CN110024314B - 通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供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；获得M个线性无关系数向量；分别使用所述M个线性无关系数向量对所述N个本地数据包进行编码，以获得M个编码数据包；以及通过网络将所述N个本地数据包和所述M个编码数据包中的至少一个一起发送，其中N≥1且M≥1。通过使用所述通信方法，减少计算开销。

Description

通信方法和系统

技术领域

本发明总体上涉及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(TCP)层下方以及互联网协议(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

本发明实施方案提供一种通信方法。所述通信方法可以包括：获得N个本地数据包；获得M个线性无关系数向量；分别使用所述M 个线性无关系数向量对所述N个本地数据包进行编码，以获得M个编码数据包；以及通过网络将所述N个本地数据包和所述M个编码数据包中的至少一个一起发送，其中N≥1且M≥1。

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，通过所述网络发送出去的所述数据包中的每一个可以具有标头，所述标头含有指示所述数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

在一些实施方案中，可以基于N和M从查找表中获得所述M个线性无关系数向量。

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，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。

本发明实施方案提供一种通信方法。所述通信方法可以包括：通过网络接收R个编码数据包和S个本地数据包，其中所述R个编码数据包是基于N个本地数据包产生的，并且所述N个本地数据包包括所述S个本地数据包；获得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和所述S个本地数据包对所述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，通过所述网络接收的所述数据包中的每一个可以具有标头，所述标头含有指示所述数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

在一些实施方案中，所述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，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，并且可以基于N和M从查找表中获得所述R个线性无关系数向量。

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。

本发明实施方案提供一种通信系统。所述通信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；获得M个线性无关系数向量；分别使用所述M个线性无关系数向量对所述N个本地数据包进行编码，以获得M个编码数据包；以及控制所述收发器以通过网络将所述N个本地数据包和所述M个编码数据包中的至少一个一起发送，其中N≥1且M≥1。

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，通过所述网络发送出去的所述数据包中的每一个可以具有标头，所述标头含有指示所述数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

在一些实施方案中，可以基于N和M从查找表中获得所述M个线性无关系数向量。

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，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。

本发明实施方案提供一种通信系统。所述通信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个编码数据包和S个本地数据包之后，获得R个线性无关系数向量，其中所述R个编码数据包是基于N个本地数据包产生的，并且所述 N个本地数据包包括所述S个本地数据包；以及使用所述R个线性无关系数向量和所述S个本地数据包对所述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，通过所述网络接收的所述数据包中的每一个可以具有标头，所述标头含有指示所述数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

在一些实施方案中，所述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，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，并且可以基于N和M从查找表中获得所述R个线性无关系数向量。

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

本发明的前述内容和其它特征将从结合附图进行的以下描述和所附权利要求书中变得更加明显。应理解，这些附图仅描绘根据本发明的若干实施方案，且因此不应被视为限制本发明的范围，将通过使用附图以额外特征和细节描述本发明。

图1示出根据本发明一个实施方案的通信方法的示意性流程图；

图2示意性地示出根据本发明一个实施方案的网络译码协议栈；

图3示意性地示出根据本发明一个实施方案的标头300的内容；

图4示意性地示出根据本发明一个实施方案的标头400的内容；

图5示意性地示出根据本发明一个实施方案的标头500的内容；以及

图6示出根据本发明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示出根据本发明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以及互联网协议(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，获得M个线性无关系数向量。

在一些实施方案中，可以基于随机数产生算法产生M个线性无关系数向量。例如，从大小为256的字段中随机选择系数向量的元素，并且可以对随机产生的系数向量执行线性无关估计过程。

在一些实施方案中，可以基于N和M从查找表中选择M个线性无关系数向量。查找表可以存储在源侧中。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。因为从查找表中选择M个线性无关系数向量，所以不需要对系数向量执行线性无关估计过程。因此，减少了源侧上的计算开销。

表1

在S105中，分别使用M个线性无关系数向量对N个本地数据包进行编码，以获得M个编码数据包。

在一些实施方案中，M个编码数据包中的每一个是基于M个线性无关系数向量中的对应线性无关系数向量的N个本地数据包的线性组合。例如，通过等式(1)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，p_i表示N个本地数据包中的第i个数据包，并且α_i表示对应系数向量的第i个元素。

在S107中，将标头附加到M个编码数据包中的每一个和N个本地数据包中的至少一个，所述标头含有指示数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

M个编码数据包以及N个本地数据包中的至少一个可以在后续步骤中通过网络发送出去。由于网络的随机丢包，应仔细地选择发送出去的数据包的总数，使得接收器侧可以接收足够的数据包来获得N 个本地数据包。在一些实施方案中，发送出去的数据包的数目可以大于N。在一些实施方案中，可以基于网络的丢包率和N来确定发送出去的数据包的数目。

在一些实施方案中，可以通过等式(2)计算发送出去的数据包的数目：

K＝N/(1-P_e) 等式(2)

其中K表示发送出去的数据包的数目，且P_e表示网络的丢包率。

在确定发送出去的数据包的数目之后，发送出去的数据包中的每一个可以附加有标头，所述标头含有指示数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

图3示意性地示出根据一个实施方案的标头300。在一些实施方案中，可以将标头300附加到发送出去的数据包中的每一个。参考图 3，标头300包括2字节“源端口”字段、2字节“目标端口”字段、4字节“基本”字段以及1字节“数目”字段。接收器侧需要“源端口”字段和“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。“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。“数目”字段指示本地数据包的总数，即N。

标头300还可以包括N个“开始_i”字段、N个“结束_i”字段以及N 个“α_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。“α_i”字段表示用于第i个数据包的第 i个系数。对于编码数据包，n个“α_i”字段表示编码数据包的对应系数向量。对于本地数据包，将第i个本地数据包的“α_i”字段设置为1，并且将第i个本地数据包的其它“α”字段设置为0。因此，标头300的n 个“α_i”字段可以指示数据包是编码数据包还是本地数据包。

在一些实施方案中，在基于N和M从查找表中选择M个线性无关系数向量的情况下，如图4中所示，可以将标头400附加到发送出去的M个编码数据包中的每一个，并且如图5中所示，可以将标头 500附加到发送出去的本地数据包中的每一个。

参考图4，标头400包括1字节“组”字段和1字节“包编号”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。“包编号”字段用于识别对应数据包的序列号。标头400还包括2字节“源端口”字段、2字节“目标端口”字段、4字节“基本”字段、N个“开始_i”字段和N个“结束_i”字段。“源端口”字段、“目标端口”字段、“基本”字段、“开始_i”字段和“结束_i”字段可以具有与标头300相同的含义。

参考图5，标头500包括2字节“源端口”字段、2字节“目标端口”字段、1字节“组”字段、1字节“包编号”字段以及4字节“基本”字段。“源端口”字段、“目标端口”字段、“组”字段和“包编号”字段可以具有与标头400相同的含义。与标头400相比，标头500不具有N个“开始_i”字段和N个“结束_i”字段。因此，标头400和标头500可以用于确定数据包是编码数据包还是本地数据包。

在S109中，通过网络将M个编码数据包以及N个本地数据包中的至少一个一起发送。

如图2中所示，在一些实施方案中，网络译码层203可以将M 个编码数据包以及N个本地数据包中的至少一个发送至IP层204，并且IP层204可以通过较低层发送M个编码数据包以及N个本地数据包中的至少一个。

在接收器侧，代替N个本地数据包，可以接收编码数据包和本地数据包。

在S111中，通过网络接收R个编码数据包和S个本地数据包。

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个编码数据包和 S个本地数据包，并且将R个编码数据包和S个本地数据包发送至网络译码层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个编码数据包和S个本地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个编码数据包以及至少一个本地数据包。在一些实施方案中， M个编码数据包中的R个编码数据包和N个本地数据包中的至少一个的S个本地数据包由接收器侧接收。直到解码缓冲器中的数据包的数目达到N，可以通过对解码缓冲器中的数据包进行解码来获得N 个本地数据包。也就是说，R个编码数据包和S个本地数据包的总和应等于或大于N。

在S113中，获得R个线性无关系数向量。

网络译码层213可以基于数据包的标头来确定接收到的数据包是编码数据包还是本地数据包。在一些实施方案中，接收到的数据包中的每一个附加有如图3中所示的标头300。网络译码层可以基于数据包的标头中的n个“α_i”字段来确定接收到的数据包是编码数据包还是本地数据包。在一些实施方案中，接收到的数据包的一部分附加有如图4中所示的标头400，并且接收到的数据包的一部分附加有如图 5中所示的标头500。网络译码层可以基于数据包的标头中是否含有 N个“开始_i”字段和N个“结束_i”字段来确定数据包是编码数据包还是本地数据包。

在一些实施方案中，如果R个编码数据包中的每一个附加有标头 300，则可以从R个编码数据包的R个标头中的“α”字段中获得R个线性无关系数向量。

在一些实施方案中，如果R个编码数据包中的每一个附加有标头 400，则网络译码层可以将标头400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，R个编码数据包中的每一个的标头400可以包括“包编号”字段。网络译码层可以从“包编号”字段中获得R个编码数据包的R个序列号。接着，网络译码层还可以基于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。

