CN110024313A - 通信方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通信方法和通信系统。所述通信方法可以包括：获得N个本地数据包；分别使用M个线性无关系数向量将所述N个本地数据包编码成M个编码数据包，其中基于N和M从查找表中选择所述M个线性无关系数向量；以及通过网络发送所述M个编码数据包，其中N≥1且M≥1。通过使用所述方法，减少计算开销。

Description

通信方法和系统
技术领域
本发明涉及一种基于网络译码的通信方法和系统。
背景技术
网络译码已成为通信网络，尤其无线网络的操作方法。在此方案中，网络译码层在源侧或接收器侧嵌入传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)层下方以及互联网协议(Internet Protocol，IP)层上方，以提高网络传输的容量和效率。然而，网络译码层的计算开销很高。
发明内容
在一个实施方案中，提供一种通信方法。所述方法可以包括：获得N个本地数据包；分别使用M个线性无关系数向量将所述N个本地数据包编码成M个编码数据包，其中基于N和M从查找表中选择所述M个线性无关系数向量；以及通过网络发送所述M个编码数据包，其中N≥1且M≥1。
在一些实施方案中，所述M个编码数据包中的至少一个可以具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息。
在一些实施方案中，可以基于所述网络的丢包率和N来确定M。
在一些实施方案中，所述M个编码数据包中的每一个可以具有标头，所述标头含有所述编码数据包的序列号。
在一个实施方案中，提供一种通信方法。所述方法可以包括：通过网络接收R个编码数据包，所述R个编码数据包中的至少一个具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息，其中N代表基于其产生所述R个编码数据包的本地包的数目，并且M代表基于所述N个本地数据包产生的编码数据包的总数目；基于N和M从查找表中选择R个线性无关系数向量；以及使用所述R个线性无关系数向量对所述R个编码数据包进行解码，以获得所述N个本地包。
在一些实施方案中，所述R个编码数据包中的每一个可以具有标头，所述标头含有所述编码数据包的序列号，并且可以基于N、M和所述R个编码数据包的序列号选择所述R个线性无关系数向量。
在一个实施方案中，提供一种通信系统，所述系统可以包括收发器和处理装置，所述处理装置被配置成：获得N个本地数据包；分别使用M个线性无关系数向量将所述N个本地数据包编码成M个编码数据包，其中基于N和M从查找表中选择所述M个线性无关系数向量；以及控制所述收发器以通过网络发送所述M个编码数据包，其中N≥1且M≥1。
在一些实施方案中，所述M个编码数据包中的至少一个可以具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息。
在一些实施方案中，可以基于所述网络的丢包率和N来确定M。
在一些实施方案中，所述M个编码数据包中的每一个可以具有标头，所述标头含有所述编码数据包的序列号。
在一个实施方案中，提供一种通信系统。所述系统可以包括收发器和处理装置，所述处理装置被配置成：在所述收发器通过网络接收R个编码数据包之后，基于N和M从查找表中选择R个线性无关系数向量，所述R个编码数据包中的至少一个具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息，其中N代表基于其产生所述R个编码数据包的本地包的数目，并且M代表基于所述N个本地数据包产生的编码数据包的总数目；以及使用所述R个线性无关系数向量对所述R个编码数据包进行解码，以获得所述N个本地数据包。
在一些实施方案中，所述R个编码数据包中的每一个可以具有标头，所述标头含有所述编码数据包的序列号，并且可以基于N、M和所述R个编码数据包的序列号选择所述R个线性无关系数向量。
附图说明
从以下描述和所附权利要求，结合附图，本发明的前述和其它特征将变得更加明显。应理解，这些附图仅描绘了根据本发明的若干实施方案，因此不应视为对其范围的限制，还可以通过使用附图之外的特征和细节来描述本发明。
图1示出根据一个实施方案的通信方法的示意性流程图；
图2示意性地示出根据一个实施方案的网络译码协议栈；
