多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧的製作方法
2023-06-11 00:43:01 2
專利名稱：多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧的製作方法
技術領域：
本發明涉及網絡技術領域，尤其涉及的是一種多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧。
背景技術：
隨著視頻編碼技術的發展，網絡體系的完善以及計算技術的增強，數字多媒體業務尤其是視頻業務已經逐漸走進了人們的日常生活，例如可視電話，網絡聊天，移動視頻會議，無線及Internet視頻流高畫質電視廣播等。其中，無線網絡已經在視頻應用領域中佔據了越來越重要的地位，並且出現了對無線多跳網絡的應用需求，與傳統的視頻傳輸系統 (如地面，海底電纜，衛星電視等)相比，無線網絡視頻通信的主要特點是帶寬實時變化以及相對較高(與點對點通信相比)的丟包率。由於無線網路帶寬的實時變化會造成接收端質量變化，並且無線網絡視頻通信允許各接入點根據自身的能力以不同的「Qos」 (Quality of Service)要求接收(從解析度低，功率受限的行動電話，到具有高清晰度顯示的PC)，使得將來的多媒體業務的發展趨勢成為要求相同的信源內容能夠編碼出具有不同解析度、幀率以及碼率的多個碼流來滿足不同的需求。同時，無線網絡中存在的相對較高的丟包率，會對視頻碼流的解碼和重建造成很大的影響。如果丟包發生在視頻流的重要信息位置(如視頻頭，參數描述部分等)，甚至會導致接收端無法解碼。由於無線多跳網路存在錯誤累積、時延敏感的特點，上述情況帶來的不良影響在無線多跳網絡中體現更為明顯。因此，需要設計出有效、魯棒的無線多跳流媒體傳輸系統，解決或改善上述無線網絡視頻通信的特點帶來的問題。
對於無線網絡中由於信道不可靠傳輸造成的丟包或誤碼，一般採用的差錯控制方法主要有三類，分別是自動請求重發(ARQ)，前向糾錯(FEC)和混合ARQ(HARQ)，其中HARQ 是ARQ和FEC方法的綜合。在ARQ方式中，接收端發現差錯就設法通知發送端重發，直到收到正確的碼字為止。而在FEC方式中，接收端不但能發現差錯，而且能確定碼元發生錯誤的位置，從而加以糾正。由於FEC能自動實現糾錯，不要求檢錯重發，因而延時小、實時性好， 在高速及超高速系統中得到應用。在網絡糾錯中，傳統的TCP/IP協議採用了反饋重傳的差錯控制機制，其中的消息延遲和消息的傳輸速率都會隨重傳頻度的變化而變化。在高誤碼率的情況下，數據重傳頻率提升明顯，不但限制了數據傳輸效率，而且網絡時延會明顯加大。另一方面，基於幀的數據傳輸常常採用CRC校驗方式進行檢錯，發生錯誤時請求重傳整個數據巾貞，為了避免由於個別錯誤導致整個數據巾貞重傳，Sunil Shukla和Neil ff. Bergmann 提出了適用於高速數據傳輸的可以糾正單個比特錯誤的基於FPGA的CRC-16的實現方案[I]。Shahram Babaie等人在此基礎上提出了可糾正雙比特錯誤的CRC糾錯方案[2]。
對於無線網絡通信中鏈路的突發誤碼和隨機誤碼並存的混合錯誤的差錯控制，近年來研究較多的性能較好的糾錯碼是Turbo碼和LDPC碼。在能夠得到信號軟信息的條件下(如在物理層)，這兩種碼字都具有接近香農(Shannon)限的糾錯能力。Chungz在文獻[3]中構造的不規則LDPC碼，採用置信度傳播軟解碼算法可以達到距離香農限僅O. 0045dB的誤碼性能。然而在二元對稱信道上(如物理層以上)，由於無法得到信號的軟信息，Turbo 碼和LDPC糾錯性能下降很大[4]。在數字糾錯中，已經被證明具有良好糾錯能力的Goppa 碼類中的BCH碼及RS碼等仍然是工程應用中最常採用的碼字，如DVD的中糾錯方案就在行方向上採用了 RS(182，172)碼，列方向上採用了 RS(208，192)碼進行差錯控制。