在S115中，使用R个线性无关系数向量和S个本地数据包对R 个编码数据包进行解码，以获得N个本地数据包。

在一些实施方案中，可以将R个线性无关系数向量和S个本地数据包放入解码系数矩阵中。可以对解码系数矩阵执行高斯消元法以对R个编码数据包进行解码，使得可以获得具有固定长度的调整数据包。如图3中所示，基于标头中的“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个本地数据包发送至TCP层212。

如上所述，由于源侧将本地数据包和编码数据包均发送至接收器侧，因此可以减少源侧上的编码操作和接收器侧上的解码操作。因此，可以减少源侧和接收器侧两者上的计算开销。此外，因为标头400和标头500不含有系数向量，因此可以减少网络开销。

根据一个实施方案，提供一种通信系统。所述通信系统可以在网络中安置于源侧或接收器侧。图6示出根据一个实施方案的通信系统 600的示意性框图。通信系统600可以包括收发器601和处理装置 603。

如果通信系统600安置于源侧。处理装置603可以被配置成：获得N个本地数据包；获得M个线性无关系数向量；分别使用M个线性无关系数向量对N个本地数据包进行编码，以获得M个编码数据包；以及控制收发器601以通过网络将N个本地数据包和M个编码数据包中的至少一个一起发送，其中N≥1且M≥1。可以通过参考S101 至S109中的细节描述来获得处理装置603的细节配置。

如果通信系统600安置于接收器侧。处理装置603可以被配置成：在收发器601通过网络接收R个编码数据包和S个本地数据包之后，获得R个线性无关系数向量，其中R个编码数据包是基于N个本地数据包产生的，并且N个本地数据包包括S个本地数据包；以及使用R个线性无关系数向量和S个本地数据包对R个编码数据包进行解码，以获得N个本地数据包。可以通过参考S111至S115中的细节描述来获得处理装置603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 (16)

1.一种通信方法，其特征在于，包括：

获得N个本地数据包；

从查找表中的多个线性无关系数向量集合中选择M个线性无关系数向量，每个线性无关系数向量集合对应于不同的一对N和M

分别使用所述M个线性无关系数向量对所述N个本地数据包进行编码，以获得M个编码数据包；以及

通过网络将所述N个本地数据包和所述M个编码数据包中的至少一个一起发送，其中N≥1且M≥1。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，基于所述网络的丢包率和N来确定M。

3.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，通过所述网络发送出去的所述数据包中的每一个具有标头，所述标头含有指示所述数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

4.根据权利要求1所述的通信方法，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。

5.根据权利要求1所述的通信方法，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。

6.一种通信方法，其特征在于，包括：

通过网络接收R个编码数据包和S个本地数据包，其中所述R个编码数据包是基于N个本地数据包产生的，并且所述N个本地数据包包括所述S个本地数据包,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，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；

从查找表中的多个线性无关系数向量集合中选择R个线性无关系数向量，每个线性无关系数向量集合对应于不同的一对N和M；以及

使用所述R个线性无关系数向量和所述S个本地数据包对所述R个编码数据包进行解码，以获得所述N个本地数据包。

7.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，通过所述网络接收的所述数据包中的每一个具有标头，所述标头含有指示所述数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

8.根据权利要求6所述的通信方法，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。

9.一种通信系统，其特征在于，所述通信系统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；

从查找表中的多个线性无关系数向量集合中选择M个线性无关系数向量，每个线性无关系数向量集合对应于不同的一对N和M；

分别使用所述M个线性无关系数向量对所述N个本地数据包进行编码，以获得M个编码数据包；以及

控制所述收发器以通过网络将所述N个本地数据包和所述M个编码数据包中的至少一个一起发送，其中N≥1且M≥1。

10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，基于所述网络的丢包率和N来确定M。

11.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，通过所述网络发送出去的所述数据包中的每一个具有标头，所述标头含有指示所述数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

12.根据权利要求9所述的通信系统，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。

13.根据权利要求9所述的通信系统，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。

14.一种通信系统，其特征在于，所述通信系统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个编码数据包和S个本地数据包之后，从查找表中的多个线性无关系数向量集合中选择R个线性无关系数向量，每个线性无关系数向量集合对应于不同的一对N和M，其中所述R个编码数据包是基于N个本地数据包产生的，并且所述N个本地数据包包括所述S个本地数据包,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，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和所述S个本地数据包对所述R个编码数据包进行解码，以获得所述N个本地数据包。

15.根据权利要求14所述的通信系统，其特征在于，通过所述网络接收的所述数据包中的每一个具有标头，所述标头含有指示所述数据包是编码数据包还是本地数据包的一条信息。

16.根据权利要求14所述的通信系统，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。

Images