图3示意性地示出根据一个实施方案的标头的内容；以及
图4示出根据一个实施方案的通信系统的示意性框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考附图，附图形成详细描述的一部分。在附图中，除非上下文另外指明，否则相似符号通常表示相似组件。在详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方案并不意在为限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施方案并且可以作出其它改变。应容易地理解，如本文所描述和图中所示出的本发明的各方面可以用各种不同配置布置、替换、组合和设计，所有这些都是明确预期的并且形成本发明的一部分。
图1示出根据一个实施方案的通信方法100的示意性流程图。
在S101中，获得N个本地数据包。
图2示意性地示出根据一个实施方案的网络译码协议栈。参考图2，源侧上的网络译码协议栈包括应用层201、传输控制协议(TCP)层202、网络译码层203以及因特网协议(IP)层204。网络译码层203嵌入TCP层202下方以及IP层204上方。在一些实施方案中，源侧上的网络译码层203可以从TCP层202接收N个本地数据包。在一些实施方案中，源侧上的网络译码层203可以将N个本地数据包缓冲到编码缓冲器中。
在S103中，分别使用M个线性无关系数向量将N个本地数据包编码成M个编码数据包，其中基于N和M从查找表中选择M个线性无关系数向量。
在后续步骤中可以将M个编码数据包发送到接收器侧。由于网络的随机丢包，应仔细地选择M的值，使得接收器侧可以接收足够的编码数据包来获得N个本地数据包。在一些实施方案中，M可以大于N。在一些实施方案中，可以基于网络的丢包率和N来确定M。
在一些实施方案中，可以通过等式(1)计算M：
M＝N/(1-Pe) 等式(1)
其中Pe表示网络的丢包率。
在确定M之后，可以基于N和M从查找表中选择M个线性无关系数向量。在一些实施方案中，查找表存储在源侧中。查找表包括多个线性无关系数向量集合。每个线性无关系数向量集合对应于不同的一对本地数据包数量和编码数据包数量。表1中示出查找表的实例。例如，如果M＝M4且N＝N3，则可以选择在S43集合中的M个线性无关系数向量。
表1
如上所述，因为从查找表中选择M个线性无关系数向量，所以不需要在系数向量上执行的线性无关估计过程。因此，减少了源侧上的计算开销。
随后，网络译码层203可以分别使用M个线性无关系数向量将N个本地数据包编码成M个编码数据包。在一些实施方案中，基于M个线性无关系数向量中的对应线性无关系数向量，M个编码数据包中的每一个是N个本地包的线性组合。例如，通过等式(2)获得M个编码数据包中的每一个：
其中q表示M个编码数据包中的一个，pi表示N个本地数据包中的第i个数据包，并且αi表示对应系数向量的第i个元素。
在S105中，将标头附加到M个编码数据包中的每一个，所述标头含有指示N和M的一条信息。
图3示意性地示出根据一个实施方案的附加到M个编码数据包中的每一个的标头300。参考图3，标头300包括1字节“组”字段。“组”字段可以用于识别N和M的特定组合。例如，“组”字段的4位子字段用于表示N，并且“组”字段的另一4位子字段用于表示M。
参考图3，在一些实施方案中，标头300还包括2字节“源端口”字段、2字节“目标端口”字段、1字节“包编号”字段以及4字节“基本”字段。接收器侧需要“源端口”和“目标端口”来识别数据包对应于哪个TCP连接。在一些实施方案中，“源端口”和“目标端口”从对应本地数据包的TCP标头中除去并且包括在标头300中。“包编号”字段用于识别M个编码数据包中的编码数据包的序列号。“基本”字段指示尚未确认的第一字节的TCP字节序列号。在一些实施方案中，源侧或接收器侧可以使用“基本”字段来决定可以安全地从其缓冲器中丢弃哪个数据包而不会影响可靠性。
在一些实施方案中，标头300还可以包括N个“开始i”字段和N个“结束i”字段。对于源侧上的编码操作，将N个本地数据包调整为具有固定包长度。“开始i”字段可以指示对应固定长度数据包中的第i个数据包的开始字节，并且“结束i”字段可以指示对应固定长度数据包中的第i个数据包的最后一个字节。
在S107中，通过网络发送M个编码数据包。