二元對稱信道上另一種正在廣泛應用的數字差錯控制方法是採用網絡糾刪碼，接收端下層解碼後檢測並丟棄含有錯誤的數據塊，在上層採用前向糾刪碼進行刪除差錯控制。上層信道模型可以等價為二元刪除信道，由於刪除信道下認為接收到的數據是完全正確的，並且已知刪除的位置，因此糾刪碼的編碼效率比較高。Raptor糾刪碼是2004年由 ShokroHahi提出的迄今為止最有效的一類數字噴泉碼[5]，但是當數據包數目較大(約幾千)時,Raptor碼才具有良好的性能。Nonnenmacher等人研究了基於RS碼的糾刪碼,並且這種碼具有最大距離可分(MDS)特性。
現有的TCP/IP協議棧如圖I中的A部分所不，圖I中的A部分和B部分是相同的， 為了說明問題做成兩部分。如果兩臺設備A和B需要通過網絡傳輸數據，那麼數據的傳輸就要用到現有的TCP/IP協議棧，比如A發B收，發送端數據首先經過應用層處理，然後依次經過運輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層處理，最後才在網絡鏈路中傳輸；接收端進行和發送端相反的處理，通過網絡鏈路接受的數據首先經過物理層，然後依次經過數據鏈路層、網絡層、運輸層、應用層處理才完成數據的傳輸。
其中在層與層之間的處理過程如下發送端運輸層對數據的處理要用到TCP協議，在應用層的數據包前添加TCP報頭(報頭格式見圖4)，然後交給網絡層，在其基礎上再添加IP報頭(報頭格式見圖3)，網絡層對數據的處理要用到IP協議，網絡層處理後的數據格式見圖2，之後再交由數據鏈路層；接收端進行相反的處理，網絡層對接收到的數據去掉 IP報頭，運輸層對接收的數據去掉TCP報頭，然後把數據交給應用層。
I)現有的TCP/IP協議棧中TCP報頭和IP報頭共佔至少40個字節，在低時延短幀條件下的報頭冗餘開銷過大，並且報頭越長出錯的概率就越大；
2) 一旦IP報頭出錯，IP報頭中的16位校驗和就能檢測到，這樣會導致丟包，丟包之後就會導致重傳，一旦TCP報頭出錯，TCP報頭中的16位校驗和檢測到後也會導致重傳， 重傳就會增加傳輸時延；
3)現有的TCP/IP協議棧數據鏈路層以上各層中，數據任何錯誤都將導致整個數據報被丟棄，因此少量錯誤也會引起大量有效數據被丟棄，從而造成資源的浪費。
以上三個缺點在信道環境惡劣的無線信道中體現的更加明顯。
對於突發錯誤為主的錯誤類型，工程上常用的糾錯碼字為RS碼，256階伽羅華域上的RS碼恰好可以以字節為單位進行處理，交織後的RS碼能夠抵抗較長的突發錯誤，具體方法是在行方向進行RS編碼，在列方向上進行交織，解碼時首先解交織，然後進行RS解碼。 然而，這種方法具有如下缺點
I)對隨機錯誤的糾錯效果非常差；
2)不能充分利用RS碼字的解碼能力，因為如果能獲得RS碼字中錯誤位置，糾錯能力將增加一倍。
參考文獻
[I]. Sunil Shukla, NeiI W. Bergmann,「Single Bit Error CorrectionImplementation in CRC_16on FPGA，」ICFPT2004，2004，pp.319-322.
[2]. Shahram Babaie，Ahrmad Khadem Zadeh, Seyed Hasan Es-hagi，Nima Jafari Navimipour，「Double Bits Error Correction Using CRC Method，，，2009Fifth International Conference on Semantics，Knowledge and Grid，2009，pp. 254—257.
[3]. Chung SY, Fomey G D，Richardson T J，et al. On the design of low-density parity-check codes withinO. 0045dB ofthe Shannon limit[J]. IEEE Communications Letters，2001，5(2) :58-60.
[4]. Qin Huang, Jingyu Kang, Li Zhang, et al. 「Two Reliability-Based Iterative Majority-Logic Decoding Algorithmsfor LDPC Codes」， IEEE Transactions on communications, Vol. 57，No. 12，DECEMBER2009，pp. 3597-3606.
