CN108322286A - 一种获得前向纠错fec参数的方法、装置 - Google Patents

一种获得前向纠错fec参数的方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种获得前向纠错FEC参数的方法，该方法包括:获得网络状态分布和用户要求；根据所述网络状态分布和所述用户要求得到FEC参数；其中，所述FEC参数用于报文发送端生成冗余信息，所述冗余信息添加在报文中用于报文接收端恢复丢失的数据。本发明技术方案通过根据网络状态分布和用户要求得到的参数，能够实现根据用户要求定制FEC参数，并且基于网络状态分布可以提高FEC的准确度。

Description

一种获得前向纠错FEC参数的方法、装置
技术领域
本发明涉及网络数据通信领域，尤其涉及一种的前向纠错方法、装置和系统。
背景技术
报文在传输过程中，时常会产生由于不可靠的网络传输路径导致的丢包故障；丢包，顾名思义，是指报文数据包的丢失。解决丢包的常用方法就是重传，即重新传输已丢失的数据包；典型的重传过程为：接收端发现报文丢包，则发送反馈消息；发送端收到该反馈消息后，重新发送相关报文。显然地，基于重传的方法恢复丢包会产生至少一个往返时间(Round-Trip Time，RTT)的时延；如果RTT较大时，重传的方法会导致明显时延。
前向纠错(Forward Error Correction，FEC)能够有效解决重传方法恢复数据带来的时延的问题，其原理为：在原始报文中加入用于纠错的编码报文(冗余信息)；结合接收到的原始报文和冗余信息，接收端可以恢复丢失的报文，无需请求发送端重传。
例如，交织FEC可以通过交替编码(即：交织)，克服非连续型/连续型的丢包行为(即：突发)；一般采用的交织间隔可以覆盖一个较大的突发长度，但间隔较大也导致恢复时间变长；为平滑恢复时延，多层交织FEC采用长短不一的多种交织间隔，使得突发长度短的可以更早恢复。如图1所述的一个两层交织FEC，第一层FEC(记为FEC1)把r＝2个连续的原始报文分为一个信息组，并插入c＝1个编码报文；第二层FEC(记为FEC2)把r＝3个原始报文分为一个信息组，并插入c＝1个编码报文，不同的是这三个报文的序号间隔(用变量I代表)为3，也称这个间隔为交织间隔。为保持与编码理论的一致性，我们用变量r代表信息组长度，c代表监督报文长度，r+c代表码组长度；I代表交织间隔，同时也是能够克服的最长连续丢包数目；因此，FEC1可以恢复两个连续报文中任意一个的丢失，而FEC2可以恢复不超过三个的连续报文丢失。但是，交织FEC的参数固定，仅对一定场景有效，当网络丢包率较低时会浪费带宽，而当网络丢包率较高时由无法完全恢复丢失的报文数据。
针对交织FEC的参数固定弊端，参数自适应FEC可以提高网络状态变化时FEC的表现。其原理为：使FEC参数[主要为(r,c,I)三元组]与网络状态的统计平均值相关联；例如，信息组长度通过丢包发生的平均间隔来计算、交织间隔通过平均的连续丢包数来计算。但是，基于网络状态平均值的参数自适应FEC精确度低，并且无法由用户指定服务品质。
发明内容
本发明实施例提供了一种的前向纠错方法，通过基于网络状态分布和用户要求计算FEC参数，并且根据该FEC参数生成冗余信息，能够提高FEC的准确度，还可以由用户定制服务品质。
第一方方面提供了一种获得前向纠错FEC参数的方法，该方法包括：获得网络状态分布和用户要求；其中,所述网络状态分布包括:丢包分布、往返时间RTT分布、带宽分布中的一个或多个，所述用户要求包括：报文传输时延、报文传输成功率、报文冗余率中的一个或多个，所述丢包分布指示在当前网络状态下丢包数据的统计结果，所述RTT分布指示在当前网络状态下RTT数据的统计结果，所述带宽分布指示在当前网络状态下带宽数据的统计结果；
根据所述网络状态分布和所述用户要求得到FEC参数；其中，所述FEC参数用于报文发送端生成冗余信息，所述冗余信息添加在报文中用于报文接收端恢复丢失的数据。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述网络状态分布和所述用户要求得到FEC参数，包括：使用如下公式计算第一取值：
其中，z是一个变量，取值从k′至K；i依次取值z至K；P用于指示所述用户要求；Ymin用于指示基于某一个网络状态分布得到的满足所述用户要求的第一取值；k′用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最小取值；K用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示所述某一个网络状态分布统计的样本总数；
根据所述第一取值得到所述FEC参数，所述第一取值与所述FEC参数具有对应关系，这种对应关系是现有技术或是公知常识，即：所属领域的技术人员获得的某一具体FEC参数，不论是否利用本发明实施例提供的根据网络状态分布和用户要求，都会根据某一具体的网络状态分布得到某一值，再进一步得到所述某一具体FEC参数，对应关系用于指示这种某一FEC参数和某一网络状态分布之间的关联，这种关联不限于一一对应的；其中，根据第一取值得到FEC参数的方法可以采取现有技术中的任何一种方法，在此不作限定，在下面的具体实施例中也会具体描述如何根据第一取值得到FEC参数。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述根据所述网络状态分布和所述用户要求得到FEC参数，包括：
