。当实际网络编码窗口大于ACK_W时，则需要将网络编码窗口的值减小，以此来避免过大的编码窗口所带来的不必要的浪费；而当实际网络编码窗口小于或等于ACK_W时，表明当前的网络编码窗口没超过估计的最大值，则不需要修改网络编码窗口。

优选地，在步骤S3中，根据接收到的反馈数据包的base值和接收到的反馈数据包的rank值确定部分或全部数据包发生丢失的情况下，重新生成新的编码数据包可以包括以下步骤：

步骤S31：通过当前反馈的数据包的base值减去前一个接收到的反馈数据包的base值，并且比较当前反馈的数据包的rank值与前一个接收到的反馈数据包的rank值是否相同；若上述base值的差值大于或等于编码窗口且当前rank值与前一个rank值相同，则确定部分或全部数据包发生丢失；

步骤S32：判断当前反馈的数据包是否为在丢失长度为编码窗口的多个连续数据包后的首个编码数据包；如果是，则将编码窗口的取值加1，并且按照更新后的编码窗口与冗余因子重新生成新的编码数据包，如果否，则按照冗余因子重新生成新的编码数据包。

在优选实施例中，根据反馈的base值与前一个数据包的base值的差可以估算出网络中是否存在超过网络编码窗口的连续丢包。一旦出现了前后rank相等并且base值之差超过了W的情况就可以判断网络中已经出现了长度超过编码窗口的连续丢包。然后需要继续判断NC_ACK_QUEUE队列是否为空，NC_ACK_QUEUE队列是将发送端不能及时解码但是已经ACK的包所放入的队列。如果NC_ACK_QUEUE为空，则表示这是第一个接收到的超过W个连续丢包后的编码数据包。因为网络中传输的数据包的个数是固定的，假设出现连续丢M个包后，为了稳定网络中传输数据包的总数，那么发送端需要再多传输M个数据包；否则有可能会引发系统性能的恶化。继而再更新W的值，将W的值增大1。然后再更新传输能力为W*R，最后重新开始产生新的编码数据包；而如果NC_ACK_QUEUE不为空，则说明这已经不是连续丢包后接收到的第一个ACK，所以W不更新，但需要更新传输能力为1*R，最后再开始编码产生新的编码数据包。

图3是根据本发明实施例的反馈信息的处理方法的流程图。如图3所示，该方法可以包括以下处理步骤：

步骤S302：接收编码端发送的多个连续编码数据包；

步骤S304：根据多个连续编码数据包生成反馈信息，其中，反馈信息用于通知编码端当前的网络状态对传输多个连续编码数据包所造成的影响以使编码端调整编码参数；

步骤S306：向编码端返回反馈信息。

在优选实施过程中，上述反馈信息可以包括但不限于以下至少之一：

(1)自身估计的网络中的丢包率；

(2)自身估计的网络中的最大连续丢包个数；

(3)待发送的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；

(4)待发送的反馈数据包的rank值，其中，rank为解码端所采用的解码矩阵的秩。

在优选实施过程中，上述编码参数可以包括但不限于以下至少之一：冗余因子、编码窗口。

优选地，在步骤S304中，根据多个连续编码数据包生成反馈信息可以包括以下操作至少之一：网络中的丢包率、网络中的最大连续丢包个数。

在优选实施过程中，可以采用接收到的编码数据包的数量以及在接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值总和，估计网络中的丢包率；

在优选实施例中，记录当前接收到的编码数据包base值和前一个编码数据包的base的值为base_old。base是编码端赋予编码数据包的一个序号值，存放于网络编码数据包的包头中。利用base减去base_old的值就可以计算当前数据包与前一个数据包之间的关系。当其差值为1时，表示是正常按顺序接收；当其差值小于1时，表示接受到当前的数据包是冗余数据包所代替的编码数据包；当其值大于1时，表示接收到的两个数据包之间存在丢包的。具体的丢包个数为：base-base_old-1。统计所有的接收到的数据包之间的base的差值，就可以估算出一共丢失的数据包个数，可以采用num_lost表示当前一共丢失的数据包个数。接收到的数据包个数可以采用num_recv表示。那么在解码端估算出的丢包率为：num_lost/(num_recv+num_lost)。

