CN114978603B - 一种具有接收判定能力的数据合并传输方法及其系统 - Google Patents

一种具有接收判定能力的数据合并传输方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有接收判定能力的数据合并传输方法及其系统，系统包括发送端以及复数接收端，各接收端具有发送端提供的具有唯一性私有解码密钥；发送端自后端网络服务器接收对应于复数接收端的复数数据，并根据复数数据以及复数接收端的复数私有解码密钥计算得到合并数据块；发送端将合并数据块传送至复数接收端；目标接收端利用私有解码密钥自合并数据块中撷取相应的数据，非目标接收端利用私有解码密钥无法从合并数据块中撷取到数据则丢弃合并数据块。本发明针对大量接收端，在进行大量数据传输时提高了资源利用效率，并避免数据传输延迟过大，且无须额外的时钟同步机制即可保证复数个接收端间的自我时钟同步。此外，通信私密性也获得提高。

Description

一种具有接收判定能力的数据合并传输方法及其系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种具有接收判定能力的数据合并传输方法及其系统。
背景技术
对于现有的长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统的机器型态通讯(Machine-Type Communication,MTC)技术中，下行数据链路传输架构以正交分频多任务(Orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)为主要调变方式，并定义最小下行数据传输单位为资源区块(Resource block,RB)。
更进一步来说，每个RB由固定数量的子载波(subcarrier)以及时槽(time slot)组成，且每个RB可依照通讯装置/通讯终端条件，适以不同的调变、编码以及发射功率使用，因此，具有相当程度的便利性。
然而，每个RB可载数据的大小是固定的(约4～16KB)，据此，在下行数据传输型态为大量小数据(massive small data)传输时，由于单一数据的数据量大多小于单一RB可载数据的固定容量，因此，利用单一RB乘载并传送单一数据时，将造成单一RB中产生资源的留白(padding)，如此一来，在下行数据系大量数据的情况下，将导致资源利用效率不佳。
更者，当发送端欲传送大量不同的数据至大量不同的接收端时，多个数据的传送顺序会先进行排程，因此，由于排程较晚的数据将会导致数据传输时间较晚，如此一来，当网络中具有大量接收端时，过多数据传输除了前述资源利用效率不佳的问题，亦会产生排程较晚数据的数据传输延迟过大的问题。
因此，如何改良通讯系统，以同时显着地改善频谱资源的使用效率以及大量数据的传输延迟，并降低通讯系统负载，乃业界共同努力的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有接收判定能力的数据合并传输方法及其系统。
本发明采用的技术方案是：
一种具有接收判定能力的数据合并传输系统，用于大量小数据(massive smalldata)传输通讯场合，系统包括发送端以及复数接收端，各接收端具有发送端提供的私有解码密钥，且各私有解码密钥具有唯一性；发送端自后端网络服务器接收对应于复数接收端的复数数据，并根据复数数据以及复数接收端的复数私有解码密钥计算得到对应于复数数据的合并数据块；发送端再将合并数据块传送至复数接收端；目标接收端利用私有解码密钥自合并数据块中撷取相应的数据，非目标接收端利用私有解码密钥无法从合并数据块中撷取到数据则丢弃合并数据块。
进一步地，发送端具有一缓存区，缓存区用于保存发送端自后端网络服务器接收的待传送至多个不同接收端的数据。
进一步地，发送端利用中国余数定理基于数据及接收端各自对应的私有解码密钥将待发送至多个不同接收端的数据分别加密计算得到一合并数据块。
进一步地，每个接收端利用中国余数定理将各自私有解码密钥与合并数据块进行解码校验计算；目标接收端解码校验通过则得到对应的原始数据，非目标接收端解码校验不通过则丢弃所收到的合并数据。
一种具有接收判定能力的数据合并传输方法，采用的通讯系统包含发送端以及复数接收端。各接收端具有发送端提供的私有解码密钥，各私有解码密钥具有唯一性。复数接收端包含具有第一私有解码密钥的第一接收端；方法包括以下步骤：
步骤1，发送端自后端网络服务器接收的待传送至多个不同接收端的数据并保存在缓存区中；
步骤2，利用中国余数定理发送端根据数据及接收端各自对应的私有解码密钥将待发送至多个不同接收端的数据分别加密计算得到一合并数据块；
步骤3，发送端将合并数据块传送至所有的接收端；
步骤4，利用中国余数定理每个接收端将各自私有解码密钥与合并数据块进行解码校验计算；目标接收端解码校验通过则得到对应的原始数据，非目标接收端解码校验不通过则丢弃所收到的合并数据。
进一步地，步骤2的具体步骤如下：
步骤2-1，发送端将待发送的不同接收端的原始数据分别经由各自对应的检查掩码扩展为各自的扩展数据；即将原始数据位依序放置在对应的检查掩码的bit-0位置，并指定位数的检查掩码bit-1的位置补上0；
步骤2-2，发送端利用中国余数定理将扩展数据用各自对应的私有解码密钥加密计算得到合并数据块S。
进一步地，步骤2-1中指定检查掩码中末位至少两位为校验的bit-1位置。
进一步地，步骤4的具体步骤如下：
步骤4-1，利用中国余数定理以每个接收端各自的私有解码密钥为除数、合并数据块为被除数计算得到对应的余数，
步骤4-2，检查余数对应掩码中末两位标注bit-1是否全为0；是则，判定为目标接收端，去除该扩展位恢复并获得目标接收端各自所需接收的原始数据；否则，判定为非目标接收端并舍弃合并数据。
本发明采用以上技术方案，有别于现有技术中基于"加密"的目的将一个数据分为多组分别用不同的密钥加密后合并为一数据发给一个接受者的技术手段；本发明基于"高效传输"的目的，将发往不同的接收端的多个数据分别用不同的密钥合并为一大数据块并一次性将合并的大数据块发给多个接收者,多个接收者使用自己那个密钥对合并数据块进行解译，以便目标接收端获取出给自己的那份数据，而非目标接收端则无法获取到对应的数据以直接丢弃合并数据块。本发明在网络中具有大量接收端时，在进行大量数据传输时有效提高了资源利用效率，并避免了数据传输延迟过大的问题。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种具有接收判定能力的数据合并传输系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明公开了一种具有接收判定能力的数据合并传输系统。本发明第一实施例的一通讯系统1的示意图。通讯系统1包含一发送端以及复数接收端。其中，发送端与一后端网络服务器之间具有一数据传输联机。另外，接收端A～E与发送端完成注册后，发送端先将私有解码密钥KA～KE以及相应的检查掩码FA～FE分别提供予接收端A～E，作为后续接收数据时的译码以及数据有效性判定的用途。其中，私有解码密钥KA～KE彼此具有全局唯一性。假定私有解码密钥的二进制位长为9、系统默认检查位长为2，检查掩码可为发送端在9-1＝8位bit-0内随机选取2位bit-1所生成，其格式为00000011，其中bit-0的位置代表有效数据位、bit-1的位置代表数据有效性检查位。下面就组件间的互动以进一步阐述。
首先，发送端的处理单元透过收发单元自后端网络服务器接收数据MA～MC，数据MA包含相应于接收端A的复数数据，数据MB包含相应于接收端B的复数数据，数据MC包含相应于接收端C的复数数据。接着，发送端的处理单元根据数据MA～MC以及接收端A～C的私有解码密钥KA～KC以及相应的检查掩码FA～FC，计算相应于数据M1～M3的合并数据块S。换言的，合并数据块S仅有需传送至接收端A、B及C的数据，而无传送至接收端D以及E的数据。
合并编码计算程序主要是利用中国余数定理(Chinese Remainder Theorem)完成。通讯系统的私有解码密钥KA～KE是具唯一性的质数。分别假定为257、263、269、271及277(9-bit解码密钥)。检查码FA～FC假定为二位，为方便举例假定各接收端都采用一样的检查掩码00000011。注意若采用不一样的检查掩码，则当掩码被妥善保全时，通信过程即有确保私密性的效果。发送端的处理单元透过收发单元自后端网络服务器接收相应于接收端A、B及C的复数数据M1、M2及M3，其值分别假定为6、41及60(6-bit数据)。特别说明被发送的数据值其二进制位加上检查位的长度，必须短于私有解码密钥的二进制位数长度。