[5] · SH0KR0LLAHI，「Raptor odes」，IEEE Trans. Inform. Theory, 2006, 52 (6) 2551-2567.發明內容
本發明的發明目的為針對現有技術的不足提供一種適合於流媒體信息在無線多跳網絡中傳輸的協議棧，能夠滿足流媒體信息在無線多跳網絡中低時延、低誤碼率傳輸。
本發明的技術方案如下
一種多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，在現有的TCP/IP協議棧中增加了包控制層和差錯控制層；發送時應用層提供數據給差錯控制層，差錯控制層對數據進行糾錯糾刪編碼後交給運輸層，運輸層對數據加上報頭之後交給網絡層，網絡層加上報頭後交給包控制層，包控制層對報頭進行壓縮編碼處理後交給數據鏈路層，數據鏈路層加上幀頭後交給物理層；接收時的操作和發送時相反，物理層首先從物理鏈路上得到數據後交給數據鏈路層，數據鏈路層組幀並去掉本層幀頭後交給包控制層，包控制層對報頭進行解碼並還原後交給網絡層，網絡層去掉本層報頭後交給運輸層，運輸層去掉本層報頭後交給差錯控制層，差錯控制層進行解碼後傳到應用層。
所述的多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，所述的包控制層，在發送端完成對 TCP報頭和IP報頭的壓縮，並就壓縮後的報頭進行編碼，再把編碼後的報頭按比特均勻的分配到數據中；在接收端完成對報頭的恢復，首先從數據中取出報頭，然後進行解碼，用解碼後的報頭還原出TCP報頭和IP報頭。
所述的多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，在發送端壓縮TCP和IP報頭，使發送數據時傳給數據鏈路層的數據量減少，減少冗餘，對壓縮後的報頭進行糾錯編碼，把編碼後的報頭均勻的分配到數據裡面，以抵抗長突發錯誤，具體步驟如下
a)對IP報頭進行壓縮，壓縮方法如下1)4位版本號；2)4位包頭長度；3)8位服務類型；4) 16位包總長度；5) 16位標識號；6)3位Flag和13位片偏移；7) 8位生存時間；8)8 位協議類型；9) 16位包頭校驗和；10) 32位源地址；11) 32位目的地址；
b)對TCP報頭的壓縮，壓縮方法如下
I) 16位源埠號；
2) 16位目的埠號；
3) 32位序列號與32位確認序列號；
4) 4數據偏移和6位保留位；
5) 6位標誌位；
6) 16位窗口大小；
7) 16位校驗和；
8) 16位緊急指針；
c)把所述IP報頭和所述TCP報頭經a)、b)兩步操作後組裝，組裝以後的壓縮報頭包含了 I位協議類型，3位標識地址域，16位序列號和16位確認序列號可以保證完成可靠的數據傳輸，URG、ACK、PUH、RST、SYN、FIN沿用了 TCP鏈路控制協議標準，然後採用CRC-16 作為整個壓縮報頭的檢錯碼；
d)對組裝以後的壓縮報頭進行糾錯編碼，編碼採用的是BCH編碼；
e)對糾錯編碼後的報頭按比特均勻的插入到數據中。
所述的多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，在數據接收端，包控制層從收到的數據中恢復報頭，把壓縮的報頭還原成成TCP和IP報頭，使其兼容TCP/IP協議棧，具體步驟如下
a)從收到的數據包中把均勻分布的報頭信息提取出來，然後進行BCH解碼，得到完全正確的壓縮報頭信息；
b)由壓縮報頭的信息還原TCP報頭和IP報頭，方法是發送端壓縮TCP報頭和IP 報頭的逆過程，即把略去的部分補全，並重新計算TCP報頭和IP報頭中的16位校驗和，這樣在網絡層由於IP報頭16位校驗和正確就不會導致丟包，從而不會引起數據重傳，在運輸層由於TCP報頭16位校驗和正確不會導致重傳,節省傳輸時延。
所述的多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，所述的差錯控制層在發送端，對數據進行RCR編碼，具體步驟是
