CN109474365A - 一种帧同步udp网络同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多单位联网游戏开发技术领域，尤其为一种帧同步UDP网络同步方法，包括如下步骤：(1)IKCP_CMD_PUSH数据发送命令，kcp_input输入UDP收到的数据包，kcp包对前面的24个字节进行解压，包括conv、frg、cmd、wnd、ts、sn、una、len，根据una，会删除snd_buf中，所有una之前的kcp数据包，根据wnd更新接收端接收窗口大小；(2)收到的sn为11，una为12，表示sn为11的已经确认，下一个等待接收的为12，发送队列中，待确认的一个包为11，这个时候snd_una向后移动一位，序列号为11的包从发送队列中删除；(3)发送方的速度要匹配接收方接收(处理)数据的速度，发送方要抑制自身的发送速率，以便使接收端来得及接收。本发明，解决了多人联网对战弱网络下体验卡顿的问题。

Description

一种帧同步UDP网络同步方法
技术领域
本发明涉及人多单位联网游戏开发技术领域，具体为一种帧同步UDP网络同步方法。
背景技术
移动网络对战游戏中，存在着多个玩家一起战斗，同时每个玩家最大可操控20个以上的单位，如果采用网络状态同步的方式，将游戏数据同步给游戏服务器，再由服务器同步给每个客户端，导致网络流量过大，弱网络下体验不流畅的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种帧同步UDP网络同步方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种帧同步UDP网络同步方法，包括如下步骤：
(1)CMD_PUSH数据发送命令：IKCP_CMD_PUSH数据发送命令，kcp_input输入UDP收到的数据包，kcp包对前面的24个字节进行解压，包括conv、frg、cmd、wnd、ts、sn、una、len，根据una，会删除snd_buf中，所有una之前的kcp数据包，根据wnd更新接收端接收窗口大小；
(2)IKCP_CMD_ACK数据确认包：收到的sn为11，una为12，表示sn为11的已经确认，下一个等待接收的为12，发送队列中，待确认的一个包为11，这个时候snd_una向后移动一位，序列号为11的包从发送队列中删除；
(3)流量控制与拥塞控制：发送方的速度要匹配接收方接收(处理)数据的速度，发送方要抑制自身的发送速率，以便使接收端来得及接收。
进一步的，kcp的发送机制采用TCP的滑动窗口方式，kcp的头中包含wnd，即接收方目前可以接收的大小，能够发送的数据即为snd_una与snd_una+wnd之间的数据，接收方每次都会告诉发送方我还能接收多少，发送方就控制下，确保自己发送的数据不多于接收端可以接收的大小。
进一步的，TCP定义为每秒内可以传输多少KB的数据，充分利用带宽；KCP定义为单个数据包从一端发送到一端需要多少时间，以10％-20％带宽浪费的代价换取了比TCP快30％-40％的传输速度。
进一步的，KCP有正常模式和快速模式两种，通过以下策略达到提高流速的结果：RTO翻倍vs不翻倍；选择性重传vs全部重传；快速重传；延迟ACKvs非延迟ACK；UNA vs ACK+UNA；非退让流控。
进一步的，KCP启动快速模式后是x1.5；TCP丢包时会全部重传从丢的那个包开始以后的数据，KCP是选择性重传，只重传真正丢失的数据包；ARQ模型响应有两种，UNA和ACK，KCP协议中，除去单独的ACK包外，所有包都有UNA信息；KCP正常模式同TCP一样使用公平退让法则，即发送窗口大小由：发送缓存大小、接收端剩余接收缓存大小、丢包退让及慢启动这四要素决定。
进一步的，当传送及时性要求很高的小数据时，可选择通过配置跳过后两步，仅用前两项来控制发送频率。
进一步的，数据传输过程包括如下步骤：(1)待发送队列移至发送队列；(2)发送发送队列的数据。
进一步的，KCP会把snd_queue待发送队列中的kcp包，移至snd_buf发送队列，移动的包的数量不会超过snd_una+cwnd-snd_nxt，确保发送的数据不会让接收方的接收队列溢出；步骤(2)中，发送队列中包含两种类型的数据，已发送但是尚未被接收方确认的数据、没被发送过的数据，其中：没发送过的数据直接发送即可，已经发送了但是还没被接收方确认的数据，KCP主要使用两种策略来决定是否需要重传KCP数据包，超时重传、快速重传、选择重传。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明解决了在移动游戏中多人联网对战情况下网络同步方案，通过可靠UDP连接技术降低网络流量和降低弱网络下的网络延迟，从而达到流程联网体验游戏的目的。
附图说明
图1为本发明总体流程图。
图2为本发明滑动控制网络示意图。
图3为本发明数据传输过程总体图。
