一種基于Raptor碼的大文件傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Raptor碼的大文件傳輸方法。該方法針對大文件的傳輸特點(diǎn)，采用Raptor碼對傳輸文件進(jìn)行分塊處理和預(yù)編碼，并對頭部信息進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，采用八個(gè)字節(jié)的頭部信息即能支持最高100GB大小的文件傳輸。該方法采用動(dòng)態(tài)的傳輸冗余產(chǎn)生機(jī)制，根據(jù)信道變化進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。本發(fā)明的方法解決了大文件傳輸在雙向反饋信道中受信道延遲和信道丟包率的影響，提高了大文件的傳輸穩(wěn)定性和傳輸效率。
【專利說明】一種基于Raptor碼的大文件傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通信【技術(shù)領(lǐng)域】的大文件傳輸方法，特別涉及一種基于Raptor碼 的大文件傳輸方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 文件作為人們存儲(chǔ)和交換數(shù)據(jù)的基本形式，隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)生了 幾個(gè)重要變化，在內(nèi)容上由文本、圖片向音視頻轉(zhuǎn)變，在質(zhì)量上由低分辨率向高分辨率轉(zhuǎn) 變，在容量上由小文件向大文件轉(zhuǎn)變，由此帶來的結(jié)果是高清圖片、視音頻等大容量文件的 交換需求日益增長。與小文件傳輸不同的是，大文件（一般指容量在1GB以上的文件）傳 輸受到信道錯(cuò)誤干擾的機(jī)率大幅增加，且由于傳輸?shù)却龝r(shí)間較長，對于傳輸效率要求較高， 因此，如何兼顧傳輸效率和傳輸可靠性，是大文件傳輸必須要解決的問題。
[0003] 大文件所涉及的傳輸信道從傳輸媒質(zhì)上可以分為有線信道（互聯(lián)網(wǎng)、專線等）和 無線信道（衛(wèi)星、地面無線傳輸?shù)龋?，從傳輸端點(diǎn)數(shù)量上可以分為點(diǎn)對點(diǎn)傳輸和點(diǎn)對多點(diǎn)傳 輸，從傳輸方向上可以分為單向傳輸和雙向傳輸。傳統(tǒng)的文件傳輸在互聯(lián)網(wǎng)上米用TCP協(xié) 議進(jìn)行傳輸，從而保證傳輸可靠性，但由于受傳輸延遲和丟包率等條件影響，在大文件傳輸 時(shí)容易出現(xiàn)傳輸不穩(wěn)定的情況，傳輸效率較低。在衛(wèi)星、地面無線等廣播單向傳輸中，通常 采用重復(fù)發(fā)送的方式進(jìn)行傳輸可靠性保證，對每個(gè)文件發(fā)送至少2遍以上，傳輸速率穩(wěn)定 但傳輸效率低下，尤其在點(diǎn)對多點(diǎn)的廣播模式中，由于各接收節(jié)點(diǎn)丟失數(shù)據(jù)包的情況不同， 無法滿足不同信道質(zhì)量下的傳輸差異化需求。
[0004] Raptor碼是由Shokrollahi等人開發(fā)出的一種數(shù)字噴泉碼，相對于傳統(tǒng)的前向 糾錯(cuò)編碼，具有無碼率的特性，即可以從固定長度的原始數(shù)據(jù)符號中編碼產(chǎn)生出任意長度 的信道符號，實(shí)現(xiàn)傳輸冗余的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，經(jīng)過優(yōu)化處理，可以獲取接近于信道容量的傳輸效 率。目前，Raptor碼主要用于無線傳輸系統(tǒng)中少量數(shù)據(jù)的組播應(yīng)用，已經(jīng)被納入了 3GPP等 標(biāo)準(zhǔn)中，作為數(shù)據(jù)組播業(yè)務(wù)的前向糾錯(cuò)碼。
[0005] 在大文件傳輸中引入Raptor碼，能夠有效地提高傳輸效率，但Raptor碼最初的設(shè) 計(jì)只是針對于小文件（一般不超過10MB，如無線數(shù)據(jù)組播業(yè)務(wù)中的圖片文件等），對于大文 件傳輸缺乏很好的支持，因而需要對編碼算法進(jìn)行相應(yīng)的修改和優(yōu)化，采用合適的傳輸控 制策略，以提高大文件傳輸時(shí)的傳輸可靠性和傳輸效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的大文件傳輸方法傳輸效率的不足，提出了一種高效的、基于 Raptor碼的大文件傳輸方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
[0008] 本發(fā)明的一種基于Raptor碼的大文件傳輸方法包括以下步驟：
