基于噴泉碼的短波通信雙向傳輸方式的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于噴泉碼的短波通信雙向傳輸方式，其為一種短波無線通信數據傳輸方式，特別是針對無線傳輸信道不穩(wěn)定，傳輸不可靠的情況制定的一種傳輸方式，屬于短波電臺無線通信系統(tǒng)、數據編解碼等相關技術領域?；趪娙a的短波通信系統(tǒng)由中控模塊、通信協議處理模塊和數據鏈路處理模塊組成。其中通信協議處理模塊有編解碼單元、組幀單元和調速單元組成。利用噴泉碼的碼率無關性和其大規(guī)模數據分發(fā)和可靠廣播的應用特點結合收方狀態(tài)回饋進行自適應變速和加減單次發(fā)送量能夠極大提高發(fā)送效率。
【專利說明】
基于噴泉碼的短波通信雙向傳輸方式
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種短波無線通信數據傳輸方式，特別是針對無線傳輸信道不穩(wěn)定， 傳輸不可靠的情況制定的一種傳輸方式，屬于短波電臺無線通信系統(tǒng)、數據編解碼等相關技術領域。【背景技術】
[0002]短波是指波長在100m?10m之間，頻率在3MHz?30MHz的電磁波。短波通信是借助短波實現的一種通信方式。短波通信通過發(fā)射電波經電離層的反射到達接收設備，可以實現較遠距離的無線通信，是遠程通信的主要手段。盡管新的無線通信方式不斷涌現，但短波通信這一種古老而又傳統(tǒng)的通信方式依靠其天然的優(yōu)勢不僅沒有被淘汰，反而仍然受到全世界的普遍重視，在不斷的快速更新發(fā)展。因為它有著其它通信系統(tǒng)不具備的優(yōu)點。首先， 短波是唯一不受網絡樞鈕和有源中繼體制約的遠程通信手段，如果發(fā)生戰(zhàn)爭或災害，各種通信系統(tǒng)都可能受到破壞或者攻擊，包括手機基站、電話線路、衛(wèi)星系統(tǒng)等，一旦中繼系統(tǒng)受到破壞，直接影響整個區(qū)域的無線網絡通信，造成不可預估的損失。無論哪種通信方式， 其抗毀能力和自主通信能力都與短波無法媲美。其次，在山區(qū)、戈壁、海洋等地區(qū)，中繼基站覆蓋不到，主要依靠短波與衛(wèi)星實現遠距離通信，短波與衛(wèi)星通信相比，不用支付服務費用，運行成本低。由于短波的通信距離遠，設備攜帶方便，使其成為主要的軍事通信方式。短波通信中多采用點播和廣播的形式，適合多種應用場景，有較高的實用價值，比如上級對下級各部門下發(fā)文件，信息采集回傳或是災情或戰(zhàn)事匯報以及指揮戰(zhàn)場等都體現了短波通信的重要用途。
[0003]由于短波通信是無線通信，傳輸的可靠性尤其重要的。短波通信發(fā)射電波要經電離層的反射才能到達接收設備，但電離層的高度和密度容易受晝夜、季節(jié)、氣候等因素的影響，面對這種現象前人提出了很多方案，比如自適應技術、猝發(fā)傳輸技術、數字信號處理技術、差錯控制技術、擴頻技術等。但除此之外從短波數據的編解碼和傳輸方式方面也可以很大程度的提高傳輸效率，避免資源浪費。一直以來為了完整傳輸文件都是采用編碼后多次重發(fā)的方式來保證對端可以收到文件完整內容，但這樣傳輸時間長，效率低，很難快速的收發(fā)文件。而且收發(fā)雙方對文件傳輸具體狀況都很難把握，所以一種快速、可靠的傳輸方式極為重要。
【發(fā)明內容】

[0004]基于現存在的發(fā)送效率低和發(fā)送狀態(tài)難以把握的問題，本發(fā)明提出一種基于噴泉碼編碼與自適應跳頻的雙向數據傳輸方法，在短波窄帶內300bit/s到2.4kbit/s自適應傳輸。利用噴泉碼的碼率無關性和其大規(guī)模數據分發(fā)和可靠廣播的應用特點結合收方狀態(tài)回饋進行自適應變速和加減單次發(fā)送量能夠極大提高發(fā)送效率。
[0005]所謂噴泉碼，是指這種編碼的發(fā)送端隨機編碼，由k個原始分組生成任意數量的編碼分組，源節(jié)點在不知道這些數據包是否被成功接收的情況下，持續(xù)發(fā)送數據包。而接收端只要收到k(l+e)個編碼分組的任意子集，即收到一個稍微大于原來k值得N，就可通過譯碼以高概率(和e有關)成功地恢復全部原始分組。
[0006]基于噴泉碼的短波通信系統(tǒng)由中控模塊、通信協議處理模塊和數據鏈路處理模塊組成。其中通信協議處理模塊有編解碼單元、組幀單元和調速單元組成。
[0007]雙向傳輸方法具體如下:
[0008]步驟一:中控模塊讀入一個文件，將文件進行分塊處理，小于一塊按照一塊來處理。將一塊數據發(fā)給通信協議處理模塊
[0009]步驟二:通信協議處理模塊將接收到的塊數據按照規(guī)定大小分包，求出總包數N = D/S，D為塊數據的大小，S為每包的數據量。
[0010]步驟三:確定首次發(fā)送的數據包數，對這些數據包進行一定冗余的噴泉編碼。
[0011]步驟四:對每包數據加入校驗位和包信息，包信息包括發(fā)送端ID、接收方ID、塊ID、 包總數和當前包號組成一幀數據。
[0012]步驟五:將一幀數據給數據鏈路處理模塊，數據鏈路處理模塊將收到的一幀數據按照窄帶電臺的數據格式發(fā)送給發(fā)送端窄帶電臺，由電臺將數據以短波方式發(fā)射出去。
[0013]步驟六:接收端窄帶電臺收到數據后，通過校驗位得到每幀數據是否正確，本次接收完成后統(tǒng)計包正確率和接收信噪比組成勤務信息。
[0014]步驟七:接收端電臺將勤務信息數據包發(fā)送給發(fā)端窄帶電臺。
[0015]步驟八:發(fā)端窄帶電臺收到勤務信息后，對勤務信息解碼獲得上次發(fā)送的包正確率和信噪比，作為參數給通信協議處理模塊通信協議處理模塊的調速單元。
[0016]步驟九:調速單元根據上次的包正確率和信噪比計算出下次發(fā)送的包數和發(fā)送速率。
[0017]步驟十:重復步驟四到步驟九，直到收端窄帶電臺收到足夠的數據包可以進行噴泉碼譯碼。
[0018]步驟十一:接收端通信協議處理模塊進行噴泉譯碼，恢復所傳數據信息。
[0019]步驟十二:譯碼成功則再次發(fā)送勤務信息給發(fā)端電臺，通知發(fā)送端本塊數據發(fā)送完成。
[0020]步驟十三:發(fā)送端解析出塊數據發(fā)送完成的勤務信息后，中控模塊將下一塊數據發(fā)給通信協議處理模塊。重復步驟二到步驟十三，直到所有數據塊發(fā)送完成。
[0021]步驟十四:發(fā)送端電臺收到發(fā)送完成的勤務時立即停止發(fā)送，如果超時沒有收到完成勤務，則發(fā)送端電臺重復發(fā)送三次后自動復原。
[0022]與現有技術相比，本發(fā)明具有下有益效果。
[0023]本專利提出的基于噴泉碼的雙向傳輸方式相比原來單使用噴泉碼或是其他雙向傳輸方式是一種新的方式，將噴泉碼編碼的隨意性和雙向通信的互通性相結合，能更好適用于信道相對不穩(wěn)定的短波傳輸過程中，本文提出的調速方案能夠很好的結合短波帶寬情況，針對短波信道情況最大可能的傳輸數據，能夠在信道良好的情況下，持續(xù)高速傳輸，信道質量差的情況下低速反復傳輸，盡可能達到最高的信道利用率?！靖綀D說明】[〇〇24] 圖1硬件連接圖
[0025]圖2軟件結構圖 [〇〇26] 圖3中控模塊分塊處理 [〇〇27]圖4雙向發(fā)送流程圖