图4为本发明超时重传流程图。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：
一种帧同步UDP网络同步方法，本发明技术方案分为可靠UDP传输技术；
可靠UDP技术方案：采用KCP技术方案，KCP是一个快速可靠协议，能以比TCP浪费10％-20％的带宽的代价，换取平均延迟降低30％-40％，且最大延迟降低三倍的传输效果。纯算法实现，并不负责底层协议(如UDP)的收发，需要使用者自己定义下层数据包的发送方式，以callback的方式提供给KCP。
流程步骤：
网络模式下存在收数据包和发送数据包，此技术方案主要作用于这两个流程，原理类似，都是通过滑动窗口大小控制收发包的频率，在重传机制上依靠超时重传、快速重传、选择重传，优化重新组装顺序的可靠的数据后交付给用户，在拥塞控制为慢开始、拥塞避免，使用动态控制机制，从而达到降低网络延迟和可靠快速传输的目的。
1.总体流程如下
步骤一：CMD_PUSH数据发送命令
IKCP_CMD_PUSH数据发送命令，kcp_input输入UDP收到的数据包。kcp包对前面的24个字节进行解压，包括conv、frg、cmd、wnd、ts、sn、una、len。根据una，会删除snd_buf中，所有una之前的kcp数据包，因为这些数据包接收者已经确认。根据wnd更新接收端接收窗口大小。
步骤二：IKCP_CMD_ACK数据确认包
收到的sn为11，una为12。表示sn为11的已经确认，下一个等待接收的为12。发送队列中，待确认的一个包为11，这个时候snd_una向后移动一位，序列号为11的包从发送队列中删除
步骤三：流量控制与拥塞控制
流量控制是点对点的通信量的控制，是一个端到端的问题。总结起来，就是发送方的速度要匹配接收方接收(处理)数据的速度。发送方要抑制自身的发送速率，以便使接收端来得及接收。
2.滑动窗口机制
KCP的发送机制采用TCP的滑动窗口方式，可以非常容易的控制流量。KCP的头中包含wnd，即接收方目前可以接收的大小。能够发送的数据即为snd_una与snd_una+wnd之间的数据。接收方每次都会告诉发送方我还能接收多少，发送方就控制下，确保自己发送的数据不多于接收端可以接收的大小。
3.高速传输技术特性细节：
TCP是为流量设计的(每秒内可以传输多少KB的数据)，讲究的是充分利用带宽。而KCP是为流速设计的(单个数据包从一端发送到一端需要多少时间)，以10％-20％带宽浪费的代价换取了比TCP快30％-40％的传输速度。TCP信道是一条流速很慢，但每秒流量很大的大运河，而KCP是水流湍急的小激流。KCP有正常模式和快速模式两种，通过以下策略达到提高流速的结果：
RTO翻倍vs不翻倍：
TCP超时计算是RTOx2，这样连续丢三次包就变成RTOx8了，十分恐怖，而KCP启动快速模式后不x2，只是x1.5(实验证明1.5这个值相对比较好)，提高了传输速度。
选择性重传vs全部重传：
TCP丢包时会全部重传从丢的那个包开始以后的数据，KCP是选择性重传，只重传真正丢失的数据包。
快速重传：
发送端发送了1，2，3，4，5几个包，然后收到远端的ACK：1，3，4，5，当收到ACK3时，KCP知道2被跳过1次，收到ACK4时，知道2被跳过了2次，此时可以认为2号丢失，不用等超时，直接重传2号包，大大改善了丢包时的传输速度。
延迟ACK vs非延迟ACK：
TCP为了充分利用带宽，延迟发送ACK(NODELAY都没用)，这样超时计算会算出较大RTT时间，延长了丢包时的判断过程。KCP的ACK是否延迟发送可以调节。
UNA vs ACK+UNA：
ARQ模型响应有两种，UNA(此编号前所有包已收到，如TCP)和ACK(该编号包已收到)，光用UNA将导致全部重传，光用ACK则丢失成本太高，以往协议都是二选其一，而KCP协议中，除去单独的ACK包外，所有包都有UNA信息。
非退让流控：
KCP正常模式同TCP一样使用公平退让法则，即发送窗口大小由：发送缓存大小、接收端剩余接收缓存大小、丢包退让及慢启动这四要素决定。但传送及时性要求很高的小数据时，可选择通过配置跳过后两步，仅用前两项来控制发送频率。以牺牲部分公平性及带宽利用率之代价，换取了开着BT都能流畅传输的效果。
4，数据传输过程
步骤1：待发送队列移至发送队列
KCP会把snd_queue待发送队列中的kcp包，移至snd_buf发送队列。移动的包的数量不会超过snd_una+cwnd-snd_nxt，确保发送的数据不会让接收方的接收队列溢出。该功能类似于TCP协议中的滑动窗口。
步骤2：发送发送队列的数据
发送队列中包含两种类型的数据，已发送但是尚未被接收方确认的数据，没被发送过的数据。没发送过的数据比较好处理，直接发送即可。重点在于已经发送了但是还没被接收方确认的数据，该部分的策略直接决定着协议快速、高效与否。KCP主要使用两种策略来决定是否需要重传KCP数据包，超时重传、快速重传、选择重传。
超时重传流程：