a)在行方向上對數據進行RS糾錯糾刪編碼；
b)在列方向上對a)編碼後的數據進行CRC單比特糾錯編碼；
c)對前兩步編碼後對數據進行交織，採用行進列出的交織方案。
在接收端，對收到的數據進行解碼，具體步驟是
a)首先對收到的數據進行解交織；
b)對接交織後的數據進行RS糾錯，如果完全糾錯成功就得到正確數據，否則轉 c)；
c)進行CRC單比特糾錯，如果完全糾錯成功就得到正確數據，否則錯就記錄下錯誤位置，並且累加錯誤個數，然後轉d)；
d)如果錯誤個數在RS糾刪範圍內就進行RS糾刪，糾刪之後得到正確數據，如果超過RS糾刪範圍，就不進行處理。
考慮到流媒體傳輸對實時性要求較高，本發明設計一種兼容TCP/IP協議的低時延協議棧，並採用基於CRC的單比特糾錯方案，採用實時性好的FEC方式進行差錯控制。因此，本設計使用基於平均交織的低複雜度RS糾錯碼進行差錯控制。在使用低複雜度RS糾錯碼的基礎上合理利用RS糾刪碼的優點來進行差錯控制。
本發明針對無線多跳流媒體傳輸系統中錯誤累積、時延敏感的特點設計出一種兼容TCP/IP協議的低時延、低誤碼率協議棧，以滿足流媒體信息在無線多跳網絡中實時傳輸。
本發明具有如下有益效果
I、包控制層對IP報頭和TCP報頭進行了壓縮，得到壓縮報頭，壓縮報頭減小了數據冗餘；
2、對壓縮的報頭進行了 BCH編碼，並且把編碼後的報頭均勻的分配到數據部分中，增加了報頭抵抗突發乾擾的能力，使得接收方能夠通過BCH解碼得到正確的報頭信息， 從而避免丟包，避免重傳，減少由重傳帶來的時延；
3、通過差錯控制層的基於CRC單比特糾錯的RS糾錯糾刪編解碼方案，可以保證在以短突發為主、伴有少量隨機錯誤的的信道下獲得好的通信效果，並且很好的控制了時延。
圖I為現有的TCP/IP協議棧；
圖2為網絡層處理後的數據格式；
圖3為IP報頭格式；
圖4為TCP報頭格式；
圖5為本發明協議棧模型；
圖6為壓縮報頭的結構圖7為包控制層處理後的數據包格式；
圖8為編碼方案圖9為差錯控制層解碼方案；
圖10為網絡模型及設備分布圖11為現有RS (255，239)-交織方案在AffGN及Rayleigh信道下的性能
圖12為RCR(RS (63，59))方案在AWGN及Rayleigh信道下的性能；
圖13為每比特時延性能對比圖。
具體實施方式
以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。
本發明協議棧模型如圖5所示，發送時應用層提供數據給差錯控制層，差錯控制層對數據進行糾錯糾刪編碼後交給運輸層，運輸層對數據加上報頭之後交給網絡層，網絡層加上報頭後交給包控制層，包控制層對報頭進行壓縮編碼處理後交給數據鏈路層，數據鏈路層加上幀頭後交給物理層。接收時的操作和發送時相反，物理層首先從物理鏈路上得到數據後交給數據鏈路層，數據鏈路層組幀並去掉本層幀頭後交給包控制層，包控制層對報頭進行解碼並還原後交給網絡層，網絡層去掉本層報頭後交給運輸層，運輸層去掉本層報頭後交給差錯控制層，差錯控制層進行解碼後傳到應用層。
本發明所提出的協議棧模型相比原有的TCP/IP協議棧增加了包控制層和差錯控制層，下面就這兩層實現的功能和實現方法進行介紹。
2. 2. I包控制層
該層的功能分兩方面介紹。一是發送端完成對TCP報頭和IP報頭的壓縮，並就壓縮後的報頭進行編碼，再把編碼後的報頭按比特均勻的分配到數據中；二是接收端完成對8報頭的恢復，首先從數據中取出報頭，然後進行解碼，用解碼後的報頭還原出TCP報頭和IP 報頭。具體操作陳述如下。
發送端
壓縮TCP和IP報頭，使發送數據時傳給數據鏈路層的數據量減少，減少冗餘，對壓縮後的報頭進行糾錯編碼，把編碼後的報頭均勻的分配到數據裡面，以抵抗長突發錯誤，具體步驟如下
a)對IP報頭(圖3)進行壓縮，壓縮方法如下。
1)4位版本號。由於網絡上最通用的IP版本比較單一和穩定，因此本設計暫時不考慮多種版本的IP協議兼容問題，因此版本號欄位可略去。