[0009] 第一步，根據(jù)傳輸信道特征，設(shè)定初始的傳輸冗余度值。
[0010] 第二步，發(fā)送端根據(jù)數(shù)據(jù)包長度參數(shù)T，計(jì)算文件的分塊數(shù)，并對文件進(jìn)行分塊處 理，對于不夠整塊長度的數(shù)據(jù)塊在尾部進(jìn)行填零補(bǔ)充。
[0011] 第三步，發(fā)送端讀取一個(gè)分塊的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行Raptor碼編碼處理，同時(shí)依次按 包讀取原始數(shù)據(jù)，并填充頭部信息，然后進(jìn)行發(fā)送。
[0012] 第四步，在每個(gè)分塊的原始數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，繼續(xù)發(fā)送該分塊編碼產(chǎn)生的冗余數(shù) 據(jù)包。
[0013] 第五步，接收端在接收到每個(gè)分塊的全部數(shù)據(jù)（包括原始數(shù)據(jù)包和冗余數(shù)據(jù)包） 后，進(jìn)行Raptor碼解碼處理，對于有反饋信道，接收端將接收到的分塊數(shù)據(jù)包總數(shù)反饋至 狀態(tài)監(jiān)測端。
[0014] 第六步，對于有反饋信道，狀態(tài)監(jiān)測端收集各接收節(jié)點(diǎn)（一點(diǎn)或多點(diǎn)）的回傳信 息，進(jìn)行綜合處理，向發(fā)送端反饋冗余調(diào)整值。
[0015] 第七步，發(fā)送端在每個(gè)分塊發(fā)送完畢之后，檢查由狀態(tài)監(jiān)測端反饋的冗余調(diào)整值， 進(jìn)行傳輸冗余度參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，在新的塊傳輸時(shí)采用新的傳輸冗余參數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的 冗余數(shù)據(jù)包。
[0016] 第八步，發(fā)送端發(fā)送完文件的所有分塊后，檢查整個(gè)文件的傳輸完整性，若傳輸成 功則進(jìn)行下一文件的傳輸。
[0017] 經(jīng)過上述八個(gè)步驟即完成了基于Raptor碼的大文件傳輸方法的一次傳輸過程。
[0018] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：
[0019] 1、本發(fā)明通過在大文件傳輸中引入Raptor碼，在雙向有反饋信道中將信道延遲 和信道丟包率對傳輸效率的影響降到最低，提高了遠(yuǎn)距離傳輸和跨網(wǎng)傳輸條件下的大文件 傳輸穩(wěn)定性。
[0020] 2、本發(fā)明通過引入狀態(tài)監(jiān)測端對接收質(zhì)量進(jìn)行評估，實(shí)現(xiàn)了傳輸冗余度的動(dòng)態(tài)優(yōu) 化配置，提高了大文件傳輸?shù)膫鬏斝省?br> [0021] 3、本發(fā)明通過加入了文件的分塊處理，支持最大容量為100GB的大文件傳輸，同 時(shí)通過對數(shù)據(jù)包頭部信息的優(yōu)化調(diào)整，降低頭部開銷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明中各傳輸節(jié)點(diǎn)的連接示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明中傳輸過程的原理框圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明中信道傳輸數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明中狀態(tài)監(jiān)測端冗余調(diào)整值產(chǎn)生過程的流程圖；

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不以任何形式限制本 發(fā)明?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下進(jìn)行若 干變形和改進(jìn)所獲得的其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027] 圖1為本發(fā)明中涉及的各傳輸節(jié)點(diǎn)的連接情況示意圖，其中發(fā)送端向一個(gè)或多個(gè) 接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單向傳輸，在衛(wèi)星傳輸和地面無線傳輸中采用廣播方式進(jìn)行傳輸，在互聯(lián)網(wǎng) 中則采用UDP協(xié)議進(jìn)行組播或單播傳輸，需要說明的是，在其他雙向信道中，即使存在接收 端到發(fā)送端的回傳信道，也應(yīng)避免采用如TCP協(xié)議的可靠連接方式，而只應(yīng)采用單向傳輸 的方式。在有反饋信道的接收端中，每個(gè)接收端通過反饋信道與狀態(tài)監(jiān)測端進(jìn)行可靠連接， 同時(shí)，狀態(tài)監(jiān)測端與發(fā)送端也需要建立可靠連接。