使用如下公式计算第二取值：
其中，z是一个变量，z取值从m′至M；i依次取值m′至z；P用于指示所述用户要求；Ymax用于指示基于某一个网络状态分布获得的满足所述用户要求的第二取值；m′用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最小取值；M用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网 络状态下所述某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示所述某一个网络状态分布统计的样本总数；
根据所述第二取值得到所述FEC参数，所述第二取值与所述FEC参数具有对应关系，对应关系参见上述描述，在此不再赘述；其中，根据第二取值得到FEC参数的方法可以采取现有技术中的任何一种方法，在此不作限定，在下面的具体实施例中也会具体描述如何根据第二取值得到FEC参数。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述FEC参数包括信息组长度r、交织间隔I、交织层数L、监督位长度c中一个或多个。
第二方面提供了一种获得前向纠错FEC参数的装置，该装置包括：网络状态分布获取模块、用户要求获取模块、FEC参数计算模块；所述网络状态分布获取模块用于获得网络状态分布；其中,所述网络状态分布包括:丢包分布、往返时间RTT分布、带宽分布中的一个或多个，所述丢包分布指示在当前网络状态下丢包数据的统计结果，所述RTT分布指示在当前网络状态下RTT数据的统计结果，所述带宽分布指示在当前网络状态下带宽数据的统计结果；所述用户要求获取模块用于获得用户要求，所述用户要求包括：报文传输时延、报文传输成功率、报文冗余率中的一个或多个；所述FEC参数获得模块用于根据所述网络状态分布获取模块获得的网络状态分布和所述户要求获取模块获得的用户要求得到FEC参数；其中，所述FEC参数用于报文发送端生成冗余信息，所述冗余信息添加在报文中用于报文接收端恢复丢失的数据。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述FEC参数获得模块包括：第一计算单元，用于使用如下公式计算第一取值：
其中，z是一个变量，取值从k′至K；i依次取值z至K；P用于指示所述用户要求；Ymin用于指示基于某一个网络状态分布得到的满足所述用户要求的第一取值；k′用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最小取值；K用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示所述某一个网络状态分布统计的样本总数；
第一FEC参数单元，用于根据所述第一计算单元计算的第一取值得到所述FEC参数，所述第一取值与所述FEC参数具有对应关系，对应关系参见上述描述，在此不再赘述；具体如何根据第一取值得到FEC参数在此不作限定，可以采取现有技术中的任何一种。
结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述FEC参数获得模块包括：第二计算单元，用于使用如下公式计算第二取值：
其中，z是一个变量，z取值从m′至M；i依次取值m′至z；P用于指示所述用户要求；Ymax用于指示基于某一个网络状态分布获得的满足所述用户要求的第二取值；m′用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最小取值；M用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示所述某一个网络状态分布统计的样本总数；
第二FEC参数单元，用于根据所述第二计算单元计算的第二取值得到所述FEC参数，所述第二取值与所述FEC参数具有对应关系，对应关系参见上述描述，在此不再赘述；具体如何根据第二取值得到FEC参数在此不作限定，可以采取现有技术中的任何一种。
第三方面提供一种前向纠错FEC系统，该系统至少包括：报文发送装置，报文接收装置；
所述报文发送装置，至少包括权利要求5-7任选一所述的装置，用于编码冗余信息并发送包含有所述冗余信息的报文，所述冗余信息用于所述报文接收装置恢复丢失的数据；
所述报文接收装置用于接收所述报文发送装置发送的报文。
结合第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，所述报文接收装置还用于：当出现丢包时，根据接收到的报文中的冗余信息恢复数据。
第四方面提供了第三方面提供一种前向纠错FEC系统，该系统至少包括：报文发送装置，报文接收装置；
所述报文发送装置，用于编码冗余信息并发送包含有所述冗余信息的报文，所述冗余信息用于所述报文接收装置恢复丢失的数据；
所述报文接收装置，至少包括权利要求5-7任选一所述的装置，用于接收所述报文发送装置发送的报文。
结合第四方面，在第四方面的第一种可能的实现方式中，所述报文接收装置还用于将所述权利要求5-7任选一所述的装置得到的FEC参数发送给所述报文发送装置；
所述报文发送装置根据所述FEC参数生成所述冗余信息。
结合第四方面或第四方面的第一种可能的实现方式中，所述报文接收装置还用于：当出现丢包时，根据接收到的报文中的冗余信息恢复数据。
第五方面提供了一种的前向纠错(FEC)方法，该方法包括：设置FEC参数，所述FEC参数为基于网络状态分布和用户要求计算得到的参数；其中，所述用户要求包括：传输时延、传输成功率、报文冗余率中的一个多个；所述网络状态分布包括：丢包分布、往返时间RTT分布、带宽分布中的一个或多个；根据所述FEC参数生成冗余信息，所述冗余信息添加在报文中用于报文接收端恢复报文丢失的数据；将添加有所述冗余信息的报文发送给所述报文接收端。
结合第五方面，在第五方面的第一种可能实现的方式中，在所述设置FEC参数之前，还包括：从所述报文接收端接收所述FEC参数，所述FEC参数为所述报文接收端基于网络状态分布和用户要求计算得到的参数。
结合第五方面，在第五方面的第二种可能实现的方式中，在所述设置FEC参数之前，还包括：从所述报文接收端接收到所述网络状态分布。
结合第五方面，在第五方面的第三种可能实现的方式中，在所述设置FEC参数之前，还包括：根据报文接收端的反馈消息估计所述网络状态分布，所述反馈消息用于指示报文接收端是否接收到完整报文。
结合第五方面或第五方面的第二种可能的实现方式或第五方面的第三种可能的实现方式，在第五方面的第四种可能实现的方式中，所述设置FEC参数具体为：根据所述网络状态分布和用户要求计算所述FEC参数；将FEC参数设置为根据所述网络状态分布和用户要求计算的FEC参数。
结合第五方面或第五方面的第一种可能的实现方式或第五方面的第二种可能的实现方式或第五方面的第三种可能的实现方式或第五方面的第四种可能实现的方式，在第五方面的第五种可能的实现方式中，所述FEC参数包括信息组长度r、交织间隔I、交织层数L、监督位长度c中一个或多个；所述根据所述FEC参数生成冗余信息，具体为：基于交织编码，根据所述FEC参数对报文编码生成所述冗余信息。
第六方面提供了一种的前向纠错码(FEC)方法，该方法包括：获得用户要求，所述用户要求包括：传输时延、传输成功率、报文冗余率中的一个多个；获得网络状态分布，所述网络状态分布包括：丢包分布、往返时间RTT分布、带宽分布中的一个或多个；根据所述网络状态分布和所述用户要求计算FEC参数；其中，所述FEC参数用于报文发送端生成冗余信息，所述冗余信息添加在报文中用于报文接收端恢复丢失的数据；将所述FEC参数发送给所述报文发送端。
第七方面提供了一种估计网络状态分布的方法，该方法包括：获取网络状态分布；其中，所述网络状态分布包括至少一个第一事件以及对应的所述第一事件在当前网络状态下的发生频次；所述第一事件用于指示所述网络状态分布所统计的事件；获取事件概率，所述事件概率为用户要求的第二事件发生的概率；其中，所述第二事件用于指示发生的概率与所述网络状态分布关联的事件；根据所述网络状态分布和所述事件概率得到满足所述事件概率的第一事件的取值。
结合第七方面，在第七方面的第一种可能的实现方式中，根据所述网络状态分布和所述事件概率获得满足所述事件概率的第一事件的取值具体为：
根据下面公式计算满足所述事件概率的第一事件的取值：
其中，z是一个变量，取值k′至K；i依次取值z至K；P用于指示所述事件概率；Ymin用于指示满足所述事件概率P的最小的第一事件的取值；k′用于指示所述网络状态分布统计到的最小的所述第一事件的取值；K用于指示所述网络状态分布统计到的最大的所述第一事件的取值；Xi用于指示所述取值为i的第一事件在当前网络状态下的发生频次；N用于指示所述网络状态分布统计的样本总数。
结合第七方面，在第七方面的第二种可能的实现方式中，所述根据所述网络状态分布和所述事件概率获得满足所述事件概率的第一事件的取值具体为：
根据下面公式计算满足所述事件概率的第一事件的取值：
其中，z是一个变量，z取值m′至M；i依次取值m′至z；P用于指示所述事件概率；Ymax用于指示满足所述事件概率P的最大的第一事件的取值；m′用于指示所述网络状态分布统计到的最小的所述第一事件的取值；M用于指示所述网络状态分布统计到的最大的所述第一事件的取值；Xi用于指示所述取值为i的第一事件在当前网络状态下的发生频次；N用于指示所述网络状态分布统计的样本总数。
结合第七方面或第七方面的第一种可能的实现方式，在第七方面的第三中的可能的实现方式中，所述网络状态分布为丢包分布；所述事件概率为传输成功率SR；
所述获取网络状态分布具体为：
统计不同长度的突发及其在当前网络状态下发生频次Xi＝Oi；
所述根据所述网络状态分布和所述事件概率参数获得满足所述事件概率参数的所述第一事件的取值具体为：
根据下面公式计算满足所述传输成功率SR的突发长度：
结合第七方面或第七方面的第二种可能的实现方式，在第七方面的第四种可能的实现方式中，所述网络状态分布为丢包量分布；所述第一事件为丢包量为i的事件，i取值为正整数；所述事件概率参数为用户要求的传输成功率SR；
所述获取网络状态分布具体为：
统计所述丢包量为i的事件及其在当前网络状态下发生频次Di；
所述根据所述网络状态分布和所述事件概率参数获得满足所述事件概率参数的所述第一事件的取值具体为：