TCP超时计算是RTOx2，这样连续丢三次包就变成RTOx8了，而KCP非快速模式下每次+RTO，急速模式下+0.5RTO(实验证明1.5这个值相对比较好)，提高了传输速度。效率对比图如图4；(急速为最底下曲线、TCP为最上边曲线)
快速重传
发送端发送了1，2，3，4，5几个包，然后收到远端的ACK：1，3，4，5，当收到ACK3时，KCP知道2被跳过1次，收到ACK4时，知道2被跳过了2次，此时可以认为2号丢失，不用等超时，直接重传2号包，大大改善了丢包时的传输速度。TCP有快速重传算法，TCP包被跳过3次之后会进行重传。
注：可以通过统计错误重传(重传的包实际没丢，仅乱序)，优化该设置。
选择重传
老的TCP丢包时会全部重传从丢的那个包开始以后的数据，KCP是选择性重传，只重传真正丢失的数据包。但是，目前大部分的操作系统，linux与android手机均是支持SACK选择重传的。
本发明，采用KCP网络传输技术，优化弱网络下收发数据包的流程和重传机制，降低网络流量的同时解决了3G/4G网络下网络延迟问题，给大型多人对战类移动游戏带来全新的游戏体验。本发明为移动游戏上弱网络传输的技术解决方案，解决了多人联网对战弱网络下体验卡顿的问题。
本发明解决了在移动游戏中多人联网对战情况下网络同步方案，通过可靠UDP连接技术降低网络流量和降低弱网络下的网络延迟，从而达到流程联网体验游戏的目的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种帧同步UDP网络同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)CMD_PUSH数据发送命令：IKCP_CMD_PUSH数据发送命令，kcp_input输入UDP收到的数据包，kcp包对前面的24个字节进行解压，包括conv、frg、cmd、wnd、ts、sn、una、len，根据una，会删除snd_buf中，所有una之前的kcp数据包，根据wnd更新接收端接收窗口大小；
(2)IKCP_CMD_ACK数据确认包：收到的sn为11，una为12，表示sn为11的已经确认，下一个等待接收的为12，发送队列中，待确认的一个包为11，这个时候snd_una向后移动一位，序列号为11的包从发送队列中删除；
(3)流量控制与拥塞控制：发送方的速度要匹配接收方接收(处理)数据的速度，发送方要抑制自身的发送速率，以便使接收端来得及接收。
2.根据权利要求1所述的一种帧同步UDP网络同步方法，其特征在于：kcp的发送机制采用TCP的滑动窗口方式，kcp的头中包含wnd，即接收方目前可以接收的大小，能够发送的数据即为snd_una与snd_una+wnd之间的数据，接收方每次都会告诉发送方我还能接收多少，发送方就控制下，确保自己发送的数据不多于接收端可以接收的大小。
3.根据权利要求2所述的一种帧同步UDP网络同步方法，其特征在于：TCP定义为每秒内可以传输多少KB的数据，充分利用带宽；KCP定义为单个数据包从一端发送到一端需要多少时间，以10％-20％带宽浪费的代价换取了比TCP快30％-40％的传输速度。
4.根据权利要求3所述的一种帧同步UDP网络同步方法，其特征在于：KCP有正常模式和快速模式两种，通过以下策略达到提高流速的结果：RTO翻倍vs不翻倍；选择性重传vs全部重传；快速重传；延迟ACK vs非延迟ACK；UNA vs ACK+UNA；非退让流控。
5.根据权利要求4所述的一种帧同步UDP网络同步方法，其特征在于：KCP启动快速模式后是x1.5；TCP丢包时会全部重传从丢的那个包开始以后的数据，KCP是选择性重传，只重传真正丢失的数据包；ARQ模型响应有两种，UNA和ACK，KCP协议中，除去单独的ACK包外，所有包都有UNA信息；KCP正常模式同TCP一样使用公平退让法则，即发送窗口大小由：发送缓存大小、接收端剩余接收缓存大小、丢包退让及慢启动这四要素决定。
6.根据权利要求5所述的一种帧同步UDP网络同步方法，其特征在于：当传送及时性要求很高的小数据时，可选择通过配置跳过后两步，仅用前两项来控制发送频率。
7.根据权利要求1所述的一种帧同步UDP网络同步方法，其特征在于：数据传输过程包括如下步骤：(1)待发送队列移至发送队列；(2)发送发送队列的数据。
8.根据权利要求7所述的一种帧同步UDP网络同步方法，其特征在于：步骤(1)中：KCP会把snd_queue待发送队列中的kcp包，移至snd_buf发送队列，移动的包的数量不会超过snd_una+cwnd-snd_nxt，确保发送的数据不会让接收方的接收队列溢出；步骤(2)中，发送队列中包含两种类型的数据，已发送但是尚未被接收方确认的数据、没被发送过的数据，其中：没发送过的数据直接发送即可，已经发送了但是还没被接收方确认的数据，KCP主要使用两种策略来决定是否需要重传KCP数据包，超时重传、快速重传、选择重传。
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