[0028]圖5雙向接收流程圖
[0029] 圖6速率調整流程圖
[0030]具體實施方法
[0031]為了使本發(fā)明的內容被清楚的理解，下面根據具體實例并結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0032]本發(fā)明的硬件連接方式如圖1所示，電腦通過串口服務器與窄帶電臺連接;程序運行在PC端，通過串口服務器給窄帶電臺。[〇〇33] PC端的程序結構如圖2所示，中控模塊負責對整個系統(tǒng)的控制，文件讀入和文件分塊處理如圖3所示，64K為一塊，不足一塊作為一塊處理;文件塊格式如下所示:
[0034]傳輸塊ID;文件ID;文件名長度;文件名；文件大小;文件塊序列號;文件塊長度;文件數據
[0035]模塊之間用套接字進行通信，通信協議格式如下所示:
[0036]AA55;數據長度;接收ID;發(fā)送ID;傳輸類型;結構；[〇〇37]結構分為數據、指令、狀態(tài)；
[0038]數據格式為:數據名稱;數據長度;數據；[〇〇39]指令格式為:指令名稱;指令長度;指令；
[0040]狀態(tài)格式為:狀態(tài)名稱;狀態(tài)長度;狀態(tài)；[0041 ]通信協議處理模塊負責將文件打包組幀，幀結構如下所示:[〇〇42]接收方ID;發(fā)送方ID;塊ID;總包數；當前包號;數據；
[0043]文件分塊后，確定首次發(fā)送的包數，然后進行噴泉編碼，每幀數據編碼前為109字節(jié)，編碼后113字節(jié)編碼完成后開始發(fā)送，發(fā)送的流程圖如圖4所示，按最低速率發(fā)送，首次發(fā)送時長為30秒的數據包，等待收端返回的勤務數據信息。[〇〇44]接收流程如圖5所示，接收端首次接收完成后將本次接收的情況進行統(tǒng)計然后發(fā)送勤務數據給發(fā)送端，勤務數據的結構如下所示，其中參數為接收信噪比:[〇〇45]接收方ID;發(fā)送方ID;勤務類型;勤務流水號;總包數;收到的包數;參數
[0046]發(fā)端收到勤務數據后根據接收的包正確率和信噪比確定下次發(fā)送的速率和包數， 調速方案如圖6所示。包正確率高于80%升速，低于50%降速，如果速率不變信噪比高于17 分貝則發(fā)送時長擴大三倍。然后繼續(xù)發(fā)送直到整個文件發(fā)送完成為止。
【主權項】
1.基于噴泉碼的短波通信雙向傳輸方式，其特征在于:利用噴泉碼的碼率無關性和其 大規(guī)模數據分發(fā)和可靠廣播的應用特點結合收方狀態(tài)回饋進行自適應變速和加減單次發(fā) 送量能夠極大提高發(fā)送效率；所謂噴泉碼，是指這種編碼的發(fā)送端隨機編碼，由k個原始分組生成任意數量的編碼分 組，源節(jié)點在不知道這些數據包是否被成功接收的情況下，持續(xù)發(fā)送數據包;而接收端只要 收到k(l+e)個編碼分組的任意子集，即收到一個稍微大于原來k值得N，就通過譯碼以高概 率(和e有關)成功地恢復全部原始分組；基于噴泉碼的短波通信系統(tǒng)由中控模塊、通信協議處理模塊和數據鏈路處理模塊組 成;其中通信協議處理模塊有編解碼單元、組幀單元和調速單元組成；雙向傳輸方法具體如下:步驟一:中控模塊讀入一個文件，將文件進行分塊處理，小于一塊按照一塊來處理;將 一塊數據發(fā)給通信協議處理模塊步驟二:通信協議處理模塊將接收到的塊數據按照規(guī)定大小分包，求出總包數N=D/S， D為塊數據的大小，S為每包的數據量；步驟三:確定首次發(fā)送的數據包數，對這些數據包進行一定冗余的噴泉編碼；步驟四:對每包數據加入校驗位和包信息，包信息包括發(fā)送端ID、接收方ID、塊ID、包總 