首先发送端将原始数据M1、M2及M3经由检查掩码FA、FB及FC扩展为M1’、M2’及M3’，扩展方式为将原始数据位依序放置在检查掩码的bit-0位置，而检查掩码bit-1的位置补上0，扩展后的扩展数据M1’、M2’及M3’的值分别为24(000110→00011000)、164(101001→10100100)及240(111100→11110000)。随后，发送端利用中国余数定理，根据扩展数据M1’、M2’及M3’、接收端A、B及C的私有解码密钥KA、KB及KC，计算合并数据块S(中国余数定理解)。换言的，即推导出的合并数据块S需要满足以下条件：
S％KA＝M1’(即S％257＝24)
S％KB＝M2’(即S2％263＝164)
S％KC＝M3’(即S2％269＝240)
据此，发送端便可根据中国余数定理计算合并数据块S＝80742742，并将此合并数据块S同时传送(例如：以广播或群播的方式)至全体接收端A～E。
另一方面，接收端A～E接收到合并数据块S后，便可分别地根据其所拥有的私有解码密钥KA～KE，自合并数据块S中计算获得结果。其中，合并数据块S代表被除数，私有解码密钥KA～KE代表除数。此时参与接收端A～C分别获取到对应的扩展数据M1’～M3’，经由同计算检查扩展M1’掩码中标注bit-1的位置，若全部为0，同时该扩展数据也小于等于2^8(在所能表达有意义的数值范围内)，则去除该扩展位恢复并获得各自所需接收的原始数据M1～M3。对非参与接收端D而言，经由除法计算所获得的余数，经由同计算检查掩码中末两位标注bit-1的位置，其中有任一位被置1，或是扩展数据大于2^8(超过所能表达有意义的数值范围)，表示该接收端没有数据可以接收(Null)，因此，接收端D～E便可据以舍弃合并数据块S；对非参与接收端E而言，所获取的余数200，其最末两位检错位正巧全部为bit-0，此时会导致非参与接收端E误认为有数据可接收的状态，并获得一错误(乱码)的数据。这种假阳性状况可以由增加检验位数，来降低至合理可接受的发生概率以下。
须特别说明，校验位可置于任意位置,皆有一样的校验能力,无强制要求必须在末位,校验位愈多校验能力愈强(假阳性概率愈低),校验位的位置由掩码默认,例如一掩码为0001000101,原始数据为bit-0的位置共7位,校验位bit-1的位置共3位,当7位原始数据插入3位校验位后形成10位的扩展数据。校验位为k位时,无论原始数据长度为多少位,其假阳性概率皆为<1/(2^k)；假阳性概率系指一非目标接收端误判自身是一个目标接收端,因此收下一个错误数据的概率。
须特别说明，由于本发明所使用的私有解码密钥具有唯一性，因此，各接收端仅能撷取合并数据块中所对应私有解码密钥的数据。举例而言，由于接收端A仅具有私有向量KA，因此，接收端A仅得透过私有解码密钥KA自合并数据块S撷取数据MA，而无法撷取发送给其他接收者的数据。
另需特别强调，虽第一实施例中以五组接收端进行说明，然其并非用以限制接收端的数量。
需特别强调，实施例中，由于使用中国余数定理，因此，私有解码密钥除了是具有唯一性的质数，由于须考虑到除数(向量)与余数(扩展数据)的关系。据此，在向量设定时，公用向量数据须大于可能使用的对应关系向量数据的值，且私有解码密钥亦必须大于可能产生的相应数据的值，如此一来，方能在中国余数定理中符合除数与余数的关系。
另外，虽前述中国余数定理的余数是十进制的正整数，然本发明中数据的数据传送形态并不局限为十进制的正整数，换言的，本发明的数据于传送前可以转换为不同的数据型态(例如：二进制、八进制或十六进制)，并经由相应的转换方式再将数据转换为十进制的正整数。
本发明中传送的数据长度亦不受限于解码密钥的长度，当有大于解码密钥长度的数据欲传送时，可以赋予接收端足够数量的复数个解码密钥，接收端得依序使用该解码密钥并获取较长数据段(如字符串)的数据，并如前述检查方法会自动停止在该较长数据段的结尾处，换言的，得可接收任意长度的字符串传输。
再者，前述实施例中，中国余数定理的应用主要是用以例示本发明的操作方式，惟其并非用以限制本发明的实施态样，本领域技术人员应可透过前述内容轻易理解其他同样可达成本发明技术效果的实施方式，于此不再赘述。
