CN113055285B - 基于mptcp与网络编码的自适应数据传输方法 - Google Patents

基于mptcp与网络编码的自适应数据传输方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113055285B
CN113055285B CN202110304978.7A CN202110304978A CN113055285B CN 113055285 B CN113055285 B CN 113055285B CN 202110304978 A CN202110304978 A CN 202110304978A CN 113055285 B CN113055285 B CN 113055285B
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
path
paths
data transmission
blocks
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110304978.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113055285A (zh
Inventor
赵辉
徐晓斌
李晓理
李建明
薛晓翃
张纬栋
吴君毅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tiandi Information Network Co ltd
Beijing University of Technology
Original Assignee
Tiandi Information Network Co ltd
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tiandi Information Network Co ltd, Beijing University of Technology filed Critical Tiandi Information Network Co ltd
Priority to CN202110304978.7A priority Critical patent/CN113055285B/zh
Publication of CN113055285A publication Critical patent/CN113055285A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113055285B publication Critical patent/CN113055285B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/24—Multipath
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0078—Avoidance of errors by organising the transmitted data in a format specifically designed to deal with errors, e.g. location
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/14—Routing performance; Theoretical aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/16—Implementation or adaptation of Internet protocol [IP], of transmission control protocol [TCP] or of user datagram protocol [UDP]
    • H04L69/163—In-band adaptation of TCP data exchange; In-band control procedures

Abstract

本发明涉及一种基于MPTCP与网络编码的自适应数据传输方法，用于解决不同场景下数据传输不稳定的问题，通过测试不同路径的通信质量，能够获得路径选择依据；终端将需要传输的数据划分为若干块，之后将所有块采取线性编码方式进行编码，编码参数随机生成，得到编码后的数据块，之后将编码后的数据块附加校验码。并将参数表、编码后的数据块、校验码封装为一个数据包，根据路径选择策略，选择合适的路径进行数据发送，目的节点收到一个数据包后，不回复确认，直至收到足够数量的正确数据包，还原出原始数据后，通过每条路径均回复确认消息。源节点收到确认消息后，停止数据的编码及传输操作。