根据下面公式计算满足所述传输成功率SR的非突发长度：
其中，k′为所述丢包分布统计到的最小的i值，K为所述丢包分布统计到的最大的i值；N为所述丢包分布统计的样本总数。
附图说明
图1：本发明实施例给出的两层交织FEC的示意图；
图2：本发明实施例给出的一种获得前向纠错FEC参数的方法的流程图；
图3：本发明实施例给出的一种获得前向纠错FEC参数的装置示意图；
图4：本发明实施例给出的一种前向纠错FEC参数获得模块的示意图；
图5：本发明实施例给出的一种前向纠错FEC参数获得模块的示意图。
图6：本发明实施例给出的一种多层交织FEC参数自适应的原理和关系示意图；
图7：本发明实施例给出的网络损伤仪测试结果；
图8：本发明实施例给出的国内现网测试结果；
图9：本发明实施例给出的一种前向纠错系统的示意图；
图10：本发明实施例给出的一种前向纠错系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对实施例可能提到的一些名词、概念、术语，下面给出统一的解释以供相关技术领域的技术人员更准确地理解，具体如下：
冗余信息是指报文发送端使用纠错码对原始报文进行冗余编码所获的信息，该信息被添加在原始报文中一起发送给报文接收端，在出现报文丢失数据或发生错误时，允许报文接收端根据该信息纠正错误或恢复丢失的数据。
用户要求是报文发送端用户或报文接收端用户对某一参数的要求，包括但不限于时延要求、成功率要求、冗余率要求；可选的，在用户没有输入具体用户要求时，则采用系统默认的相应参数。
网络状态分布是指在当前网络状态下对某一事件的统计结果，例如：对丢包数据的统计结果记为丢包分布；网络状态分布包括但不限于丢包分布、往返时间(Round-TripTime，简称RTT)分布、带宽分布等；其中，丢包分布包括：非突发丢包分布与突发丢包分布、丢包量分布等。
其中，非突发丢包分布，是指连续‘非’突发丢包组个数的分布；突发丢包分布，是指连续的突发丢包组个数分布。为了表述更简洁清楚，定义‘连续非突发丢包组个数’为非突发长度，定义‘连续的突发丢包组个数’为突发长度。进一步地，报文接收端将接收到的报文分组，记每组包含b个报文：(1)如果某组没有任何丢包，记为一个完整组；(2)如果某组中丢包数等于1，记为一个非突发丢包组；(3)如果某组中丢包数超过1，记为一个突发丢包组；(4)一个非突发丢包组出现，定义为一次非突发丢包；同理，一个突发丢包组出现，定义为一次突发丢包。表1展示了一个非突发丢包分布的实例，以表中第一列数据为例，上面的数字‘5’代表有5个‘连续非突发丢包组’、下面的数字‘2’代表事件‘连续5个报文组都为非突发丢包组’共发生2次。突发丢包分布类似于非突发丢包分布。
表1非突发丢包分布示例
非突发长度 5 6 7 8 … 100
发生频次 2 1 10 1000 … 3
丢包量分布是指一个信息组中报文丢失量的分布，以统计表格形式展示更为直观。
RTT是指从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认(接收方收到数据后便立即发送确认)总共经历的时间；
RTT和带宽分布，类似于丢包分布；RTT和带宽分布记录的是：RTT和带宽位于某个或多个区间内的频次。
本发明实施例提供的一种获得前向纠错FEC(Forward Error Correction，简称FEC)参数的方法，如图2所示，该方法具体如下：
S1000：获得网络状态分布和用户要求；其中,网络状态分布包括:丢包分布、往返时间RTT分布、带宽分布中的一个或多个，用户要求包括：报文传输时延、报文传输成功率、报文冗余率中的一个或多个，丢包分布指示在当前网络状态下丢包数据的统计结果，RTT分布指示在当前网络状态下RTT数据的统计结果，带宽分布指示在当前网络状态下带宽数据的统计结果；
S2000：根据所述网络状态分布和所述用户要求得到FEC参数；其中，FEC参数用于报文发送端生成冗余信息，冗余信息添加在报文中用于报文接收端恢复丢失的数据；
进一步地，步骤S2000具体包括：
使用如下公式计算第一取值：
其中，z是一个变量，取值从k′至K；i依次取值z至K；P用于指示用户要求；Ymin用于指示基于某一个网络状态分布得到的满足用户要求的第一取值；k′用于指示在当前网络状态下某一个网络状态分布统计到的最小取值；K用于指示在当前网络状态下某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示某一个网络状态分布统计的样本总数；
根据上述公式得到的第一取值获得FEC参数，下面的实施例会以具体示例描述通过第一取值得到相应的FEC参数的方法，在此不再赘述。
可选的，步骤S2000具体包括：
使用如下公式计算第二取值：
其中，z是一个变量，z取值从m′至M；i依次取值m′至z；P用于指示用户要求；Ymax用于指示基于某一个网络状态分布获得的满足用户要求的第二取值；m′用于指示在当前网络状态下某一个网络状态分布统计到的最小取值；M用于指示在当前网络状态下某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示某一个网络状态分布统计的样 本总数；
根据上述公式得到的第二取值获得FEC参数，下面的实施例会以具体示例描述通过第二取值得到相应的FEC参数的方法，在此不再赘述。
