一种基于Raptor码的大文件传输方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Raptor码的大文件传输方法。该方法针对大文件的传输特点，采用Raptor码对传输文件进行分块处理和预编码，并对头部信息进行重新设计，采用八个字节的头部信息即能支持最高100GB大小的文件传输。该方法采用动态的传输冗余产生机制，根据信道变化进行实时动态调整。本发明的方法解决了大文件传输在双向反馈信道中受信道延迟和信道丢包率的影响，提高了大文件的传输稳定性和传输效率。
【专利说明】一种基于Raptor码的大文件传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通信【技术领域】的大文件传输方法，特别涉及一种基于Raptor码 的大文件传输方法。
【背景技术】
[0002] 文件作为人们存储和交换数据的基本形式，随着多媒体技术的不断发展，发生了 几个重要变化，在内容上由文本、图片向音视频转变，在质量上由低分辨率向高分辨率转 变，在容量上由小文件向大文件转变，由此带来的结果是高清图片、视音频等大容量文件的 交换需求日益增长。与小文件传输不同的是，大文件（一般指容量在1GB以上的文件）传 输受到信道错误干扰的机率大幅增加，且由于传输等待时间较长，对于传输效率要求较高， 因此，如何兼顾传输效率和传输可靠性，是大文件传输必须要解决的问题。
[0003] 大文件所涉及的传输信道从传输媒质上可以分为有线信道（互联网、专线等）和 无线信道（卫星、地面无线传输等），从传输端点数量上可以分为点对点传输和点对多点传 输，从传输方向上可以分为单向传输和双向传输。传统的文件传输在互联网上米用TCP协 议进行传输，从而保证传输可靠性，但由于受传输延迟和丢包率等条件影响，在大文件传输 时容易出现传输不稳定的情况，传输效率较低。在卫星、地面无线等广播单向传输中，通常 采用重复发送的方式进行传输可靠性保证，对每个文件发送至少2遍以上，传输速率稳定 但传输效率低下，尤其在点对多点的广播模式中，由于各接收节点丢失数据包的情况不同， 无法满足不同信道质量下的传输差异化需求。
[0004] Raptor码是由Shokrollahi等人开发出的一种数字喷泉码，相对于传统的前向 纠错编码，具有无码率的特性，即可以从固定长度的原始数据符号中编码产生出任意长度 的信道符号，实现传输冗余的动态调节，经过优化处理，可以获取接近于信道容量的传输效 率。目前，Raptor码主要用于无线传输系统中少量数据的组播应用，已经被纳入了 3GPP等 标准中，作为数据组播业务的前向纠错码。
[0005] 在大文件传输中引入Raptor码，能够有效地提高传输效率，但Raptor码最初的设 计只是针对于小文件（一般不超过10MB，如无线数据组播业务中的图片文件等），对于大文 件传输缺乏很好的支持，因而需要对编码算法进行相应的修改和优化，采用合适的传输控 制策略，以提高大文件传输时的传输可靠性和传输效率。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有的大文件传输方法传输效率的不足，提出了一种高效的、基于 Raptor码的大文件传输方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。
[0008] 本发明的一种基于Raptor码的大文件传输方法包括以下步骤：
[0009] 第一步，根据传输信道特征，设定初始的传输冗余度值。
[0010] 第二步，发送端根据数据包长度参数T，计算文件的分块数，并对文件进行分块处 理，对于不够整块长度的数据块在尾部进行填零补充。
[0011] 第三步，发送端读取一个分块的原始数据，进行Raptor码编码处理，同时依次按 包读取原始数据，并填充头部信息，然后进行发送。
[0012] 第四步，在每个分块的原始数据发送完成后，继续发送该分块编码产生的冗余数 据包。
[0013] 第五步，接收端在接收到每个分块的全部数据（包括原始数据包和冗余数据包） 后，进行Raptor码解码处理，对于有反馈信道，接收端将接收到的分块数据包总数反馈至 状态监测端。
[0014] 第六步，对于有反馈信道，状态监测端收集各接收节点（一点或多点）的回传信 息，进行综合处理，向发送端反馈冗余调整值。
[0015] 第七步，发送端在每个分块发送完毕之后，检查由状态监测端反馈的冗余调整值， 进行传输冗余度参数的动态调整，在新的块传输时采用新的传输冗余参数产生相应数量的 冗余数据包。
[0016] 第八步，发送端发送完文件的所有分块后，检查整个文件的传输完整性，若传输成 功则进行下一文件的传输。