Description

基于MPTCP与网络编码的自适应数据传输方法
技术领域：
本发明提出一种基于MPTCP与网络编码的自适应数据传输方法，通过MPTCP与网络编码两种技术，第一通过监听确定不同路径的通信质量，第二根据要传输的文件大小进行自适应的数据块划分，然后通过网络编码技术对数据块进行线性编码，第三根据不同的传输策略选择传输路径，最后由终端节点接收数据并解码。
技术背景
随着互联网的快速发展，人们对于高质量的网络通信的需求越来越大，与有线网络相比，现有的无线通信网络可靠性较低，其次，当移动终端位于沙漠、海洋等极端位置时，无法与现有的通信基站进行通信，同时层出不穷的应用软件的出现以及各种高清视频、音频业务需要较高的带宽以及较稳定的网络状况。多路径TCP与网络编码这两种技术可以在一定程度上提高吞吐量，提升网络质量。
多路径传输控制协议(Multipath Transmission Control Protocol,MPTCP)是一种并行的多路径传输协议，工作在传输层，得益于现在的多接口设备，多路径TCP可以充分利用网络资源。
网络编码(Network Coding)融合了路由和编码两种技术，其核心思想是在网络的各个节点上对各条信道上收到的数据进行编码处理，然后转发给下游节点，中间节点具有编码器以及信号处理器的作用。传统的“分组转发”模式下数据分组容易丢失，同时控制传输的ACK消息占用了大量的带宽，从而严重降低了传输效率。通过使用网络编码技术，中间节点对数据块进行编码，目的节点解码时只需要发送一次确认消息，从而提高了网络吞吐量以及可靠性。
发明内容
本发明提出的自适应数据传输系统，用于提高移动终端在不同场景下的数据传输质量。无线链路的不稳定性会导致中间节点转发过程中分组的丢失，降低了用户体验，为了充分利用多模终端多个网络接口的并发传输能力，提高网络吞吐量，从而引入MPTCP技术；为了降低丢包率，提高带宽利用率，利用网络编码技术，对自适应划分的数据块进行线性编码，最后通过不同的数据传输策略选择传输路径，使得数据的传输更加稳定、高效。
为了保证移动终端在不同场景下的数据传输质量，本发明结合多路径TCP与网络编码技术，提出一种自适应数据传输方法。在该方法中，终端支持多条路径连接，连接方式包括卫星、5G基站以及Wi-Fi。用户可以根据周围网络接入点情况，链接质量，选择合适的传输策略。
具体方法如下：
步骤1.识别当前网络接入点，并通过多个接入点链接网络，在终端维持多个网络连接；
步骤2.定期检测多个链接的质量；
步骤3.当终端需要向某个目的节点发送数据时，确定数据分块策略；
步骤4.自适应进行数据发送，具体包括，通过链路质量测试获得所有路径的通信质量，根据帧正确发送的概率pi，从高到低排序，且总数据块的
Figure BDA0002986606360000021
由第一位的链路进行传输，总数据块的
Figure BDA0002986606360000022
由第二位的链路进行传输，总数据块的
Figure BDA0002986606360000023
由第三位的链路进行传输；若选择了时延优先策略，则源节点在发送数据时，在每条路径上均占用最大带宽进行数据传输，以确保目的节点以最快速度收到文件；
若选择了带宽平均占用策略，则根据目前各路径的带宽情况，在每条路径上均占用其剩余带宽的一半进行数据的传输；
若选择了传输效率优先策略，则根据各条路径的丢包率，选择其中丢包率小于给定阈值的路径进行数据传输，数据块平均分给进行数据传输的路径，丢包率高于阈值的路径不进行数据传输，以保障数据的有效传输率。
步骤5.目的节点接收数据，当接收到足够多正确无误的数据包时，还原原始数据，并通过多条路径发送确认消息；
步骤6.源节点终端接收到确认消息，停止数据发送。
链接质量的检测方法如下，
源节点从每条路径发送若干测试帧给目的端，目的端收到测试帧后直接发回源节点，源节点将收回的帧与测试帧对比，得到不同路径的帧正确发送概率pi；根据1s内能发送的数据量的大小获得不同路径的带宽Wi。
数据分块策略具体如下，
需要发送的数据大小为N，将这些数据分为n块，则每块数据的大小满足如下条件：
Figure BDA0002986606360000031
其中，c为单个数据块参数值的大小，f＝min{f1,f2,f3}，fi为第i条路径MAC层协议中，单个数据帧中数据部分的最大值。
有益效果
本发明降低了丢包率，提高带宽利用率，利用网络编码技术，对自适应划分的数据块进行线性编码，最后通过不同的数据传输策略选择传输路径，使得数据的传输更加稳定、高效。
附图说明
图1自适应数据传输系统场景图
具体实施方式
本实施例中连接方式包括卫星、无人机、5G基站以及Wi-Fi。
整个数据传输过程如下：
1、识别当前网络接入点，并通过多个接入点链接网络，在终端维持3个网络连接；
2、定期检测3个链接的质量；
当前存在3条路径l1、l2、l3，由以下测试获得不同路径的质量：每条路径发送若干测试帧，通过不同的路径给目的端连续发送10帧，目标收到检测帧后直接发回源节点，源节点收到发回的帧之后与原始帧对比，得到不同路径的帧正确发送的概率pi(i＝1,2,3)；根据1s内能发送的数据量的大小获得不同路径的带宽Wi(i＝1,2,3)。
3、当终端需要向某个目的节点发送数据时，根据当前链路情况，确定数据分块策略，具体为根据需要发送的数据大小进行分块，假设需要发送的数据大小为N，将这些数据分为n块，并采取线性编码方式进行编码，则每块数据需要附加参数值，若单个数据块参数值大小为c且为常数，则总的参数部分大小为cn，为每个数据块附加CRC-16校验，校验码大小为2字节，因此每块数据大小为
Figure BDA0002986606360000041
Figure BDA0002986606360000042
则每个文件总的数据需要发送量为(N+cn2+2n)。
不同路径MAC层协议中单个数据帧中数据部分最大值分别为f1,f2,f3，令f＝min{f1,f2,f3}，则数据块划分可由
Figure BDA0002986606360000043
获得。
4、自适应进行数据发送，具体为：通过链路质量测试可以获得3条路径的通信质量，若从高到低排序为l1＞l2＞l3，传输时，总数据块的
Figure BDA0002986606360000044
由l1进行传输，总数据块的
Figure BDA0002986606360000045
由l2进行传输，总数据块的
Figure BDA0002986606360000046
由l3进行传输。若选择了时延优先策略，则源节点在发送数据时，在每条路径上均占用最大带宽进行数据传输，以确保目的节点以最快速度收到文件。若选择了带宽平均占用策略，则根据目前各路径的带宽情况，在每条路径上均占用其剩余带宽的一半进行数据的传输。
若选择了传输效率优先策略，则根据各条路径的丢包率，选择其中丢包率小于给定阈值(假设丢包率阈值为1％，具体可根据实际情况进行设定)的路径进行数据传输，比如本实施例中满足该条件的是前两条路径，则数据块平均分给进行数据传输的2条路径，丢包率高于阈值的另外一条路径不进行数据传输，以保障数据的有效传输率。
5、目的节点接收数据，当接收到足够多正确无误的数据包时，还原原始数据，并通过多条路径发送确认消息；
6、源节点终端接收到确认消息，停止数据发送。
整个的数据传输过程即：首先，终端将需要传输的数据划分为若干块，之后将所有块采取线性编码方式进行编码，编码参数随机生成，得到编码后的数据块，之后将编码后的数据块附加校验码。并将参数表、编码后的数据块、校验码封装为一个数据包，根据路径选择策略，选择合适的路径进行数据发送，目的节点收到一个数据包后，不回复确认，直至收到足够数量的正确数据包，还原出原始数据后，通过每条路径均回复确认消息。源节点收到确认消息后，停止数据的编码及传输操作。
在传统的存储和转发网络中，数据以数据包的形式传输，并从一个节点转发到另一个节点。与这种标准的网络范例相反，网络编码允许节点将多个数据包一起编码以生成一个新的数据包。当接收节点收集足够多的线性独立编码数据包时，它们可以恢复原始消息。