2)4位包頭長度。為了便於硬體處理和實現，本設計將數據報報頭長度設置為統一長度並和底層數據幀大小設計相匹配，因此報頭長度欄位可略去。
3)8服務類型。本設計涉及的網絡類型和拓撲單一，並不涉及多種服務類型，因此標識不同服務類型的信息欄位可以略去。
4) 16位包總長度。為了便於硬體處理和實現，本設計將數據包長度設置為統一長度並和底層數據幀大小設計相匹配，因此包長度欄位可略去。
5) 16位標識號。本設計中涉及的IP數據報長度不會超過網絡MTU，因此不存在一個數據包分片封裝在多個IP包內傳輸的情況，所以IP報頭中用來輔助分片數據報拼接的標識號欄位可略去。
6) 3位Flag和13位片偏移。同分片標識號欄位，本設計不涉及IP數據報的分片拼接，因此分片標誌以及片偏移欄位可略去。
7)8位生存時間。本設計涉及的網絡拓撲簡單，不存在環等拓撲結構，並且數據流流向明確，因此標識生存時間的欄位失去意義，故略去。
8) 8位協議類型。本設計中節點間通信協議可固定為單一 TCP或者UDP通信，因此將協議類型標識欄位略去。
9) 16位校驗和。CRC校驗欄位用以保證報頭的正確性，故應該保留，本設計在CRC 檢錯的基礎上拓展CRC的單比特糾錯能力，可以更好的保護數據報報頭信息。
10)32位源地址，本設計中的拓撲單一，為了最大限度降低數據冗餘，本設計中將去掉源地址，轉換時採用統一的源地址進行填充。
11) 32位目的地址，本設計中涉及的節點數為5個，因此可將目的地址欄位壓縮至 3比特，實際應用中可根據情況調整。
b)對TCP報頭(圖4)的壓縮，壓縮方法如下。
I) 16位源埠號。本設計中並不涉及多個應用程式並行情況，因此將TCP源埠號定為固定埠號並在壓縮報頭欄位中略去。
2)16位目的埠號。本設計中不涉及多個連結並發的情況，因此將TCP目的埠號確定為固定埠號並和壓縮報頭中的IP目的地址欄位合併。
3) 32位序列號與32位確認序列號。序列號與確認序列號在TCP協議中起到確認數據包正確接收的作用，因此該欄位應該保留。而在本設計中為了節省冗餘，將序列號以及確認序列號由各自32比特長度縮減為各自16比特長度，並在協議中處理二者的對應關係。
4)4數據偏移和6位保留位。本設計中採用統一的包頭大小，因此數據偏移為固定偏移，數據偏移欄位可略去。6比特保留位不具有使用價值，亦可略去以節省冗餘。
5)6位標誌位。標誌位可用於TCP網絡連接的維護，因此保留。
6) 16位窗口大小。本設計採用自行設計底層的協議保證數據最小限度重傳，因此用於ARQ策略的窗口大小欄位可以設置為統一的固定值,故窗口大小欄位可略去。
7) 16位校驗和。由於壓縮後的TCP/IP幀中，TCP幀與IP幀一一對應，並且數據報報頭總長度較短，因此只保留IP包頭協議的校驗位，使用TCP/IP整個報頭的校驗和填充， TCP報頭中16位校驗和欄位略去。
8) 16位緊急指針，本設計應用中並不涉及緊急指針的操作，因此緊急指針欄位略去。
c)把圖3所示IP報頭和圖4所示TCP報頭經a)、b)兩步操作後組裝成圖6所示的壓縮報頭。圖6所示的壓縮報頭包含了 I位協議類型，3位標識地址域，16位序列號和16 位確認序列號可以保證完成可靠的數據傳輸，URG、ACK、PUH、RST、SYN、FIN沿用了 TCP鏈路控制協議標準，然後採用CRC-16作為整個壓縮報頭的檢錯碼。
d)對壓縮後的報頭(圖6所示)進行糾錯編碼，編碼採用的是BCH編碼；
e)對糾錯編碼後的報頭按比特均勻的插入到數據中，之後包控制層傳給數據鏈路層的數據包格式如圖7，圖中空白部分代表數據，陰影部分代表均勻插入的報頭信息，圖只是為了說明問題，並不代表具體數據的多少，數據的多少可以根據需要調整；
接收端
在數據接收端，包控制層從收到的數據中恢復報頭，把壓縮的報頭還原成成TCP 和IP報頭，使其兼容TCP/IP協議棧，具體步驟如下