在优选实施过程中，可以通过接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值进行统计获取连续丢包数量分布情况，估计网络中的最大连续丢包个数；

在优选实施例中，利用估计网络中丢包率中计算得到的所有的接收到的数据包之间的base的差值，统计这些数据包base的差值就可以得到连续丢包个数的分布情况，将从小到大99％的连续丢包情况都包括在内时，最大的连续丢包个数作为估计的连续最大丢包长度的结果。

此外，还可以根据对当前接收到的数据包的base值减去前一个接收到的反馈数据包的base值进行减法运算再与编码窗口进行比较，同时比较当前反馈的数据包的rank值与前一个接收到的反馈数据包的rank值是否相同，确定当前接收到的数据包与前一个接收到的数据包的相关性。

在优选实施例中，在没有进行网络编码处理时，所有的数据包{p₁,p₂,…,p_n}均没有经过网络编码处理，统称为原始数据包；原始数据包之间是没有任何相关性的，即p_i,p_j在i≠j的情况下，p_i,p_j是线性无关的。那么其关系可以表示为公式：

$\mathrm{\&delta;}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& ,i=j\\ 0& ,i\&NotEqual;j\end{array}\right.(x=i-j);$

在原始数据包{p₁,p₂,…,p_n}经过网络编码后，产生的编码数据包{q₁,q₂,…,q_n}，那么在q_i,q_j在|i-j|<W的情况下，q_i,q_j是线性相关的；反之在|i-j|≥W的情况下，q_i,q_j是线性无关的。即可以采用以下公式表示：

$\mathrm{\&Pi;}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& ,|i-j|<W\\ 0& ,|i-j|\&GreaterEqual;W\end{array}\right.(x=i-j);$

对于网络编码的接收端，新到达的数据包可能会来带新的信息，而且接收到数据包之间可能会因为连续的丢包导致其相关性不同。依据上述数据包相关性的定义来判断到达数据的相关性。当新到达的数据包含有新的信息而且与之前接收到的数据包是相关的，认为这个数据包是对解码有贡献的；如果新接收到的数据包含有新的信息但是却与之前接收到的数据包是不相关的，认为这个数据包是对解码没有贡献的。

作为本发明的一个优选实施例。图4是根据本发明优选实施例的传输层网络编码自适应调整方法的流程图。如图4所示，该流程可以包括以下处理步骤：

步骤S402：解码端产生反馈信息；

解码端接收并处理来自于TCP发送端的数据包。解码端首先将数据包中携带的随机编码系数取出并且加入解码矩阵，更新矩阵信息；其次将数据包包头中的随机编码系数和base的值取出。然后再将获取到的参数值加入解码矩阵，以计算矩阵的秩。

在该优选实施例中，图5是根据本发明优选实施例的编码数据包的包头结构示意图。如图5所示，各个位置信息的参数含义如下：

SourceandDestinationpost：源端口和目的端口信息。在编码操作过程中，上述信息将参与编码，其可以从TCP的头部中获取。

base：负责进行发送端与接收端缓存区的数据包管理，其同样能够起到标识编码数据包与原始数据包的一种对应关系的作用。

n：参与编码的数据包的个数。

Start_i：参与编码的第i个数据包的开始位置的字节处。

End_i：参与编码的第i个数据包的结束位置的字节处。

α_i：参与编码的第i个数据包在线性组合中的系数。

在步骤S402中，又可以进一步包含以下三个步骤：

步骤(1)在解码端估算网络中的丢包率；

在优选实施过程中，解码端从当前编码数据包中提取base值，前一个接收到的编码数据包矩阵的base值为base_old。记录下base减去base_old的值就可以估算当前数据包与前一个数据包之间的丢包情况，当其差值为1时，则表示是正常的顺序接收；当其差值小于1时，则表示当前接收的数据包是冗余数据包所代替的编码数据包；当其值大于1时，表示接收到的两个数据包之间存在丢包情况发生，且丢包个数为：base-base_old-1。统计全部接收到的数据包之间的base的差值，就可以估算出一共丢失的数据包个数，其可以采用num_lost表示当前总共丢失的数据包个数，而总共接收到的数据包个数可以用num_recv表示。那么在解码端估算出的丢包率为：num_lost/(num_recv+num_lost)。

步骤(2)解码端估计网络中出现的连续最大丢包个数；

在优选实施过程中，估计连续最大丢包长度的方法可以利用估计网络丢包率中计算得到的全部接收到的数据包之间的base的差值，统计这些数据包base的差值就可以得到连续丢包个数的分布情况，将从小到大99％的连续丢包情况都包括在内时，最大的连续丢包个数作为估计的连续最大丢包长度的结果。

步骤(3)将在解码端计算得到的丢包率和连续最大丢包长度，同时还需要将此数据包的base的值均写入至待反馈的ACK数据包中。图6是根据本发明优选实施例的ACK数据包的封装结构示意图。如图6所示，在20字节的TCP头信息的基础上新增了8字节的ACK反馈信息。

步骤S404：编码端根据解码端反馈的信息调整编码参数；

在优选实施例中，从反馈的ACK信息中提取丢包率ACK_p和连续最大丢包长度ACK_W。利用解码端估算出的网络中丢包率ACK_p，通过冗余因子的计算公式可以计算出与解码端估算出的丢包率对应的冗余因子ACK_R。根据丢包率计算冗余因子下界的公式为(p为丢包率)：R＝1/1-p。

然而，解码端估算出丢包率较网络中真实丢包率的值偏小；如果R<1/1-p导致严重的性能下降，因为网络编码将不能完全补偿网络中的丢包。为了达到最大吞吐量，R≥1/1-p应当选择最佳的取值。然而，将冗余因子R设置为R>>1/1-p会导致与网络中的丢失的数据包相比过度的冗余，这将会发送过多超过的数据包。另一方面，基于以下2点原因，将R恰好设置为1/1-p也是不可取的：

原因一、精确的数值R＝1/1-p几乎不可能或者很难在实际应用中获得；

原因二、因为R无线趋近于1/1-p也是不可以取的，因为，如此少的冗余数据包不会够精确补偿网络中的丢包。因此，基于之前的分析中得到冗余因子要大于其下限大约1％-5％，结合这几个方面估算出来的ACK_R需要增大约3％以上；否则可能会无法满足冗余因子一定要大于1/1-p的条件。最后，得到的ACK_R需要与系统初始R相比较，选择较大者作为系统使用的冗余因子。

利用解码端估算可能出现的最大连续丢包个数ACK_W，可以帮助编码端修正实际的编码窗口。当实际网络编码窗口大于ACK_W时，则需要将网络编码窗口的值减小，以此来避免过大的编码窗口所带来的不必要的浪费；当实际网络编码窗口小于ACK_W时，表明当前的网络编码窗口尚未超过估计的最大值，则不需要修改网络编码窗口。

步骤S406：编码端根据接收到的反馈信息调整传输策略；

从反馈的ACK信息中提取base值，前一个接收到的ACK中的base值为base_old。除此之外，还需要从反馈的ACK中得到rank的信息，当前ACK中得到的rank信息记为rank；前一个接收到的ACK中的rank值为rank_old。

在步骤S406中又可以进一步包含以下三个步骤：

步骤(1)接收到的数据包是否相关；

如果前后两个ACK所对应的数据包是相关的，那么其对应的编码包是对解码是有作用的；如果ACK的数据包是不相关的，那么其对应的编码包是对解码是没有作用的。通过下面公式来判断数据是否相关且对解码有作用：