本发明采用以上技术方案，有别于现有技术中基于"加密"的目的将一个数据分为多组分别用不同的密钥加密后合并为一数据发给一个接受者的技术手段；本发明基于"高效传输"的目的，将发往不同的接收端的多个数据分别用不同的密钥合并为一大数据块并一次性将合并的大数据块发给多个接收者,多个接收者使用自己那个密钥对合并数据块进行解译，以便目标接收端获取出给自己的那份数据，而非目标接收端则无法获取到对应的数据以直接丢弃合并数据块。本发明在网络中具有大量接收端时，在进行大量数据传输时有效提高了资源利用效率，并避免了数据传输延迟过大的问题。同时无须额外的时钟同步机制，即可保证复数个接收端间的自我时钟同步。此外，通信私密性也获得提高。
显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种具有接收判定能力的数据合并传输系统，用于大量数据传输通讯场合,其特征在于：系统包括发送端以及复数接收端，各接收端具有发送端提供的私有解码密钥以及相应的检查掩码，用于后续接收数据时译码以及数据有效性判定，且各私有解码密钥具有唯一性；发送端自后端网络服务器接收对应于复数接收端的复数数据，并根据复数数据以及复数接收端的复数私有解码密钥以及相应的检查掩码计算得到对应于复数数据的合并数据块，即发送端将待发送的不同接收端的原始数据分别经由各自对应的检查掩码扩展为各自的扩展数据，具体将原始数据位依序放置在对应的检查掩码的bit-0位置，并指定位数的检查掩码bit-1的位置补上0；发送端利用中国余数定理将扩展数据用各自对应的私有解码密钥加密计算得到合并数据块；发送端再将合并数据块传送至复数接收端；每个接收端利用中国余数定理将各自私有解码密钥与合并数据块进行解码校验计算；目标接收端解码得到对应的原始数据，非目标接收端解码校验不通过则丢弃所收到的合并数据；目标接收端利用私有解码密钥自合并数据块中撷取相应的复数数据，非目标接收端利用私有解码密钥无法从合并数据块中撷取到数据则丢弃合并数据块。
2.根据权利要求1所述的一种具有接收判定能力的数据合并传输系统，其特征在于：发送端具有一缓存区，缓存区用于保存发送端自后端网络服务器接收的待传送至多个不同接收端的复数数据。
3.一种具有接收判定能力的数据合并传输方法，采用权利要求1至2任一项所述的一种具有接收判定能力的数据合并传输系统，其特征在于：方法包括以下步骤：
步骤1，发送端自后端网络服务器接收的待传送至多个不同接收端的数据；
步骤2，利用中国余数定理发送端根据数据及接收端各自对应的私有解码密钥以及相应的检查掩码将待发送至多个不同接收端的数据分别加密计算得到一合并数据块；步骤2的具体步骤如下：
步骤2-1，发送端将待发送的不同接收端的原始数据分别经由各自对应的检查掩码扩展为各自的扩展数据；即将原始数据位依序放置在对应的检查掩码的bit-0位置，并指定位数的检查掩码bit-1的位置补上0；
步骤2-2，发送端利用中国余数定理将扩展数据用各自对应的私有解码密钥加密计算得到合并数据块S；
步骤3，发送端将合并数据块传送至所有的接收端；
步骤4，利用中国余数定理每个接收端将各自私有解码密钥以及相应的检查掩码与合并数据块进行解码校验计算；目标接收端解码校验通过则得到对应的原始数据，非目标接收端解码校验不通过则丢弃所收到的合并数据。
4.根据权利要求3所述的一种具有接收判定能力的数据合并传输方法，其特征在于：待传送至多个不同接收端的数据保存在缓存区中。
5.根据权利要求3所述的一种具有接收判定能力的数据合并传输方法，其特征在于：步骤2-1中指定检查掩码中至少任意两位为校验的bit-1位置。
6.根据权利要求3所述的一种具有接收判定能力的数据合并传输方法，其特征在于：步骤4的具体步骤如下：
步骤4-1，利用中国余数定理以每个接收端各自的私有解码密钥为除数、合并数据块为被除数计算得到对应的余数，
步骤4-2，检查余数对应掩码中被标注为bit-1的检错位是否全为0；是则，判定为目标接收端，去除扩展位恢复并获得目标接收端各自所需接收的原始数据；否则，判定为非目标接收端并舍弃合并数据。
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