Claims (3)

1.基于MPTCP与网络编码的自适应数据传输方法，终端支持多条路径连接，连接方式包括卫星、5G基站以及Wi-Fi，其特征在于包括以下步骤：
步骤1.识别当前网络接入点，并通过多个接入点接入网络，在终端维持多个网络连接；
步骤2.定期检测多条路径的质量；
步骤3.当终端需要向某个目的节点发送数据时，确定数据分块策略，并线性编码；
步骤4.自适应进行数据发送，具体如下，
通过质量测试获得所有路径的通信质量，根据帧正确发送的概率pi，从高到低对路径进行排序，且总数据块的
Figure FDA0003862801000000011
由第一位的链路进行传输，总数据块的
Figure FDA0003862801000000012
由第二位的链路进行传输，总数据块的
Figure FDA0003862801000000013
由第三位的链路进行传输；若选择了时延优先策略，则源节点在发送数据时，在每条路径上均占用最大带宽进行数据传输，以确保目的节点以最快速度收到文件；
若选择了带宽平均占用策略，则根据目前各路径的带宽情况，在每条路径上均占用其剩余带宽的一半进行数据的传输；
若选择了传输效率优先策略，则根据各条路径的丢包率，选择其中丢包率小于给定阈值的路径进行数据传输，数据块平均分给进行数据传输的路径，丢包率高于阈值的路径不进行数据传输，以保障数据的有效传输率；
步骤5.目的节点接收数据，当接收到足够多正确无误的数据包时，还原原始数据，并通过多条路径发送确认消息；
步骤6.源节点终端接收到确认消息，停止数据发送。
2.根据权利要求1所述的基于MPTCP与网络编码的自适应数据传输方法，其特征在于：路径质量的检测方法如下，
源节点从每条路径发送若干测试帧给目的端，目的端收到测试帧后直接发回源节点，源节点将收回的帧与测试帧对比，得到不同路径的帧正确发送概率pi；根据1s内能发送的数据量的大小获得不同路径的带宽Wi。
3.根据权利要求1所述的基于MPTCP与网络编码的自适应数据传输方法，其特征在于：数据分块策略具体如下，
需要发送的数据大小为N，将这些数据分为n块，则每块数据的大小满足如下条件：
Figure FDA0003862801000000021
其中，c为单个数据块参数值的大小，f＝min{f1,f2,f3}，f为第i条路径MAC层协议中，单个数据帧中数据部分的最大值。
CN202110304978.7A 2021-03-22 2021-03-22 基于mptcp与网络编码的自适应数据传输方法 Active CN113055285B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110304978.7A CN113055285B (zh) 2021-03-22 2021-03-22 基于mptcp与网络编码的自适应数据传输方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110304978.7A CN113055285B (zh) 2021-03-22 2021-03-22 基于mptcp与网络编码的自适应数据传输方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113055285A CN113055285A (zh) 2021-06-29
CN113055285B true CN113055285B (zh) 2022-12-16