如果满足rank＝＝rank_old+1&&base<base_old+W，则表示前后两个ACK所对应的数据包是相关的，则执行步骤(2)；

如果满足rank＝＝rank_old&&base>＝base_old+W，则表示前后两个ACK所对应的数据包是不相关的，则执行步骤(3)。

步骤(2)将被ACK的数据包从编码队列中移出，并检查NC_ACK_QUEUE的状态。

在这种情况下，表示TCP-Sink端接收到的这个ACK对应的编码数据包使矩阵的秩增加而且与上一个接收到的编码数据包是相关的。将被ACK的数据包从编码队列中移出，并检查NC_ACK_QUEUE队列的状态；需要将被ACK的数据包从网络编码队列中移出。NC_ACK_QUEUE队列是将发送端无法及时解码但是已经ACK的包所放入的队列。下一步判断NC_ACK_QUEUE是否为空，如果NC_ACK_QUEUE为空则直接跳过至结束，否则，从NC_ACK_QUEUE队列中移出所有数据包再结束。

步骤(3)根据网络状况更新网络编码窗口W。

在这种情况下，表示TCP-Sink端接收到的这个ACK对应的编码数据包与上一个接收到的编码数据包是不相关的。造成这种状况的原因在于网络中出现连续丢包超过W的情况，此时需要将网络编码窗口的值W增大1。然后再调整传输策略。

步骤(4)根据队列NC_ACK_QUEUE的状态准备开始重传；

判断NC_ACK_QUEUE队列是否为空，如果NC_ACK_QUEUE为空，则表示其为第一个接收到的超过W个连续丢包的编码数据包。因为网络中传输的数据包的个数是固定的，假设在出现连续丢失M个数据包后，为了保持网络中传输数据包个数的稳定性，那么发送端需要在多传输M个数据包，否则，有可能会引发性能的恶化，因而需要立刻更新W的值，并更新传输能力为W*R；如果NC_ACK_QUEUE不为空，则说明这已经不是连续丢包后接收到的第一个ACK，所以W无需更新，而仅更新传输能力为1*R。

步骤(5)产生编码数据包；

根据步骤(4)中所确定的当前的传输能力，在编码端可以确定一次编码需要产生数据包的个数，其具体的编码方式可以采用现有的随机线性网络编码的方式。根据步骤(4)中网络编码窗口W更新作为传输策略调整的信号。当检测到网络编码窗口W更新时，立刻采取传输策略调整，其具体的调整方式为：将在编码端的编码队列的头指针从当前位置(一般临近队列尾部)移动到队列头。如果没有检测到网络编码窗口W更新，则编码端的编码队列的头指针保持不动。

综上所述，结合上述的传输能力与编码队列的头指针的位置可以确定重新发送数据包时需要发送的个数并重新确定哪些数据包参与过编码操作。

图7是根据本发明实施例的编码参数的调整装置的结构框图。该装置位于传输层网络的编码端，如图7所示，该编码参数的调整装置可以包括：发送模块10，用于向解码端发送多个连续的编码数据包；接收模块20，用于接收解码端根据多个连续的编码数据包确定的反馈信息，其中，反馈信息用于通知当前的网络状态对传输多个连续的编码数据包所造成的影响；调整模块30，用于根据反馈信息调整编码参数。

采用如图7所示的装置，解决了相关技术中无法克服由连续丢包而造成的无法解码的问题，进而改善了由连续丢包而引发的无法解码情况，提高了解码效率与解码准确度。

在优选实施过程中，上述反馈信息可以包括但不限于以下至少之一：

(1)解码端估计的网络中的丢包率；

(2)解码端估计的网络中的最大连续丢包个数；

(3)接收到的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；

(4)接收到的反馈数据包的rank值，其中，rank为解码端所采用的解码矩阵的秩。

在优选实施过程中，上述编码参数可以包括但不限于以下至少之一：冗余因子、编码窗口。

优选地，如图8所示，调整模块30可以包括：第一调整单元300，用于根据解码端估计的网络中的丢包率调整冗余因子；第二调整单元302，用于根据解码端估计的网络中的最大连续丢包个数调整编码窗口；生成单元304，用于在根据接收到的反馈数据包的base值和接收到的反馈数据包的rank值确定多个连续的编码数据包中的部分或全部数据包发生丢失的情况下，重新生成新的编码数据包。