如图2中所示，在一些实施方案中，网络译码层203可以将M个编码数据包发送到IP层204，并且IP层204可以通过较低层发送M个编码数据包。
在接收器侧，代替N个本地数据包，可以接收编码数据包。
在S109中，通过网络接收R个编码数据包，所述R个编码数据包中的至少一个具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息。
如图2中所示，接收器侧上的网络译码协议栈可以包括应用层211、TCP层212、网络译码层213以及IP层214。网络译码层213在接收器侧上嵌入TCP层212下方以及IP层214上方。在一些实施方案中，接收器侧上的IP层214可以从较低层接收R个编码数据包，并且将R个编码数据包发送到网络译码层213。在一些实施方案中，接收器侧上的网络译码层213可以将R个编码数据包缓冲到解码缓冲器中。
因为网络的随机丢包，所以接收器侧可能无法接收由源侧发送的所有M个编码数据包。直到解码缓冲器中的编码数据包的数目达到N，可以通过对编码数据包进行解码来获得N个本地数据包。也就是说，R应等于或大于N。
在一些实施方案中，R个编码数据包中的至少一个可以具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息。图3中示出标头的实例，并且标头300的“组”字段可以用于识别N和M的特定组合。N代表基于其产生R个编码数据包的本地包的数目，并且M代表基于N个本地数据包产生的编码数据包的总数目。
在S111中，基于N和M从查找表中选择R个线性无关系数向量。
在接收编码数据包之后，网络译码层213可以将附加到编码数据包的标头解包，以便在“组”字段中获得N和M。在一些实施方案中，与源侧中的查找表相同的查找表存储于接收器侧中。查找表包括多个线性无关系数向量集合。每个线性无关系数向量集合对应于不同的一对N和M。网络译码层213可以搜索查找表以基于N和M获得线性无关系数向量集合。
此外，如图3中所示，每个编码数据包的标头300可以包括“包编号”字段。网络译码层213还可以从“包编号”字段中获得R个编码数据包的R个序列号。网络译码层213还可以基于R个序列号从选定的线性无关系数向量集合中选择R个线性无关系数向量。
由于查找表中的系数向量是预定的且线性无关的，因此不需要对R个系数向量执行的线性无关估计过程。因此，减少了接收器侧上的计算开销。
在S113中，使用R个线性无关系数向量对R个编码数据包进行解码以获得N个本地包。
在一些实施方案中，可以将R个线性无关系数向量放入系数矩阵中。在一些实施方案中，网络译码层213可以使用高斯消元法反转系数矩阵，并且将线性组合操作应用于R个编码数据包，以获得具有固定长度的N个调整数据包。此后，基于如图3中所示的标头300中的“开始i”字段和“结束i”字段，可以确定对应调整数据包中的第i个本地数据包的第一字节和最后一个字节，并且可以获得第i个本地数据包。
此后，如图2中所示，基于标头300中的“目标端口”字段的信息，接收器侧上的网络译码层213可以将N个本地数据包发送到TCP层212。
如上所述，基于N和M从查找表中选择线性无关系数向量。因此，在源侧和接收器侧两者上不需要线性无关估计过程，因此减少了计算开销。此外，编码数据包的标头不含对应系数向量，因此减少了网络开销。
根据一个实施方案中，提供一种通信系统。通信系统可以在网络中安置于源侧或接收器侧。图4示出根据一个实施方案的通信系统400的示意性框图。通信系统400可以包括收发器401和处理装置403。
如果通信系统400安置于源侧。处理装置403可以被配置成：获得N个本地数据包；分别使用M个线性无关系数向量将所述N个本地数据包编码成M个编码数据包，其中基于N和M从查找表中选择所述M个线性无关系数向量；以及控制收发器401以通过网络发送所述M个编码数据包，其中N≥1且M≥1。可以通过参考S101至S107中的细节描述来获得处理装置403的细节配置。
如果通信系统400安置于接收器侧。处理装置403可以被配置成：在收发器401通过网络接收R个编码数据包之后，基于N和M从查找表中选择R个线性无关系数向量，所述R个编码数据包中的至少一个具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息，其中N代表基于其产生所述R个编码数据包的本地包的数目，并且M代表基于所述N个本地数据包产生的编码数据包的总数目；以及使用所述R个线性无关系数向量对所述R个编码数据包进行解码，以获得所述N个本地数据包。可以通过参考S109至S113中的细节描述来获得处理装置403的细节配置。