a)從收到的數據包中把均勻分布的報頭信息提取出來，然後進行BCH解碼，得到完全正確的壓縮報頭信息；
b)由壓縮報頭的信息還原TCP報頭和IP報頭，方法是發送端壓縮TCP報頭和IP 報頭的逆過程，即把略去的部分補全，並重新計算TCP報頭和IP報頭中的16位校驗和，這樣在網絡層由於IP報頭16位校驗和正確就不會導致丟包，從而不會引起數據重傳，在運輸層由於TCP報頭16位校驗和正確不會導致重傳,節省傳輸時延；
2. 2. 2差錯控制層
由於包控制層重新計算了 TCP報頭和IP報頭中的16位校驗和，可以保證網絡和運輸層不丟棄出錯的數據報，這樣差錯控制層收到的數據可能仍含有錯誤，因此差錯控制層主要完成對這些出錯數據的進一步糾錯功能。下面從發送端和接收端兩個方面說明差錯控制層的數據處理過程，其中，發送端主要對數據進行RCR編碼(RS糾錯-CRC校驗-RS糾刪編碼)，接收端主要對數據進行解碼。分別陳述如下。
I)發送端，對數據進行RCR編碼，編碼方案如圖8所示，具體步驟是
a)在行方向上對數據進行RS糾錯糾刪編碼；
b)在列方向上對a)編碼後的數據進行CRC單比特糾錯編碼；
c)對前兩步編碼後對數據進行交織，採用行進列出的交織方案。
2)接收端，對收到的數據進行解碼，解碼方案如圖9，具體步驟是
a)首先對收到的數據進行解交織；
b)對接交織後的數據進行RS糾錯，如果完全糾錯成功就得到正確數據，否則轉
c)進行CRC單比特糾錯，如果完全糾錯成功就得到正確數據，否則錯就記錄下錯誤位置，並且累加錯誤個數，然後轉d)
d)如果錯誤個數在RS糾刪範圍內就進行RS糾刪，糾刪之後得到正確數據，如果超過RS糾刪範圍，就不進行處理。
實施例2 —種具體實施方案實施如下
選擇圖10所示五個節點四跳網絡模型對本設計提出的理論進行實現，並和現有的RS(255，239)糾錯碼，採用255*12行進列出的交織方案進行對比。
其各節點詳細參數如下表所示，第一跳節點只進行編碼調製，第四跳接收節點只進行解碼。不進行差錯控制的中間節點在包控制層進行報頭轉換，並進行報頭保護碼字的解碼和編碼，數據流在TCP層轉向。進行差錯控制的中間節點的數據流則需要經過差錯控制層，並進行解交織解碼並重新編碼的過程。值得注意的是，需要編碼的中間節點，解碼完成後的碼字如果正確，即為編碼完成的碼字，不需要二次編碼，可以很好地節省處理時延； 只有糾錯失敗的碼字需要重新編碼以防止誤差累積效應。
各節點編解碼器的詳細參數表
權利要求
1.一種多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，其特徵在於，在現有的TCP/IP協議棧中增加了包控制層和差錯控制層；發送時應用層提供數據給差錯控制層，差錯控制層對數據進行糾錯糾刪編碼後交給運輸層，運輸層對數據加上報頭之後交給網絡層，網絡層加上報頭後交給包控制層，包控制層對報頭進行壓縮編碼處理後交給數據鏈路層，數據鏈路層加上幀頭後交給物理層；接收時的操作和發送時相反，物理層首先從物理鏈路上得到數據後交給數據鏈路層，數據鏈路層組幀並去掉本層幀頭後交給包控制層，包控制層對報頭進行解碼並還原後交給網絡層，網絡層去掉本層報頭後交給運輸層，運輸層去掉本層報頭後交給差錯控制層，差錯控制層進行解碼後傳到應用層。
2.根據權利要求I所述的多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，其特徵在於，所述的包控制層，在發送端完成對TCP報頭和IP報頭的壓縮，並就壓縮後的報頭進行編碼，再把編碼後的報頭按比特均勻的分配到數據中；在接收端完成對報頭的恢復，首先從數據中取出報頭，然後進行解碼，用解碼後的報頭還原出TCP報頭和IP報頭。