优选地，第一调整单元300可以包括：计算子单元(图中未示出)，用于采用以下公式计算冗余因子的下界：其中，R为冗余因子，p为解码端估计的网络中的丢包率；调整子单元(图中未示出)，用于在满足不低于下界取值的基础上加大冗余因子的取值，并且与初始设定的冗余因子进行比较，将取值较大者设置为待使用的冗余因子。

优选地，第二调整单元302，用于在确定解码端估计的网络中的最大连续丢包个数大于编码窗口的情况下，则减小编码窗口的取值；或者，在确定解码端估计的网络中的最大连续丢包个数小于或等于编码窗口的情况下，则继续保持编码窗口的大小。

优选地，生成单元304可以包括：比较子单元(图中未示出)，用于通过对当前反馈的数据包的base值减去前一个接收到的反馈数据包的base值，并且比较当前反馈的数据包的rank值与前一个接收到的反馈数据包的rank值是否相同；确定子单元(图中未示出)，用于在base的差值大于或等于编码窗口且rank值相同的情况下，确定部分或全部数据包发生丢失；处理子单元(图中未示出)，用于判断当前反馈的数据包是否为在丢失长度为编码窗口的多个连续数据包后的首个编码数据包；如果是，则将编码窗口的取值加1，并且按照更新后的编码窗口与冗余因子重新生成新的编码数据包，如果否，则按照冗余因子重新生成新的编码数据包。

图9是根据本发明实施例的反馈信息的处理装置的结构框图。该装置位于传输层网络的解码端，如图9所示，该反馈信息的处理装置可以包括：接收模块40，用于接收编码端发送的多个连续编码数据包；生成模块50，用于根据所述多个连续编码数据包生成反馈信息，其中，所述反馈信息用于通知所述编码端当前的网络状态对传输所述多个连续编码数据包所造成的影响以使所述编码端调整编码参数；反馈模块60，用于向所述编码端返回所述反馈信息。

在优选实施过程中，上述反馈信息可以包括但不限于以下至少之一：

(1)自身估计的网络中的丢包率；

(2)自身估计的网络中的最大连续丢包个数；

(3)待发送的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；

(4)待发送的反馈数据包的rank值，其中，rank为解码端所采用的解码矩阵的秩。

在优选实施过程中，上述编码参数可以包括但不限于以下至少之一：冗余因子、编码窗口。

优选地，如图10所示，生成模块50可以包括：第一估计单元500，用于采用接收到的编码数据包的数量以及在接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值总和，估计网络中的丢包率；第二估计单元502，用于通过接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值进行统计获取连续丢包数量分布情况，估计网络中的最大连续丢包个数；确定单元504，用于根据对当前接收到的反馈数据包的base值减去前一个接收到的反馈数据包的base值再与编码窗口进行比较，同时比较当前反馈的数据包的rank值与前一个接收到的反馈数据包的rank值是否相同，确定当前接收到的数据包与前一个接收到的数据包的相关性。

从以上的描述中，可以看出，上述实施例实现了如下技术效果(需要说明的是这些效果是某些优选实施例可以达到的效果)：采用本发明实施例所提供的技术方案，针对传输层网络编码无法有效地克服过长连续丢包的问题，综合考虑到冗余因子、编码窗口和传输策略等因素提供了一种新的ACK形式。利用该ACK携带的信息一方面可以估算出网络中的丢包率和最大连续丢包个数，依据丢包率和最大连续丢包个数两部分信息可以动态地调整冗余因子和编码窗口以适应当前的网络状态；另一方面可以了解是否出现由过长连续丢包造成的无法解码的情况，如果出现该情况，则会相应的增加网络编码窗口，并且进行通信恢复。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种编码参数的调整方法，其特征在于，包括：