[0028] 在完成如圖1的連接方式后，本實(shí)施例通過圖2所示的傳輸過程完成大文件傳 輸。在傳輸過程開始前，首先對傳輸參數(shù)進(jìn)行初始化配置，包括數(shù)據(jù)包凈荷長度T和傳 輸冗余度參數(shù)等。其中傳輸冗余度參數(shù)的選取主要依據(jù)傳輸信道已知的平均丟包率P， 設(shè)傳輸冗余度參數(shù)為d，則d的初始化取值

【權(quán)利要求】
1. 一種基于Raptor碼的大文件傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步，根據(jù)傳輸信道特征，設(shè)定初始的傳輸冗余度值。 第二步，發(fā)送端根據(jù)數(shù)據(jù)包長度參數(shù)T，計(jì)算文件的分塊數(shù)，并對文件進(jìn)行分塊處理，對 于不夠整塊長度的數(shù)據(jù)塊在尾部進(jìn)行填零補(bǔ)充。 第三步，發(fā)送端讀取一個(gè)分塊的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行Raptor碼編碼處理，同時(shí)依次按包讀 取原始數(shù)據(jù)，并填充頭部信息，然后進(jìn)行發(fā)送。 第四步，在每個(gè)分塊的原始數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，繼續(xù)發(fā)送該分塊編碼產(chǎn)生的冗余數(shù)據(jù)包。 第五步，接收端在接收到每個(gè)分塊的全部數(shù)據(jù)（包括原始數(shù)據(jù)包和冗余數(shù)據(jù)包）后，進(jìn) 行Raptor碼解碼處理，對于有反饋信道，接收端將接收到的分塊數(shù)據(jù)包總數(shù)反饋至狀態(tài)監(jiān) 測端。 第六步，對于有反饋信道，狀態(tài)監(jiān)測端收集各接收節(jié)點(diǎn)（一點(diǎn)或多點(diǎn)）的回傳信息，進(jìn) 行綜合處理，向發(fā)送端反饋冗余調(diào)整值。 第七步，發(fā)送端在每個(gè)分塊發(fā)送完畢之后，檢查由狀態(tài)監(jiān)測端反饋的冗余調(diào)整值，進(jìn)行 傳輸冗余度參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，在新的塊傳輸時(shí)采用新的傳輸冗余參數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的冗余 數(shù)據(jù)包。 第八步，發(fā)送端發(fā)送完文件的所有分塊后，檢查整個(gè)文件的傳輸完整性，若傳輸成功則 進(jìn)行下一文件的傳輸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Raptor碼的大文件傳輸方法，其特征在于，采用8個(gè)字 節(jié)的數(shù)據(jù)包頭部，其中2字節(jié)為文件號，2字節(jié)為分塊數(shù)，2字節(jié)為分塊號，2字節(jié)為包號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Raptor碼的大文件傳輸方法，其特征在于，采用動(dòng)態(tài)的 傳輸冗余度參數(shù)調(diào)整，由狀態(tài)監(jiān)測端采集接收節(jié)點(diǎn)信息，并計(jì)算出冗余調(diào)整值反饋至發(fā)送 端，冗余度調(diào)整值的計(jì)算過程如下： 第一步，計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)的最大丟包數(shù)和平均丟包數(shù)，并求出最大丟包數(shù)與平均丟包數(shù) 的比例值； 第二步，將計(jì)算出的比例值與預(yù)先設(shè)定的異常比例值進(jìn)行比較，若小于異常比例值則 選擇最大丟包數(shù)作為冗余度調(diào)整基數(shù)，若超過異常比例值則選擇平均丟包數(shù)作為冗余度調(diào) 整基數(shù)； 第三步，根據(jù)發(fā)送端發(fā)包數(shù)量和冗余度調(diào)整基數(shù)來計(jì)算冗余調(diào)整的比例，生成冗余調(diào) 整值。
【文檔編號】H04L1/12GK104104727SQ201410353459
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】王非非, 王劍, 沈向輝, 徐偉掌, 楊占昕 申請人:中國傳媒大學(xué)