CN108712235B - 一种单向无反馈传输方法 - Google Patents

一种单向无反馈传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种单向无反馈传输方法，该方法中发送端将数据同时发送给中间节点和接收端，接收端根据数据是否丢包向中间节点发送数据包，发送端时刻检测中间节点内数据包的个数，并与发送的数据包个数相比，如果大于发送端发送的数据包个数，选择性地对待发送数据进行前向纠错编码，恢复出丢失的数据传输给应用层；该方法通过中间节点的引入实现对待发送数据的选择纠错编码，提高了数据传输效率，节省了带宽，并且由于不存在“握手”，所以保证了数据传输的安全性和机密性。

Description

一种单向无反馈传输方法
技术领域
本发明属于数据传输技术领域，特别涉及一种单向无反馈传输方法。
背景技术
在信息安全领域中，有时要求数据只能实现单向传输，例如为保证高密级别网络中的数据不能流向低密级网络，但低密级网络中的数据可以流向高密级网络，从而避免泄密情况的发生。为了彻底解决高密级网络信息泄露的问题，只有采用无反馈的单向传输技术。其中安全隔离与信息单向导入系统采用了独特的单向无反馈传输技术，从物理链路层、传输层保证数据的绝对单向流动。
单向无反馈传输技术的工作原理类似于“二极管”单向导电的特性，采用硬件架构设计使数据仅能从外网主机传输至内网主机，中间没有任何形式的反馈信号，所有需要“握手”确认的通信协议在信息单向传输系统中都会失去意义。
由于没有“握手”确认信息，如何保证在接收端完整准确的重构源端数据是单向传输系统的关键技术。安全隔离与信息单向导入系统针对这种单向无反馈的环境，定义了私有通信协议对数据进行封装和传输，采用了前向纠错编码技术，同时采用了多种速率和流量控制方法，使得模块化的底层通信接口能灵活、可靠的处理不同业务的需求。通过这些关键技术保证了数据传输的完整性、可靠性和机密性。
CN106506114A公开了一种基于应用层前向纠错技术的实时流传输系统，又如CN107483144公开的一种前向纠错反馈信息传输方法，等，都是利用前向纠错编码技术实现对数据的单向传输。但是为保证数据在信道内传输的可靠性，发送端需要对待发送数据进行前向纠错编码，生成多个冗余包，然后发送给接收端，接收端根据接收的码字和编码规则，能自动纠正传输中的错误，但是此种方式增加了数据包的冗余，降低了传输的效率，也浪费了一部分带宽。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种单向无反馈传输方法，该方法不但能够保证数据单向传输，保证数据传输的完整性和安全性，还能够调整数据传输的冗余度，提高数据传输效率，节省带宽。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种单向无反馈传输方法，该方法包括如下步骤：
S1：发送端将待发送数据分成n个等长信息序列的信息组；
S2：按照纠错编码技术为每一信息组生成检错码，并将信息组与检错码构成传输包组，并为传输包组进行编号，使得每一传输包组具有唯一的编号；
S3：发送端将传输包组同时发送给中间节点和接收端；
S4：从第一个传输包组开始遍历，接收端缓存下接收的传输包组，并对传输包组进行检错解码，并从第一个解码的传输包组开始，判断接收的传输包组是否存在丢包，如果不存在，不做处理，如果存在，进行步骤S5；
S5：接收端向中间节点发送空数据包；
S6：发送端从发送第一传输包组开始时刻检测中间节点内数据包的个数g是否等于发送端发送的传输包组个数g1，如果g＝g1，不做处理，如果g＞g1，进行前向纠错编码，获得冗余包并为冗余包进行编号同时发送给接收端，所述编号包括传输包组的编号信息；
S7：接收端接收到冗余包后，进行前向纠错解码，恢复出丢失的信息数据传递给应用层。
进一步的改进，步骤S2还包括：为每一传输包组添加私有协议信息包头和私有协议信息包尾。
进一步的改进，步骤S5具体方法为：
S51：判断检测解码中汉明重量W与1的大小，当W＝1，进行步骤S52，当W＞1，进行步骤S53；
S52：接收端向中间节点发送一个空数据包；
S53：接收端向中间节点发送n个空数据包，n≥2；
S54：中间节点记录接收每一传输包组的时间ta和每一空数据包的时间tb，ta表示接收第a个传输包组的时间，tb表示接收第b个空数据包的时间，a≥1，b≥1。
进一步的改进，步骤S6包括：
S61：发送端从发送第一传输包组开始时刻检测中间节点内数据包的个数g是否等于发送端发送的传输包组个数g1，如果g＝g1，不做处理，如果g＞g1，进行步骤S62；
S62：获取中间节点记录的时间ta、ta+1和tb，当tb在ta和ta+1之间时，将ta时间对应编号的传输包组进行步骤S63；
S63：进行前向纠错编码，获得冗余包并为冗余包进行编号同时发送给接收端，所述编号包括传输包组的编号信息。
进一步的改进，步骤S6还包括：
S64：当tb晚于ta+1时，计算tb与ta的差值△t，△t＝tb-ta，并将△t与△t1进行比较，当△t≥△t1，将ta时间对应编号的传输包组进行步骤S63；当△t＜△t1，将ta+1时间对应编号的传输包组进行步骤S63，△t1为解码ta对应编号的传输包组所用的时间。
进一步的改进，步骤S63包括：
S631：计算△g，△g＝g-g1，g表示中间节点内数据包的个数g，g1表示发送端发送的传输包组个数，并将△g与1进行比较，当△g＝1，进行步骤S632；
S632：判断a与1的大小，当a＝1，进行步骤S633；
S633：将传输包组内信息数据包的信息序列与等长的0信息序列做差处理得到差信息序列，将差信息序列做缩减处理形成缩减数据包，对缩减数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，进行步骤S634；
S634：为冗余包进行编号同时发送给接收端，所述编号包括传输包组的编号信息。
进一步的改进，步骤S63还包括：
S635：当步骤S632判断a＞1，将第a个传输包组内的信息数据包与第a-1个传输包组内的信息数据包做差，获得差数据包，并判断第a-1个传输包组是否进行了前向纠错编码，如果未进行编码，进行步骤S636；
S636：判断差数据包的长度L是否为偶数，如果不是偶数，尾部用0补位，然后保留差数据包的头部和尾部，从第二个信息符号开始，将相邻的两个信息符号做差处理，获得缩减数据包，对缩减数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，进行步骤S634。
进一步的改进，步骤S63还包括：
S637：当步骤S635判断进行编码，对差数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，进行步骤S634。
进一步的改进，步骤S63还包括：
S638：当步骤S631判断△g＞1时，对发送的传输包组内的信息数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，并进行步骤S634。
本发明提供一种单向无反馈传输方法，该方法通过中间节点的引入实现对待发送数据的选择纠错编码，提高了数据传输效率，节省了带宽，并且由于不存在“握手”，所以保证了数据传输的安全性和机密性。
附图说明
图1为实施例1一种单向无反馈传输方法的流程图；
图2为实施例3步骤S5的流程图；
图3为实施例4步骤S6的流程图；
图4为实施例5步骤S63的流程图。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例1提供一种单向无反馈传输方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
S1：发送端将待发送数据分成n个等长信息序列的信息组；
S2：按照纠错编码技术为每一信息组生成检错码，并将信息组与检错码构成传输包组，并为传输包组进行编号，使得每一传输包组具有唯一的编号；
S3：发送端将传输包组同时发送给中间节点和接收端；
S4：从第一个传输包组开始遍历，接收端缓存下接收的传输包组，并对传输包组进行检错解码，并从第一个解码的传输包组开始，判断接收的传输包组是否存在丢包，如果不存在，不做处理，如果存在，进行步骤S5；
S5：接收端向中间节点发送空数据包；
S6：发送端从发送第一传输包组开始时刻检测中间节点内数据包的个数g是否等于发送端发送的传输包组个数g1，如果g＝g1，不做处理，如果g＞g1，进行前向纠错编码，获得冗余包并为冗余包进行编号同时发送给接收端，所述编号包括传输包组的编号信息；
S7：接收端接收到冗余包后，进行前向纠错解码，恢复出丢失的信息数据传递给应用层。
本发明提供一种单向无反馈传输方法，该方法首先将数据分组，每一组数据内的信息序列为m个，然后通过ARQ纠错编码技术为每一信息数据包生成检错码，但是在ARQ纠错编码技术过程中，接收端不向发送端发送反馈信息，发送端将待分送的信息组分别发送给中间节点和接收端，接收端每接收一个编码包就需要进行检错解码，如果检出哪个编码包存在丢包，就要想中间节点发送空数据包，接收端时刻检测中间节点内数据包的个数是否与发送的传输包组个数相符，如果相符不做处理，如果大于发送端发送的传输包组个数，就要对发送的传输包组进行前向纠错编码，生成冗余包，将生成的冗余包发送给接收端，接收端进行解码，并根据编号重构源端数据，实现数据的单向传输，通过以上方法可以保证数据安全可靠传输的同时，降低数据的冗余度，提高传输效率，节省带宽。
实施例2
本发明实施例2提供一种单向无反馈传输方法，该方法与实施例1的基本相同，不同的是，步骤S2还包括：为每一传输包组添加私有协议信息包头和私有协议信息包尾。本发明通过对传输包组添加私有协议信息包头和包尾，便于接收端解码时数据的重构，保证数据传输的完成性。包头和包尾信息包括数据长度、数据来源、数据编号等。
实施例3
本发明实施例3提供一种单向无反馈传输方法，该方法与实施例1的基本相同，不同的是，如图2所示，步骤S5具体方法为：
S51：判断检测解码中汉明重量W与1的大小，当W＝1，进行步骤S52，当W＞1，进行步骤S53；
S52：接收端向中间节点发送一个空数据包；
S53：接收端向中间节点发送n个空数据包，n≥2；
S54：中间节点记录接收每一传输包组的时间ta和每一空数据包的时间tb，ta表示接收第a个传输包组的时间，tb表示接收第b个空数据包的时间，a≥1，b≥1。
本发明进一步对步骤S5进行限定，其中汉明重量为发生随机错误的个数；本发明根据发生随机错误的个数，判断需要发送给中间节点数据包的个数，进而为后续的选择编码技术提供依据，节省编码数据的冗余度同时保证数据传输的完整性。
实施例4
本发明实施例4提供一种单向无反馈传输方法，该方法与实施例3的基本相同，不同的是，如图3所示，步骤S6具体方法为：
S61：发送端从发送第一传输包组开始时刻检测中间节点内数据包的个数g是否等于发送端发送的传输包组个数g1，如果g＝g1，不做处理，如果g＞g1，进行步骤S62；
S62：获取中间节点记录的时间ta、ta+1和tb，当tb在ta和ta+1之间时，将ta时间对应编号的传输包组进行步骤S63；
S63：进行前向纠错编码，获得冗余包并为冗余包进行编号同时发送给接收端，所述编号包括传输包组的编号信息；
S64：当tb晚于ta+1时，计算tb与ta的差值△t，△t＝tb-ta，并将△t与△t1进行比较，当△t≥△t1，将ta时间对应编号的传输包组进行步骤S63；当△t＜△t1，将ta+1时间对应编号的传输包组进行步骤S63，△t1为解码ta对应编号的传输包组所用的时间。
本发明进一步对步骤S6进行限定，因为发送端不断进行数据的传输，如何选择对哪个传输包组进行编码是该方法的瓶颈，为了解决该技术问题，本发明对发送端发送的数据包和中间节点接收的空闲数据包的时间进行限定，根据时间的先后顺序判断需要编码的传输包组，而不需要对所有的传输包组进行编码，提高数据传输效率同时，还能够保证数据传输的完整性。
实施例5
本发明实施例5提供一种单向无反馈传输方法，该方法与实施例4的基本相同，不同的是，如图4所示，步骤S63具体方法为：
S631：计算△g，△g＝g-g1，并将△g与1进行比较，当△g＝1，进行步骤S632；
S632：判断a与1的大小，当a＝1，进行步骤S633；
S633：将传输包组内信息数据包的信息序列与等长的0信息序列做差处理得到差信息序列，将差信息序列做缩减处理形成缩减数据包，对缩减数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，进行步骤S634；
S634：为冗余包进行编号同时发送给接收端，所述编号包括传输包组的编号信息；
S635：当步骤S632判断a＞1，将第a个传输包组内的信息数据包与第a-1个传输包组内的信息数据包做差，获得差数据包，并判断第a-1个传输包组是否进行了前向纠错编码，如果未进行编码，进行步骤S636；
S636：判断差数据包的长度L是否为偶数，如果不是偶数，尾部用0补位，然后保留差数据包的头部和尾部，从第二个信息符号开始，将相邻的两个信息符号做差处理，获得缩减数据包，对缩减数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，进行步骤S634；
S637：当步骤S635判断进行编码，对差数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，进行步骤S634；
S638：当步骤S631判断△g＞1时，对发送的传输包组内的信息数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，并进行步骤S634。
需要说明的是，步骤S633的缩进处理为将相邻且相同的信息符号取1，例如信息序列000101110，经过缩减处理后变成01010。步骤S636具体为信息序列011100001，有9个信息序列，补位0，得到的缩减数据包信息序列为001010。
本发明进一步对步骤S63进行限定，本发明根据中间节点内数据包的个数判断选择对哪些信息序列进行编码，不但能够保证数据的完整传输，并且大大节省了带宽，降低了数据的冗余度，显著提高数据传输的效率。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单向无反馈传输方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：发送端将待发送数据分成n个等长信息序列的信息组；
S2：按照纠错编码技术为每一信息组生成检错码，并将信息组与检错码构成传输包组，并为传输包组进行编号，使得每一传输包组具有唯一的编号；
S3：发送端将传输包组同时发送给中间节点和接收端；
S4：从第一个传输包组开始遍历，接收端缓存下接收的传输包组，并对传输包组进行检错解码，并从第一个解码的传输包组开始，判断接收的传输包组是否存在丢包，如果不存在，不做处理，如果存在，进行步骤S5；
S5：接收端向中间节点发送空数据包；
S6：发送端从发送第一传输包组开始每时每刻检测中间节点内数据包的个数g是否等于发送端发送的传输包组个数g1，如果g＝g1，不做处理，如果g＞g1，进行前向纠错编码，获得冗余包并为冗余包进行编号同时发送给接收端，所述编号包括传输包组的编号信息；
S7：接收端接收到冗余包后，进行前向纠错解码，恢复出丢失的信息数据传递给应用层。
2.如权利要求1所述的单向无反馈传输方法，其特征在于，步骤S2还包括：为每一传输包组添加私有协议信息包头和私有协议信息包尾。
3.如权利要求1所述的单向无反馈传输方法，其特征在于，步骤S5具体方法为：
S51：判断检测解码中汉明重量W与1的大小，当W＝1，进行步骤
S52，当W＞1，进行步骤S53；
S52：接收端向中间节点发送一个空数据包；
S53：接收端向中间节点发送n个空数据包，n≥2；
S54：中间节点记录接收每一传输包组的时间ta和每一空数据包的时间tb，ta表示接收第a个传输包组的时间，tb表示接收第b个空数据包的时间，a≥1，b≥1。
4.如权利要求3所述的单向无反馈传输方法，其特征在于，步骤S6包括：
S61：发送端从发送第一传输包组开始时刻检测中间节点内数据包的个数g是否等于发送端发送的传输包组个数g1，如果g＝g1，不做处理，如果g＞g1，进行步骤S62；
S62：获取中间节点记录的时间ta、ta+1和tb，当tb在ta和ta+1之间时，将ta时间对应编号的传输包组进行步骤S63；
S63：进行前向纠错编码，获得冗余包并为冗余包进行编号同时发送给接收端，所述编号包括传输包组的编号信息。
5.如权利要求4所述的单向无反馈传输方法，其特征在于，步骤S6还包括：
S64：当tb晚于ta+1时，计算tb与ta的差值△t，△t＝tb-ta，并将△t与△t1进行比较，当△t≥△t1，将ta时间对应编号的传输包组进行步骤S63；当△t＜△t1，将ta+1时间对应编号的传输包组进行步骤S63，△t1为解码ta对应编号的传输包组所用的时间。
6.如权利要求5所述的单向无反馈传输方法，其特征在于，步骤S63包括：
S631：计算△g，△g＝g-g1，并将△g与1进行比较，当△g＝1，进行步骤S632；
S632：判断a与1的大小，当a＝1，进行步骤S633；
S633：将传输包组内信息数据包的信息序列与等长的0信息序列做差处理得到差信息序列，将差信息序列做缩减处理形成缩减数据包，对缩减数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，进行步骤S634；
S634：为冗余包进行编号同时发送给接收端，所述编号包括传输包组的编号信息。
7.如权利要求6所述的单向无反馈传输方法，其特征在于，步骤S63还包括：
S635：当步骤S632判断a＞1，将第a个传输包组内的信息数据包与第a-1个传输包组内的信息数据包做差，获得差数据包，并判断第a-1个传输包组是否进行了前向纠错编码，如果未进行编码，进行步骤S636；
S636：判断差数据包的长度L是否为偶数，如果不是偶数，尾部用0补位，然后保留差数据包的头部和尾部，从第二个信息符号开始，将相邻的两个信息符号做差处理，获得缩减数据包，对缩减数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，进行步骤S634。
8.如权利要求7所述的单向无反馈传输方法，其特征在于，步骤S63还包括：
S637：当步骤S635判断进行编码，对差数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，进行步骤S634。
9.如权利要求8所述的单向无反馈传输方法，其特征在于，步骤S63还包括：
S638：当步骤S631判断△g＞1时，对发送的传输包组内的信息数据包进行前向纠错编码，获得冗余包，并进行步骤S634。
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无反馈纯单向信息传输系统的设计;赵铭 等;《长春理工大学学报（自然科学版）》;20130630;第36卷(第1-2期);第39-42页 *

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