向解码端发送多个连续的编码数据包；

接收所述解码端根据所述多个连续的编码数据包确定的反馈信息，其中，所述反馈信息用于通知当前的网络状态对传输所述多个连续的编码数据包所造成的影响；

根据所述反馈信息调整编码参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反馈信息包括以下至少之一：

所述解码端估计的网络中的丢包率；

所述解码端估计的网络中的最大连续丢包个数；

接收到的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；

接收到的反馈数据包的rank值，其中，rank为所述解码端所采用的解码矩阵的秩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述编码参数包括以下至少之一：

冗余因子、编码窗口。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述反馈信息调整所述编码参数包括以下至少之一：

根据所述解码端估计的网络中的丢包率调整冗余因子；

根据所述解码端估计的网络中的最大连续丢包个数调整编码窗口；

在根据接收到的反馈数据包的base值和接收到的反馈数据包的rank值确定所述多个连续的编码数据包中的部分或全部数据包发生丢失的情况下，重新生成新的编码数据包。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述解码端估计的网络中的丢包率调整冗余因子包括：

采用以下公式计算所述冗余因子的下界：其中，R为所述冗余因子，p为所述解码端估计的网络中的丢包率；

在满足不低于所述下界取值的基础上加大所述冗余因子的取值，并且与初始设定的冗余因子进行比较，将取值较大者设置为待使用的冗余因子。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述解码端估计的网络中的最大连续丢包个数调整所述编码窗口包括以下之一：

在确定所述解码端估计的网络中的最大连续丢包个数大于所述编码窗口的情况下，则减小所述编码窗口的取值；

在确定所述解码端估计的网络中的最大连续丢包个数小于或等于所述编码窗口的情况下，则继续保持所述编码窗口的大小。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在根据所述接收到的反馈数据包的base值和所述接收到的反馈数据包的rank值确定所述部分或全部数据包发生丢失的情况下，重新生成所述新的编码数据包包括：

通过对当前反馈的数据包的base值减去前一个接收到的反馈数据包的base值，并且比较所述当前反馈的数据包的rank值与所述前一个接收到的反馈数据包的rank值是否相同；若所述base的差值大于或等于所述编码窗口且所述rank值相同的情况，则确定所述部分或全部数据包发生丢失；

判断所述当前反馈的数据包是否为在丢失长度为所述编码窗口的多个连续数据包后的首个编码数据包；如果是，则将所述编码窗口的取值加1，并且按照更新后的编码窗口与所述冗余因子重新生成所述新的编码数据包，如果否，则按照所述冗余因子重新生成所述新的编码数据包。

8.一种反馈信息的处理方法，其特征在于，包括：

接收编码端发送的多个连续编码数据包；

根据所述多个连续编码数据包生成反馈信息，其中，所述反馈信息用于通知所述编码端当前的网络状态对传输所述多个连续编码数据包所造成的影响以使所述编码端调整编码参数；

向所述编码端返回所述反馈信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述反馈信息包括以下至少之一：

自身估计的网络中的丢包率；

自身估计的网络中的最大连续丢包个数；

待发送的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；

待发送的反馈数据包的rank值，其中，rank为所述解码端所采用的解码矩阵的秩。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述编码参数包括以下至少之一：

冗余因子、编码窗口。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述多个连续编码数据包生成所述反馈信息包括以下至少之一：

网络中的丢包率；

网络中的最大连续丢包个数。

12.根据权利要求11所述的方法，采用在所述接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值总和除以编码数据包的数量计算所述丢包率。

13.根据权利要求要求11所述的方法，根据所述接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值的最大值得到所述网络中的最大丢包个数。

14.一种编码参数的调整装置，其特征在于，包括：

发送模块，用于向解码端发送多个连续的编码数据包；

接收模块，用于接收所述解码端根据所述多个连续的编码数据包确定的反馈信息，其中，所述反馈信息用于通知当前的网络状态对传输所述多个连续的编码数据包所造成的影响；

调整模块，用于根据所述反馈信息调整编码参数。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述反馈信息包括以下至少之一：

所述解码端估计的网络中的丢包率；

所述解码端估计的网络中的最大连续丢包个数；

接收到的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；

接收到的反馈数据包的rank值，其中，rank为所述解码端所采用的解码矩阵的秩。

16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述编码参数包括以下至少之一：

冗余因子、编码窗口。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的装置，其特征在于，所述调整模块包括：

第一调整单元，用于根据所述解码端估计的网络中的丢包率调整冗余因子；

第二调整单元，用于根据所述解码端估计的网络中的最大连续丢包个数调整编码窗口；

生成单元，用于在根据接收到的反馈数据包的base值和接收到的反馈数据包的rank值确定所述多个连续的编码数据包中的部分或全部数据包发生丢失的情况下，重新生成新的编码数据包。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一调整单元包括：

计算子单元，用于采用以下公式计算所述冗余因子的下界：其中，R为所述冗余因子，p为所述解码端估计的网络中的丢包率；

调整子单元，用于在满足不低于所述下界取值的基础上加大所述冗余因子的取值，并且与初始设定的冗余因子进行比较，将取值较大者设置为待使用的冗余因子。

19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第二调整单元，用于在确定所述解码端估计的网络中的最大连续丢包个数大于所述编码窗口的情况下，则减小所述编码窗口的取值；或者，在确定所述解码端估计的网络中的最大连续丢包个数小于或等于所述编码窗口的情况下，则继续保持所述编码窗口的大小。

20.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述生成单元包括：

比较子单元，用于通过对当前反馈的数据包的base值减去前一个接收到的反馈数据包的base值，并且比较所述当前反馈的数据包的rank值与所述前一个接收到的反馈数据包的rank值是否相同；

确定子单元，用于在所述base的差值大于或等于所述编码窗口且所述rank值相同的情况下，确定所述部分或全部数据包发生丢失；

处理子单元，用于判断所述当前反馈的数据包是否为在丢失长度为所述编码窗口的多个连续数据包后的首个编码数据包；如果是，则将所述编码窗口的取值加1，并且按照更新后的编码窗口与所述冗余因子重新生成所述新的编码数据包，如果否，则按照所述冗余因子重新生成所述新的编码数据包。

21.一种反馈信息的处理装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收编码端发送的多个连续编码数据包；

生成模块，用于根据所述多个连续编码数据包生成反馈信息，其中，所述反馈信息用于通知所述编码端当前的网络状态对传输所述多个连续编码数据包所造成的影响以使所述编码端调整编码参数；

反馈模块，用于向所述编码端返回所述反馈信息。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述反馈信息包括以下至少之一：

自身估计的网络中的丢包率；

自身估计的网络中的最大连续丢包个数；

待发送的反馈数据包的base值，其中，base为初始为每个编码数据包分配的序号；

待发送的反馈数据包的rank值，其中，rank为所述解码端所采用的解码矩阵的秩。

23.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述编码参数包括以下至少之一：

冗余因子、编码窗口。

24.根据权利要求21至23中任一项所述的装置，其特征在于，所述生成模块包括：

第一估计单元，用于采用接收到的编码数据包的数量以及在所述接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值总和，估计网络中的丢包率；

第二估计单元，用于通过所述接收到的编码数据包中每相邻两个编码数据包中所携带的base值的差值进行统计获取连续丢包数量分布情况，估计网络中的最大连续丢包个数；

确定单元，用于根据对当前接收到的反馈数据包的base值减去前一个反馈数据包的base值再与编码窗口进行比较，同时比较所述当前反馈的数据包的rank值与所述前一个反馈数据包的rank值是否相同，确定所述当前接收到的数据包与所述前一个接收到的数据包的相关性。