本发明实施例通过根据网络状态分布和用户要求得到FEC参数，能够提高得到的FEC参数的准确性，也可以实现由用户定制FEC参数，提高用户体验。
值得注意的是本发明实施例并不限制具体的编码基本单位。
本发明实施例提供了一种获得前向纠错FEC参数的装置，如图3所示，该装置400包括：网络状态分布获取模块410、用户要求获取模块420、FEC参数获得模块430；
网络状态分布获取模块410用于获得网络状态分布；其中,网络状态分布包括:丢包分布、往返时间RTT分布、带宽分布中的一个或多个，丢包分布指示在当前网络状态下丢包数据的统计结果，RTT分布指示在当前网络状态下RTT数据的统计结果，带宽分布指示在当前网络状态下带宽数据的统计结果；
用户要求获取模块420用于获得用户要求，其中，用户要求包括：报文传输时延、报文传输成功率、报文冗余率中的一个或多个；
FEC参数获得模块430用于根据网络状态分布获取模块410获得的网络状态分布和户要求获取模块420获得的用户要求得到FEC参数；其中，FEC参数用于报文发送端生成冗余信息，冗余信息添加在报文中用于报文接收端恢复丢失的数据。
进一步地，如图4所示，FEC参数获得模块430包括：第一计算单元431和第一FEC参数单元432；
第一计算单元431用于使用如下公式计算第一取值：
其中，z是一个变量，取值从k′至K；i依次取值z至K；P用于指示用户要求获取模块420获得的用户要求；Ymin用于指示基于网络状态分布获取模块410获得的网络状态分布得到的并且满足用户要求获取模块420获得的用户要求的第一取值；k′用于指示在当前网络状态下网络状态分布统计到的最小取值；K用于指示在当前网络状态下网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示网络状态分布统计的样本总数；
第一FEC参数单元432，用于根据第一计算单元431计算的第一取值得到FEC参数，下面的实施例会以具体示例描述通过第一取值得到相应的FEC参数的方法，在此不再赘述。
可选的，如图5所示，FEC参数获得模块430包括：第二计算单元431和第二FEC参数单元432；
第二计算单元431用于使用如下公式计算第二取值：
其中，z是一个变量，z取值从m′至M；i依次取值m′至z；P用于指示用户要求获取模块420获得的用户要求；Ymax用于指示基于网络状态分布获取模块410获得的网络状态分布获得的满足所述用户要求的第二取值；m′用于指示在当前网络状态下网络状态分布统计到的最小取值；M用于指示在当前网络状态下网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示网络状态分布统计的样本总数；
第二FEC参数单元432用于根据第二计算单元431计算的第二取值得到FEC参数，下面的实施例会以具体示例描述通过第二取值得到相应的FEC参数的方法，在此不再赘述。
本发明实施例通过根据网络状态分布和用户要求得到FEC参数，能够提高得到的FEC参数的准确性，也可以实现由用户定制FEC参数，提高用户体验。
多层交织FEC是FEC算法中较为复杂，也是最常用的纠错方法，下面以多层交织FEC为例描述根据用户要求和网络状态分布获得多层交织FEC参数的具体方法，具体如下：
(1)所要获得的FEC参数为交织间隔(定义为I),根据丢包分布选择交织间隔I并且满足传输成功率的用户要求。
即：交织间隔大于等于某突发长度，其满足：小于等于该突发长度的突发概率小于用户给定的成功率要求。
其中，z是一个变量，取值k′至K；i依次取值z至K；变量Kmin代表满足给定成功率要求的最小突发长度，k′为观察到的最小突发长度、O代表丢包分布、Oi代表长度为i的突发发生的频次、N代表被观察报文样本包含的报文块个数、SR代表用户指定的成功传输率。特别的，令OK+1＝0。进一步地，当突发长度为i+1没有发生，则令Oi+1＝0。
上述公式得到的Kmin为第一取值，根据第一取值(Kmin)得到FEC参数(交织间隔I)，具体地，是指交织间隔I选择大于等于Kmin，这种对应关系根据Kmin得到交织间隔I的关系由所属领域技术人员根据所需要获得FEC参数具体选择，由于这种对应关系需要根据具体情况，可能性很多，不能全部例举，实施例可作为参考和说明。
(2)所要获得的FEC参数为交织层级，交织层级的选择：选择n个交织间隔，其中至少有一个间隔大于等于最佳交织间隔。
其中一个实施例可以为：
a)首先，选择交织间隔I≥Kmin；
b)从备选交织间隔集合[k′，Kmin]中选择n-1个交织间隔，n为交织层数。选择办法可以是：按照某种分布(例如均匀分布、正态分布)随机选择。
c)非突发丢包率不为0时、增加一层交织、其交织间隔为1，n＝n+1
(3)所要获得FEC参数为信息组长度，根据带宽和交织间隔、非突发长度设定信息组长度，满足用户要求。
信息组长度设置为：交织间隔与非突发长度之和个报文被分块处理、形成交织间隔个码组时的信息组长度。
a)交织间隔与满足某成功率的非突发长度之和与交织间隔之比
求出合适的非突发长度
其中，z是一个变量，z取值m′至M；i依次取值m′至z；变量Mmax代表满足给定成功率要求的最大‘非’突发长度，m′为观察到的最小非突发长度，G代表非突发长度分布，Gi代表长度为i的非突发发生的频次。公式中i＝m′是说从最小非突发长度开始计算，特别的，令Gm′-1＝0。进一步地，当非突发长度为i+1没有发生，则令Gi+1＝0。
上述公式得到的Mmax为第二取值，根据第二取值(Mmax)得到FEC参数(信息组长度)，具体地为：
其中，变量r′代表最佳的信息组长度。
b)最大非突发长度与交织间隔之比
c)多层交织时，信息组长度可以不相等。从[1，r′]选择n个信息组长度，方法可以是均匀选择、随机选择等。
信息组长度的设置使得恢复时延和冗余量满足用户要求的时延要求和冗余率要求；具体如下：
i.时延要求
a)信息组长度的设置使得最大恢复时间不超过时延要求：
其中rmin代表多层交织时最小的信息组长度，L代表交织层数，δ∈(0，1]代表比例因子、TR代表时延要求、B为带宽、S为数据包大小；其中,带宽B可以根据带宽分布和用户要求计算得到,具体地通过带宽分布和用户要求计算带宽B在下面进行描述。
b)如果没有足够的数据量，信息组长度等于当前报文量。
ii.冗余量要求
a)单层交织时
其中，REDUN_THSD代表用户指定的冗余率门限。
b)多层交织时
其中，r′i代表每一层的信息组长度，可以相等、也可以不等。
RTT分布和带宽分布，类似于丢包分布；记录的是：RTT和带宽位于某区间内的频次。
取RTT/带宽门限值，使得RTT/带宽小于该门限值的概率大于成功率；RTT/带宽设置为大于等于该门限值。
具体如下：
(一)根据带宽分布和用户要求得到第一取值Bmin。
其中变量E记录了带宽的区间分布情况，Ei-1代表带宽处于第i-1个区间的频次。例如，500kbps～1mbps为第一个区间段，其取值为1000、代表网络测量过程中带宽测量值为500kbps～1mbps之间的频次为1000。特别地，i＝1时，Ei-1＝0。
变量Nb代表测量总数，可以通过下式计算
变量b′、Bmax分别代表区间索引的最大值和最小值，Th代表某概率门限值。变量Bmin代表使得上式满足的最小区间索引值。带宽B门限值等于此区间(索引Bmin代表的区间)下限值，可选的，带宽B门限值等于第一取值Bmin，用于获得相应的FEC参数。
(二)根据RTT分布和用户要求得到第二取值RTTmax。
变量Nr代表RTT测量值总数，计算方法类似于Nb的计算。Ri+1代表RTT处于第i+1个区间的频次。特别地，i＝RTT*时，Ri+1＝0。变量rtt′代表最小的RTT分布区间索引值，RTT*代表最大的RTT分布区间索引。RTTmax代表满足上式的最大索引值。RTT门限值等于此区间的上限值；可选的，RTT门限值等于第二取值RTTmax，用于获得相应的FEC参数。
根据上述公式得到的第一取值或第二取值可以用于得到FEC参数，上面实施例给出了具体方法，但是也可以是其他已知的现有技术，本发明实施例对第一取值或第二取值进一步获得FEC参数不作限定。当然，这种根据网络状态分布和用户要求计算取值的方法可以应用到其他领域。
如图6所示，多层交织FEC参数获得的原理和对应关系，对应关系上面与二建的做出了说明，图6所示的原理和对应关系可以进一步描述如何根据第一取值或第二取值得到相应的FEC参数。
首先，一定的交织间隔可以对应长度的突发丢包；所以，我们根据突发长度分布选择交织间隔，以满足用户成功率要求。
其次，选择n-1个交织间隔，以平滑恢复时延；同时，如果有非突发丢包，则增加一层交织间隔为1的交织层；更多的交织层级，意味着更多的冗余。
最后，选择码组长度时需要根据交织层级自适应，以满足冗余率要求。同时，还要能够覆盖一定概率的非突发丢包；考虑用户的时延要求，码长所需的传输时间(由物理带宽决定)要小于用户的时延要求。
进一步地，根据丢包量分布等网络参数，选择满足成功率要求的冗余量，进而还需要满足用户的时延和冗余率要求；
1)给定一个信息组长度，统计该信息组长度下丢包量的分布情况；
2)确定一个丢包量门限，使得丢包量小于该门限的概率大于成功率；冗余量设置为大于等于丢包量门限；
3)调整信息组长度和冗余量、使得时延和冗余率也满足用户要求；
本发明实施例通过根据网络状态分布和用户要求得到多层交织FEC参数，能够提高得到的多层交织FEC参数的准确性，也可以实现由用户定制FEC参数，提高用户体验。
下面以具体参数值为例进一步描述根据网络状态分布和用户要求得到相应FEC参数的方法，具体示例如下：
A.用户要求
-时延SLA：1.5RTT的时延、99％的成功率；
-冗余率：小于50％；
-报文块长度：5；报文长度：1000；
B.网络状态
表2与表3展示了两个丢包分布的示例。
表2 非突发长度分布示例
非突发长度 5 6 7 8 9
发生频次Gi 2 1 10 1000 3
表3 突发长度分布示例
突发长度 1 2 3
发生频次Oi 2000 12 10
假设网络带宽为100Mbps、RTT为40ms；可选的,可以通过上面实施例提供的获得带宽门限值和RTT门限值的方法得到网络带宽和RTT。
C.算法执行
1.交织间隔计算
首先，根据突发长度分布选择交织间隔，满足传输成功率的用户要求。总的报文块数目等于：
基于突发长度分布和用户对传输成功率的要求求第一取值的计算式：
带入表3中的统计信息得到第一取值Kmin：
求得Kmin＝1，即一个报文块长度。所以，交织间隔为一个报文块长度的交织层级可供选择，即根据第一取值Kmin可以得到交织层级I为1。又因为存在非突发丢包，所以增加一层交织间隔为1的交织层级。
2.信息组长度计算
同理，基于非突发长度分布和用户对传输成功率的要求求第二取值的计算式：
带入表2的统计结果,可得第二取值Mmax:
求得Mmax＝8。
进一步根据第二取值Mmax得到信息组长度,即信息组长度需满足下式：
取r′8，即信息组长度等于8。
3.冗余率要求
总而言之，共有两层交织，第一层交织间隔为1、8个连续报文编在一起；第二层交织间隔为一个报文块大小、8个需要相隔一个报文块长度的报文编码在一起。所以，码组长度为8+2，冗余率等于2/8＝25％、满足冗余率要求(<50％)。
4.时延要求
时延要求可通过下式计算
其中rmin＝Mmax＝8、L＝2、I＝5、δ＝1、TR＝1.5*RTT＝1.5*40ms、S＝1000*8bits、B＝100Mbps；带入数值容易看出此时的编码方式满足时延要求；其中，RTT和B的取值为假设的取值；进一步地，RTT和B的取值可以通过上面提供的获得RTT门限值和带宽B门限值的具体方法得到，此处RTT和B的取值分别等于上面方法获得的RTT门限值和带宽B门限值。
针对上面的具体示例做了实验室模拟和中国现网测试。测试时，RTT采用移动加权平均方法进行估计，基础带宽取决于网络具体情况，时延要求1.5*RTT、成功率要求99.99％、冗余率要求小于50％。采用ping测试，每一万次统计一次丢包率，共10次。实验室测试时采用了不同的分布模型，测试结果显示99.9％的报文时延小于1.5*RTT。现网测试结果显示99.99％的报文时延小于1.5*RTT。网络损伤仪测试结果见图7所示，每一万次ping统计一次丢包率，共统计10次。国内现网测试结果见图8所示，每一万次ping统计一次丢包率，共统计9次。
本发明实施例提供的具体示例通过根据网络状态分布和用户要求计算的多层交织FEC参数，并且进行了实验室模拟和中国现网测试，能够提高得到的多层交织FEC参数的准确性，也可以实现由用户定制多层交织FEC参数，提高用户体验。
在上面具体示例的基础上，另一个具体事例为：取不同的信息组长度，其中第一层交织、信息组长度为8；而第二层交织、信息组长度为7。此时冗余率等于1/7+1/8＝27％，小于50％。容易算出此时信息组长度和冗余率也满足时延要求。
另一个以具体参数为例，具体示例如下：
A.用户要求
-时延SLA：1.5RTT的时延、99％的成功率
-冗余率：小于50％
-报文长度：1000B，分块长度为100个数据包
B.网络状态
表4展示了一个丢包量分布的示例。
表5 丢包量分布示例
网络带宽为100Mbps、RTT为40ms，此处带宽和RTT的取值均为假设的取值；可选的，带宽和RTT取值可以通过上面实施例提供的方法得到，在此不再赘述。
首先，总的报文块数目等于：
根据丢包量分布选择冗余量，满足成功率要求,其计算第一取值Qmin的公式如下：
带入表中统计信息，其中Q为丢包量最大数值，即Q＝9，,令q′依次等于5,6,7,8,9，直至满足上述条件，得Qmin＝9。根据第一取值Qmin得到FEC参数冗余量:采用RS编码时冗余量至少能满足解码9个数据包的丢失，例如冗余量为15。
此时冗余率等于15/100，其小于50％满足要求。此时恢复时延需满足：数据量/带宽加上RTT小于TR。带入得115*1000*8/(100*106)+0.04(秒)＝0.0492(秒)，满足时延要求。
确定冗余量和信息组长度后，可以采用RS编码的方式为每信息组长度的报文增加一定量的编码冗余报文，以对抗网络丢包。
也可以，采用直接冗余的纠错方式，即完成信息组长度个报文传输后，再次重复发送这些报文。
本发明实施例通过根据网络状态分布和用户要求得到FEC参数，能够提高的FEC参数的准确性，也可以实现由用户定制FEC参数，提高用户体验。
本发明实施例提供了一种前向纠错系统，如图9所示，该系统包括：报文发送装置100、报文接收装置200；
报文发送装置100用于编码具有冗余信息的报文并将报文通过传输信道发送给报文接收装置200；报文接收装置200用于接收报文发送装置100发送的报文，并且如果报文有丢包时，则根据报文中的冗余信息恢复丢失的报文数据。
进一步地,报文发送装置100,至少包括获得FEC参数模块110，该获得FEC参数模块110具体组成可以参见上面实施例提供的一种获得前向纠错FEC参数的装置,其功能/模块/单元相同，在此不再赘述。进一步地，报文发送装置100根据获得FEC参数模块110得到的FEC参数生成冗余信息。
可选的，如图10所述，报文接收装置200至少包括获得FEC参数模块210，该获得FEC参数模块210具体组成可以参见上面实施例提供的一种获得前向纠错FEC参数的装置,其功能/模块/单元相同，在此不再赘述。进一步地，报文接收装置200将获得FEC参数模块210得到的FEC参数发给报文发送装置100；进一步地，报文发送装置100根据接收到的FEC参数生成冗余信息。
本发明实施例通过根据网络状态分布和用户要求得到FEC参数，再基于该FEC参数编码用于FEC的冗余信息，能够提高的FEC参数的准确性，也可以实现由用户定制FEC参数，提高用户体验。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种获得前向纠错FEC参数的方法，其特征在于，包括：
获得网络状态分布和用户要求；其中,所述网络状态分布包括:丢包分布、往返时间RTT分布、带宽分布中的一个或多个，所述用户要求包括：报文传输时延、报文传输成功率、报文冗余率中的一个或多个，所述丢包分布指示在当前网络状态下丢包数据的统计结果，所述RTT分布指示在当前网络状态下RTT数据的统计结果，所述带宽分布指示在当前网络状态下带宽数据的统计结果；
根据所述网络状态分布和所述用户要求得到FEC参数；其中，所述FEC参数用于报文发送端生成冗余信息，所述冗余信息添加在报文中用于报文接收端恢复丢失的数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述网络状态分布和所述用户要求得到FEC参数，包括：
使用如下公式计算第一取值：
其中，z是一个变量，取值从k′至K；i依次取值z至K；P用于指示所述用户要求；Ymin用于指示基于某一个网络状态分布得到的满足所述用户要求的第一取值；k′用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最小取值；K用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示所述某一个网络状态分布统计的样本总数；
根据所述第一取值得到所述FEC参数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述网络状态分布和所述用户要求得到FEC参数，包括：
使用如下公式计算第二取值：
其中，z是一个变量，z取值从m′至M；i依次取值m′至z；P用于指示所述用户要求；Ymax用于指示基于某一个网络状态分布获得的满足所述用户要求的第二取值；m′用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最小取值；M用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示所述某一个网络状态分布统计的样本总数；
根据所述第二取值得到所述FEC参数。
4.如权利要求1-3任选一所述的方法，其特征在于，所述FEC参数包括信息组长度r、交织间隔I、交织层数L、监督位长度c中一个或多个。
5.一种获得前向纠错FEC参数的装置，其特征在于，包括：网络状态分布获取模块、用户要求获取模块、FEC参数计算模块；
所述网络状态分布获取模块用于获得网络状态分布；其中,所述网络状态分布包括:丢包分布、往返时间RTT分布、带宽分布中的一个或多个，所述丢包分布指示在当前网络状态下丢包数据的统计结果，所述RTT分布指示在当前网络状态下RTT数据的统计结果，所述带宽分布指示在当前网络状态下带宽数据的统计结果；
所述用户要求获取模块用于获得用户要求，所述用户要求包括：报文传输时延、报文传输成功率、报文冗余率中的一个或多个；
所述FEC参数获得模块用于根据所述网络状态分布获取模块获得的网络状态分布和所述户要求获取模块获得的用户要求得到FEC参数；其中，所述FEC参数用于报文发送端生成冗余信息，所述冗余信息添加在报文中用于报文接收端恢复丢失的数据。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述FEC参数获得模块包括：
第一计算单元，用于使用如下公式计算第一取值：
其中，z是一个变量，取值从k′至K；i依次取值z至K；P用于指示所述用户要求；Ymin用于指示基于某一个网络状态分布得到的满足所述用户要求的第一取值；k′用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最小取值；K用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示所述某一个网络状态分布统计的样本总数；
第一FEC参数单元，用于根据所述第一计算单元计算的第一取值得到所述FEC参数。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述FEC参数获得模块包括：
第二计算单元，用于使用如下公式计算第二取值：
其中，z是一个变量，z取值从m′至M；i依次取值m′至z；P用于指示所述用户要求；Ymax用于指示基于某一个网络状态分布获得的满足所述用户要求的第二取值；m′用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最小取值；M用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的最大取值；Xi用于指示在当前网络状态下所述某一个网络状态分布统计到的取值为i的发生频次；N用于指示所述某一个网络状态分布统计的样本总数；
第二FEC参数单元，用于根据所述第二计算单元计算的第二取值得到所述FEC参数。
8.一种前向纠错FEC系统，其特征在于，包括：报文发送装置，报文接收装置；
所述报文发送装置，至少包括权利要求5-7任选一所述的装置，用于编码冗余信息并发送包含有所述冗余信息的报文，所述冗余信息用于所述报文接收装置恢复丢失的数据；
所述报文接收装置用于接收所述报文发送装置发送的报文。
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