Family

ID=76514463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110304978.7A Active CN113055285B (zh) 2021-03-22 2021-03-22 基于mptcp与网络编码的自适应数据传输方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113055285B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114040467B (zh) * 2021-10-25 2023-10-03 中国联合网络通信集团有限公司 一种传输路径的确定方法、装置、服务器及存储介质
CN114422082B (zh) * 2021-12-30 2023-07-28 广东中兴新支点技术有限公司 基于线性网络编码的传输控制方法、系统、装置及介质
CN114938235B (zh) * 2022-04-08 2023-05-30 北京邮电大学 融合多路径和网络编码的卫星网络中数据传输方法及装置
CN117081973B (zh) * 2023-10-13 2024-02-02 腾讯科技（深圳）有限公司 数据包传输方法、装置、设备、介质和计算机程序产品

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102983952A (zh) * 2006-11-29 2013-03-20 艾利森电话股份有限公司 具有线性独立数据分组编码的可靠多播
CN108769939A (zh) * 2018-05-15 2018-11-06 重庆三峡学院 一种无线传感器网络多路径可靠传输容错方法
CN110062352A (zh) * 2019-04-24 2019-07-26 重庆邮电大学 车辆自组织网络中基于丢包区分的多路径tcp网络编码传输系统和方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9537759B2 (en) * 2012-01-31 2017-01-03 Massachusetts Institute Of Technology Multi-path data transfer using network coding

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102983952A (zh) * 2006-11-29 2013-03-20 艾利森电话股份有限公司 具有线性独立数据分组编码的可靠多播
CN108769939A (zh) * 2018-05-15 2018-11-06 重庆三峡学院 一种无线传感器网络多路径可靠传输容错方法
CN110062352A (zh) * 2019-04-24 2019-07-26 重庆邮电大学 车辆自组织网络中基于丢包区分的多路径tcp网络编码传输系统和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
无线网状网中自适应网络编码的MPTCP研究与设计;夏卓群等;《计算机科学》;20100415(第04期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113055285A (zh) 2021-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113055285B (zh) 基于mptcp与网络编码的自适应数据传输方法
EP2218204B1 (en) Method and system for data transmission in a data network
KR102173084B1 (ko) 무선 통신 시스템에서 데이터 패킷 송수신 방법 및 장치
JP4558739B2 (ja) マルチキャストサービスを提供する方法
JP4242060B2 (ja) ディジタル通信システムにおける方法および構成
US6947446B2 (en) Slot format and acknowledgement method for a wireless communication system
US6751480B2 (en) Method for simultaneously conveying information to multiple mobiles with multiple antennas
US7508791B2 (en) Wireless communication coding and transmission systems and methods
JP2006254480A (ja) 移動通信システムにおけるデータ伝送及び受信方法
JP2005027306A (ja) 無線パケット・データ・システムでスケジューラ性能を改善する方法および装置
CN107710817B (zh) 具有网络编码的联合无线链路控制（rlc）信令
US9509447B2 (en) Method and apparatus for improved network coding in wireless communication system
WO2012018339A1 (en) Application of unequal error protection rateless codes in multimedia streaming over multi-path networks
WO2009087546A2 (en) Unequal error protection for wireless applications with cross layer design
CN102208962B (zh) 无线数据传输方法
Bai et al. Multi-path transmission protocol in VANET
CN114301513B (zh) 基于反馈喷泉码的文件传输方法
Bengtsson et al. Protocol for wireless real-time systems
CN109005011B (zh) 一种用于水声网络的数据传输方法、系统及可读存储介质
CN114095418A (zh) 一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法
CN116097624A (zh) 数据传输方法、装置、计算机设备及存储介质
Li et al. Random network coding based on adaptive sliding window in wireless multicast networks
US20240048496A1 (en) Apparatus and method for the intrinsic analysis of the connection quality in radio networks having network-coded cooperation
Karnani et al. Improved BER and PER by Reducing Communication Traffic in Wireless Communication using a Modified Network Coding Technique
WO2023160403A1 (zh) 数据处理方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant