CN106788905A - 一种编码tcp方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种编码TCP方法及系统。所述的方法是在发送端采用代数方法对传输的ＴＣＰ报文进行编码。然后将编码后的报文发往接收端。接收端通过相应的解码恢复原始报文。在所述的方法中，禁用TCP的重传机制，从而大大降低了链路高误码率对传输性能的影响，使传输协议吞吐量更高，传输延迟大大的减少，传输性能和带宽得到很大的提升。本发明的编码TCP系统，可以将编码器软件植入移动基站和Wifi AP 端，将接收解码器软件植入接收终端，针对不同无线传输环境提供带宽扩展。

Description

一种编码TCP方法及系统

技术领域

本发明属于IP和无线传输技术领域，具体地涉及一种编码TCP（Encoded TCP）方法及系统。

背景技术

传输控制协议(TCP)是互联网协议中的一个核心协议。 TCP提供从一个应用端到另一端的可靠码流传输，并且为许多互联网应用，如网页、邮件和文件传输提供传送输层。TCP采用了接收包确认的方法保证传输质量，如果发生丢包而无法得到确认，TCP就会重传，连续多次重传会造成网络阻塞。在丢包率低的传输网络，重传机制不会导致大量的数据重传引起网络阻塞和导致传输时延。但在，丢包率低的无线传输网络中，会产生较为严重的网络阻塞，从而导致无线传输带宽的下降和传输延时的增加。

大部分无线传输网络改进传输性能的办法都是采用纠错编码的方法，如在卫星信道和数字电视传输信道采用分组码和卷积码，在突发差错码的情况下，采用增加了适合纠突发差错的RS码和Turbo码。另外，还有LDPC码、编码调制技术、串行级联编码和喷泉编码等新型信道编码技术。

针对高误码率、长时延问题的其它改进方法还有显示拥塞通知机制方法（Explicit Congestion Notification， ECN）、基于NIL数据包探测的TCP-Peach方法和基于接收端确认（Acknowledgement， ACK）有效带宽测量技术的TCP-Westwood方法。这些方法都需要中间路由支持或增加带宽消耗。

发明内容

本发明公开一种编码TCP方法及系统。所述的方法是在发送端采用代数方法对传输的ＴＣＰ报文进行编码。然后将编码后的报文发往接收端。接收端通过相应的解码恢复原始报文。在所述的方法中，禁用TCP的重传机制，从而大大降低了链路高误码率对传输性能的影响，使传输协议吞吐量更高，传输延迟大大的减少，传输性能和带宽得到很大的提升。本发明的编码TCP系统，可以将编码器软件植入移动基站和Wifi AP 端，将接收解码器软件植入接收终端，针对不同无线传输环境提供带宽扩展。

作为优选方案之一，所述的方法在发送端采用线性代数方法对传输的TCP报文进行编码。然后将编码后的报文发往接收端。接收端通过相应的逆运算解码恢复得到原始报文。

进一步，在所述的编码中，设原始报文为P’，被发送的报文为P，编码代数方程用A表示，在信源端发送报文则按照如下方式编码发送：

P = AP’

其中

在此假定 ，由系数定义的矩阵 。

由于发送端对发送报文进行了线性代数编码，在接收端所收到的编码报文有丢包时，不需要像TCP协议传送普通数据那样不断重发所传送丢包，优选线性代数编码系数，从而大大降低了链路高误码率对传输性能的影响，使传输协议吞吐量更高，报文的重传率会大大减少，传输延迟大大的减少，传输性能得到很大的提升。可以通过代数解码方法恢复出原始的发送报文。

进一步，所述的发端报文，在接收端通过如下公式解码恢复：

P’= A^-1P

其中：

本发明的重要任务是甄选适合不同传输误码率无线网络的代数方程，提高传输带宽，采用本发明的编码TCP方法，可以将高误码无线传输信道的带宽提高数倍。

进一步，所述的编码TCP方法，其代数方程编码方式在提供传输带宽的同时可以提高信息的保密性。

进一步，所述的编码TCP方法，不需要传输的中间节点配合，属于端到端可靠传输加速方法，能与当前主流的可靠传输协议兼容。

作为优选方案之二，所述的编码可以通过部署在云端的编码器统一编码后，再通过网络传输给目的地的接收设备。

进一步，所述的解码可以通过相应的解码软件完成。

进一步，所述的编码软件可嵌入到接收设备中，使得编解码方法简单，对接收端造成的负载影响可以忽略。

作为优选方案之三，本发明可以直接应用到移动网络，将编码器软件植入移动基站，也可以直接在Wifi AP 端植入编码器，针对不同无线传输环境提供带宽扩展。

附图说明

图1是根据本发明的系统原理图

图2是根据本发明在OSI层结构的传输层上编码TCP原理图

图3 是根据本发明实现的编码TCP编码处理流程图

图4 是根据本发明实现的编码TCP解码处理流程图

图5 是根据本发明实现的WiFi网络带宽扩展系统图

图6 是根据本发明实现的移动网络带宽扩展系统图

图7 是根据本发明实现的局部无线网络编码TCP带宽扩展系统图

图8 是根据本发明实现的局部移动基站编码TCP带宽扩展系统图。

具体实施方式

本发明的目的是提出一种编码TCP方法，以减少在误码率高和传输时延长的无线网络中，在保证传输质量，减少时延的同时，提供传输带宽，提高传输的安全性。

图1是根据本发明的系统原理图，原始IP数据由编码器10编码后通过网络20发送到目的接收端，在接收端，编码TCP数据经过解码器30解码恢复。解码器在接收编码TCP数据时，提供TCP协议需要的确认信号给TCP传输控制层，即使是在网络丢包的环境下也不会重发，丢失的数据包由解码器的代数方程计算恢复。

图2是根据本发明在OSI层结构的传输层上编码TCP原理图。在信源端，最上层是应用层S01，是最靠近用户的OSI层。这一层为用户的应用程序(例如电子邮件、文件传输和终端仿真)提供网络服务。传输层S02定义传输数据的协议和端口号，在此采用TCP(传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据)。传输层主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。由于TCP保证传输可靠性的机制是丢包后重传，在丢包严重的网络中将导致传输效率低。TCP协议中是否丢包重传是通过接收端收到包后返回确认信号来确定。实现编码TCP的方法是在传输层S03和网络层S04之间增加一个网络编码层S03，原始IP数据经过代数编码后送到无线网络传输给目的接收端。在目的接收端，同样也在传输层和应用层之间增加一个网络解码层S01。在解码器检测到代数方程处理数据后，直接给传输层提供一个确认信号，该确认信号返回到发送端，使前端TCP在任何网络情况下都不重发数据，这样可以减少网络阻塞和延时，从而大幅度地提高网络传输带宽。同时，数据由解码器处理恢复成原始数据。原始数据在交由其它协议层处理。

图3 是根据本发明实现的编码TCP编码处理流程图，首先由IP层S22收取原始报文P’，原始报文送到报文编码器S23，报文编码器用代数方程将IP原始数据编码，代数方程是系数为的M×N表示的线性代数方程组。线性方程的系数S24可以预先优选后固定，也可以根据不同的网络环境变化，编码后的报文和线性方程系数S25一起传输给目的解码器。

图4 是根据本发明实现的编码TCP解码处理流程图，首先由IP层收取编码报文P和代数方程系数，编码报文送到解码器解码，解码器用代数方程系数矩阵求逆 得到的系数组成逆矩阵恢复IP原始数据。具体的处理方法之一是采用高斯－约旦消元法（Gauss-JordanElimination），来解该线性方程组。产生出来的矩阵是一个简化行梯阵式，采用该方法可把方程组的解用矩阵一次表示出来。

图5 是根据本发明实现的WiFi网络带宽扩展系统图。被WiFi网络传送的数据首先经过编码器10编码处理，处理好的数据通过网络送到由WiFi AP 20组成的WiFi网络，AP 20将无线信号发送给接收终端50，在该终端装有编码器30。收到编码信号的终端将送出接收确认信号给TCP协议传输层，这样TCP将不再重发信号，从而可以减少延迟和提高无线信道的传输带宽。

图6 是根据本发明实现的移动网络带宽扩展系统图。被移动网络传送的数据首先经过编码器10编码处理，处理好的数据通过网络送到移动基站60，移动基站再将编码后的信号发送给接收终端50，在该终端装有编码器30。收到编码信号的终端将送出接收确认信号给TCP协议传输层，这样TCP将不再重发信号，从而可以减少延迟和提高无线信道的传输带宽。

图7 是根据本发明实现的局部无线网络编码TCP带宽扩展系统图。被WiFi AP传输的数据直接送给AP 40进行处理，在AP 40内装有编码器10，信号在AP内先经过编码再通过WiFi AP40送给终端。装有解码器30的终端在接收到信号后将解出数据，此时，编码器会自动产生确认信号给WiFi AP的TCP层，使WiFi AP40不再重复发送数据，从而可以减少延迟和提高无线信道的传输带宽。

图8 是根据本发明实现的局部移动基站编码TCP带宽扩展系统图。将移动基站要传输的数据直接送给移动基站60处理，在移动基站60内装有编码器10，信号在移动基站内先经过编码再通过移动基站发送给终端。装有解码器30的终端在接收到信号后将解出数据，此时，编码器会自动产生确认信号给移动基站的TCP层，使移动基站60不再重复发送数据，从而可以减少延迟和提高无线信道的传输带宽。

本领域的熟练技术人员会明白，尽管这里为了说明的目的而描述了相似性系统的特定实施例，但是在不脱离本发明精神和范围的情况下可以作各种修改。因此，除了附加的权利要求之外，对本发明不作限制。

Claims (9)

1.一种编码TCP方法，其特征在于，通过对所传输的IP数据采用线性代数处理，即线性编码，使之在采用TCP协议传输时不用重发机制也能保证在丢包的网络环境下可靠传输。

2.一种编码TCP系统，其特征在于，由一个数据编码器，完成对原始IP数据的编码。

3.一个解码器，在目的接收端完成对所收到的编码信号解码，恢复原始IP数据，根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用TCP网络协议传输IP数据时，接收端收到数据后，给前端发送不重传确认信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选一组线性代数方程系数（矩阵），使得在特定环境下，传输误码率最低，带宽最大。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，原始IP数据可以经编码器编码后在整个网络中传输，可以将编码器放在局部传输处理端对传输IP数据编码，可以将编码器放到移动基站或WiFi AP中，完成局部覆盖的无线带宽扩展。

6.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，将编码数据和线性代数方程系数通过一定的规则混合传送给目的接收端。

7.根据权利要求2所述的解码器，其特征在于，可以从所接受到信号中分离出代数方程系数和编码的IP原始数据，代数方程系数（矩阵）用来产生解码逆矩阵，并产生一个不重传确认信号回送给传输设备的TCP层。

8.根据权利要求2所述的编码器，其特征在于，编码器可以集中在云端处理，可以集成到移动基站或WiFi AP 端处理，目的接收端都使用相应的解码器解码。

9.根据权利要求2所述的解码器，其特征在于，解码器可以集成到该应用的客户端软件中随应用下载到目标接收终端。