數和當前包號組成一幀數據；步驟五:將一幀數據給數據鏈路處理模塊，數據鏈路處理模塊將收到的一幀數據按照 窄帶電臺的數據格式發(fā)送給發(fā)送端窄帶電臺，由電臺將數據以短波方式發(fā)射出去；步驟六:接收端窄帶電臺收到數據后，通過校驗位得到每幀數據是否正確，本次接收完 成后統(tǒng)計包正確率和接收信噪比組成勤務信息；步驟七:接收端電臺將勤務信息數據包發(fā)送給發(fā)端窄帶電臺；步驟八:發(fā)端窄帶電臺收到勤務信息后，對勤務信息解碼獲得上次發(fā)送的包正確率和 信噪比，作為參數給通信協議處理模塊通信協議處理模塊的調速單元；步驟九:調速單元根據上次的包正確率和信噪比計算出下次發(fā)送的包數和發(fā)送速率； 步驟十:重復步驟四到步驟九，直到收端窄帶電臺收到足夠的數據包可以進行噴泉碼 譯碼；步驟十一:接收端通信協議處理模塊進行噴泉譯碼，恢復所傳數據信息；步驟十二:譯碼成功則再次發(fā)送勤務信息給發(fā)端電臺，通知發(fā)送端本塊數據發(fā)送完成； 步驟十三:發(fā)送端解析出塊數據發(fā)送完成的勤務信息后，中控模塊將下一塊數據發(fā)給 通信協議處理模塊;重復步驟二到步驟十三，直到所有數據塊發(fā)送完成；步驟十四:發(fā)送端電臺收到發(fā)送完成的勤務時立即停止發(fā)送，如果超時沒有收到完成 勤務，則發(fā)送端電臺重復發(fā)送三次后自動復原。2.根據權利要求1所述的基于噴泉碼的短波通信雙向傳輸方式，其特征在于:本傳輸方 式的硬件中，電腦通過串口服務器與窄帶電臺連接;程序運行在電腦端，通過串口服務器給 窄帶電臺；電腦端的程序結構中，中控模塊負責對整個系統(tǒng)的控制，文件讀入和文件分塊處理， 64K為一塊，不足一塊作為一塊處理;文件塊格式如下所不:傳輸塊ID;文件ID;文件名長度;文件名；文件大小;文件塊序列號;文件塊長度;文件數據模塊之間用套接字進行通信，通信協議格式如下所示:AA55;數據長度;接收ID;發(fā)送ID;傳輸類型;結構；結構分為數據、指令、狀態(tài)；數據格式為:數據名稱;數據長度;數據；指令格式為:指令名稱;指令長度;指令；狀態(tài)格式為:狀態(tài)名稱;狀態(tài)長度;狀態(tài)；通信協議處理模塊負責將文件打包組幀，幀結構如下所示:接收方ID;發(fā)送方ID;塊ID;總包數；當前包號;數據；文件分塊后，確定首次發(fā)送的包數，然后進行噴泉編碼，每幀數據編碼前為109字節(jié)，編 碼后113字節(jié)編碼完成后開始發(fā)送，按最低速率發(fā)送，首次發(fā)送時長為30秒的數據包，等待 收端返回的勤務數據信息；接收端首次接收完成后將本次接收的情況進行統(tǒng)計然后發(fā)送勤務數據給發(fā)送端，勤務 數據的結構如下所示，其中參數為接收信噪比:接收方ID;發(fā)送方ID;勤務類型;勤務流水號;總包數;收到的包數;參數；發(fā)端收到勤務數據后根據接收的包正確率和信噪比確定下次發(fā)送的速率和包數，包正 確率高于80 %升速，低于50 %降速，如果速率不變信噪比高于17分貝則發(fā)送時長擴大三倍； 然后繼續(xù)發(fā)送直到整個文件發(fā)送完成為止。
【文檔編號】H04L1/00GK105959085SQ201610500094
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】趙德群, 陳鵬宇, 孫光民, 楊起
【申請人】北京工業(yè)大學