系统的各方面的硬件和软件实施之间几乎没有区别；硬件或软件的使用通常是表示成本与效率折衷的设计选择。例如，如果实施者确定速度和准确度是主要的，则实施者可以选择主要硬件和/或固件车辆；如果灵活性是主要的，则实施者可以选择主要软件实施；或作为又一种选择，实施者可以选择硬件、软件和/或固件的某种组合。
尽管本文已公开各个方面和实施方案，但是其它方面和实施方案将对本领域技术人员显而易见。本文所公开的各个方面和实施方案出于是说明的目的且并不意图为限制性的，其中真正的范围和精神由所附权利要求书指示。

Claims (12)

1.一种通信方法，其特征在于，包括：
获得N个本地数据包；
分别使用M个线性无关系数向量将所述N个本地数据包编码成M个编码数据包，其中基于N和M从查找表中选择所述M个线性无关系数向量；以及
通过网络发送所述M个编码数据包，其中N≥1且M≥1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述M个编码数据包中的至少一个具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述网络的丢包率和N来确定M。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述M个编码数据包中的每一个具有标头，所述标头含有所述编码数据包的序列号。
5.一种通信方法，其特征在于，包括：
通过网络接收R个编码数据包，所述R个编码数据包中的至少一个具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息，其中N代表基于其产生所述R个编码数据包的本地包的数目，并且M代表基于所述N个本地数据包产生的编码数据包的总数目；
基于N和M从查找表中选择R个线性无关系数向量；以及
使用所述R个线性无关系数向量对所述R个编码数据包进行解码，以获得所述N个本地包。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述R个编码数据包中的每一个具有标头，所述标头含有所述编码数据包的序列号，并且基于N、M和所述R个编码数据包的序列号选择所述R个线性无关系数向量。
7.一种通信系统，所述通信系统包括收发器和处理装置，其特征在于，所述处理装置被配置成：
获得N个本地数据包；
分别使用M个线性无关系数向量将所述N个本地数据包编码成M个编码数据包，其中基于N和M从查找表中选择所述M个线性无关系数向量；以及
控制所述收发器以通过网络发送所述M个编码数据包，其中N≥1且M≥1。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述M个编码数据包中的至少一个具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，基于所述网络的丢包率和N来确定M。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述M个编码数据包中的每一个具有标头，所述标头含有所述编码数据包的序列号。
11.一种通信系统，所述通信系统包括收发器和处理装置，其特征在于，所述处理装置被配置成：
在所述收发器通过网络接收R个编码数据包之后，基于N和M从查找表中选择R个线性无关系数向量，所述R个编码数据包中的至少一个具有标头，所述标头含有指示N和M的一条信息，其中N代表基于其产生所述R个编码数据包的本地包的数目，并且M代表基于所述N个本地数据包产生的编码数据包的总数目；以及
使用所述R个线性无关系数向量对所述R个编码数据包进行解码，以获得所述N个本地数据包。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述R个编码数据包中的每一个具有标头，所述标头含有所述编码数据包的序列号，并且基于N、M和所述R个编码数据包的序列号选择所述R个线性无关系数向量。
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