[0017] 经过上述八个步骤即完成了基于Raptor码的大文件传输方法的一次传输过程。
[0018] 本发明产生的有益效果是：
[0019] 1、本发明通过在大文件传输中引入Raptor码，在双向有反馈信道中将信道延迟 和信道丢包率对传输效率的影响降到最低，提高了远距离传输和跨网传输条件下的大文件 传输稳定性。
[0020] 2、本发明通过引入状态监测端对接收质量进行评估，实现了传输冗余度的动态优 化配置，提高了大文件传输的传输效率。
[0021] 3、本发明通过加入了文件的分块处理，支持最大容量为100GB的大文件传输，同 时通过对数据包头部信息的优化调整，降低头部开销。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为本发明中各传输节点的连接示意图；
[0023] 图2为本发明中传输过程的原理框图；
[0024] 图3为本发明中信道传输数据包结构示意图；
[0025] 图4为本发明中状态监测端冗余调整值产生过程的流程图；
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但不以任何形式限制本 发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下进行若 干变形和改进所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 图1为本发明中涉及的各传输节点的连接情况示意图，其中发送端向一个或多个 接收节点进行单向传输，在卫星传输和地面无线传输中采用广播方式进行传输，在互联网 中则采用UDP协议进行组播或单播传输，需要说明的是，在其他双向信道中，即使存在接收 端到发送端的回传信道，也应避免采用如TCP协议的可靠连接方式，而只应采用单向传输 的方式。在有反馈信道的接收端中，每个接收端通过反馈信道与状态监测端进行可靠连接， 同时，状态监测端与发送端也需要建立可靠连接。
[0028] 在完成如图1的连接方式后，本实施例通过图2所示的传输过程完成大文件传 输。在传输过程开始前，首先对传输参数进行初始化配置，包括数据包净荷长度T和传 输冗余度参数等。其中传输冗余度参数的选取主要依据传输信道已知的平均丢包率P， 设传输冗余度参数为d，则d的初始化取值
【权利要求】
1. 一种基于Raptor码的大文件传输方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步，根据传输信道特征，设定初始的传输冗余度值。 第二步，发送端根据数据包长度参数T，计算文件的分块数，并对文件进行分块处理，对 于不够整块长度的数据块在尾部进行填零补充。 第三步，发送端读取一个分块的原始数据，进行Raptor码编码处理，同时依次按包读 取原始数据，并填充头部信息，然后进行发送。 第四步，在每个分块的原始数据发送完成后，继续发送该分块编码产生的冗余数据包。 第五步，接收端在接收到每个分块的全部数据（包括原始数据包和冗余数据包）后，进 行Raptor码解码处理，对于有反馈信道，接收端将接收到的分块数据包总数反馈至状态监 测端。 第六步，对于有反馈信道，状态监测端收集各接收节点（一点或多点）的回传信息，进 行综合处理，向发送端反馈冗余调整值。 第七步，发送端在每个分块发送完毕之后，检查由状态监测端反馈的冗余调整值，进行 传输冗余度参数的动态调整，在新的块传输时采用新的传输冗余参数产生相应数量的冗余 数据包。 第八步，发送端发送完文件的所有分块后，检查整个文件的传输完整性，若传输成功则 进行下一文件的传输。
2. 根据权利要求1所述的基于Raptor码的大文件传输方法，其特征在于，采用8个字 节的数据包头部，其中2字节为文件号，2字节为分块数，2字节为分块号，2字节为包号。
3. 根据权利要求1所述的基于Raptor码的大文件传输方法，其特征在于，采用动态的 传输冗余度参数调整，由状态监测端采集接收节点信息，并计算出冗余调整值反馈至发送 端，冗余度调整值的计算过程如下： 第一步，计算所有节点的最大丢包数和平均丢包数，并求出最大丢包数与平均丢包数 的比例值； 第二步，将计算出的比例值与预先设定的异常比例值进行比较，若小于异常比例值则 选择最大丢包数作为冗余度调整基数，若超过异常比例值则选择平均丢包数作为冗余度调 整基数； 第三步，根据发送端发包数量和冗余度调整基数来计算冗余调整的比例，生成冗余调 整值。
【文档编号】H04L1/12GK104104727SQ201410353459
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】王非非, 王剑, 沈向辉, 徐伟掌, 杨占昕 申请人:中国传媒大学