3.根據權利要求2所述的多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，其特徵在於，在發送端壓縮TCP和IP報頭，使發送數據時傳給數據鏈路層的數據量減少，減少冗餘，對壓縮後的報頭進行糾錯編碼，把編碼後的報頭均勻的分配到數據裡面，以抵抗長突發錯誤，具體步驟如下 a)對IP報頭進行壓縮，壓縮方法如下1)4位版本號；2)4位包頭長度；3)8位服務類型；4) 16位包總長度；5) 16位標識號；6) 3位Flag和13位片偏移；7) 8位生存時間；8) 8位協議類型；9) 16位包頭校驗和；10) 32位源地址；11) 32位目的地址； b)對TCP報頭的壓縮，壓縮方法如下1)16位源埠號；2)16位目的埠號；3)32位序列號與32位確認序列號；4) 4數據偏移和6位保留位；5)6位標誌位；6) 16位窗口大小；7) 16位校驗和；8) 16位緊急指針； c)把所述IP報頭和所述TCP報頭經a)、b)兩步操作後組裝，組裝以後的壓縮報頭包含了 I位協議類型，3位標識地址域，16位序列號和16位確認序列號可以保證完成可靠的數據傳輸，URG、ACK、PUH、RST、SYN、FIN沿用了 TCP鏈路控制協議標準，然後採用CRC-16作為整個壓縮報頭的檢錯碼； d)對組裝以後的壓縮報頭進行糾錯編碼，編碼採用的是BCH編碼； e)對糾錯編碼後的報頭按比特均勻的插入到數據中。
4.根據權利要求2所述的多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，其特徵在於，在數據接收端，包控制層從收到的數據中恢復報頭，把壓縮的報頭還原成成TCP和IP報頭，使其兼容TCP/IP協議棧，具體步驟如下 a)從收到的數據包中把均勻分布的報頭信息提取出來，然後進行BCH解碼，得到完全正確的壓縮報頭信息； b)由壓縮報頭的信息還原TCP報頭和IP報頭，方法是發送端壓縮TCP報頭和IP報頭的逆過程，即把略去的部分補全，並重新計算TCP報頭和IP報頭中的16位校驗和，這樣在網絡層由於IP報頭16位校驗和正確就不會導致丟包，從而不會引起數據重傳，在運輸層由於TCP報頭16位校驗和正確不會導致重傳,節省傳輸時延。
5.根據權利要求2所述的多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，其特徵在於，所述的差錯控制層在發送端，對數據進行RS糾錯-CRC校驗-RS糾刪編碼(RCR編碼)，具體步驟是: a)在行方向上對數據進行RS糾錯糾刪編碼； b)在列方向上對a)編碼後的數據進行CRC單比特糾錯編碼； c)對前兩步編碼後對數據進行交織，採用行進列出的交織方案。
在接收端，對收到的數據進行解碼，具體步驟是 a)首先對收到的數據進行解交織； b)對接交織後的數據進行RS糾錯，如果完全糾錯成功就得到正確數據，否則轉c)； c)進行CRC單比特糾錯，如果完全糾錯成功就得到正確數據，否則錯就記錄下錯誤位置，並且累加錯誤個數，然後轉d)； d)如果錯誤個數在RS糾刪範圍內就進行RS糾刪，糾刪之後得到正確數據，如果超過RS糾刪範圍，就不進行處理。
全文摘要
本發明公開了一種多跳網絡中的實時流媒體傳輸協議棧，在現有的TCP/IP協議棧中增加了包控制層和差錯控制層；本發明具有如下有益效果1、包控制層對IP報頭和TCP報頭進行了壓縮，得到的壓縮報頭減小了數據冗餘；2、對壓縮的報頭進行了BCH編碼，並且把編碼後的報頭均勻的分配到數據部分中，增加了報頭抵抗突發乾擾的能力，使得接收方能夠通過BCH解碼得到正確的報頭信息，從而避免丟包，避免重傳，減少由重傳帶來的時延；3、通過差錯控制層的基於CRC單比特糾錯的RS糾錯糾刪編解碼方案，可以保證在以短突發為主、伴有少量隨機錯誤的信道下獲得好的通信效果，並且很好的控制了時延。
文檔編號H04W28/06GK102984232SQ201210469778
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年10月30日
發明者肖嵩, 權磊, 邱永玖, 杜建超, 孫志剛, 扈鵬, 龔志勇 申請人:西安電子科技大學, 中國電子科技集團公司第五十四研究所