一种Cache支持的粒通信系统及其粒通信方法与流程

本发明属于计算机数据网络与数据通信领域，通信领域，涉及一种流式大数据传输与多媒体通信技术，特别涉及一种Cache支持的粒通信系统及其粒通信方法。

背景技术：

大数据的传输尤其是流式传输和多媒体通信的快速发展，要求在尽可能短的时间内尽可能快地传送尽可能多的数据，对通信网络的吞吐量和延时等网络服务质量(QoS)指标提出了更高的要求，同时用户对体验质量(QoE)的期望也与日俱增。尽管近年来光纤通信与4G无线通信网络等新技术的发展，网络的传输能力获得了大幅度的提升，但是全球用户每年产生的海量数据尤其是高品质的视音频多媒体内容消费所产生的数据流量的增长速度仍然远远超过了网络带宽的增长速度。本发明提出的基于Cache信息粒化技术的数据通信架构与方法(简称：CIGAM)，能够在不改变现有网络结构的前提下，有效降低数据传输冗余度，从而达到提高网络带宽资源利用率且减少网络设备能耗的目的。

不同粒度级别的冗余消除是缓解大数据与多媒体通信压力的可行途径。在大数据时代的当前，全球每天都有数以EB级(10¹⁸Bytes)的数据产生，目前世界上90％的数据是在过去两年中产生的，其中大部分数据是视音频多媒体内容。海量且不断增长的数据时刻在消耗着有限的网络带宽资源，导致大量的网络设备能源消耗。大量统计与分析显示，无论是人与人、人与机器、机器和机器之间的数据传输过程中，存在大量不同粒度的冗余内容。现有的网络Cache技术没有涉及采用深度粒化处理方式去重的问题，例如Web Cache，其主要思想是将高频访问的信息内容缓存在本地，以提高传输效率，但是一般没有深度剖析传输内容的内部结构，因而只是粗粒度的Cache机制，并且也没有考虑相关Cache内容与内容之间的关联，没有涉及Cache内容之间的组合与解析等方面的内容。

现有的大数据流式处理技术与多媒体通信技术还没有采用基于Cache支持的信息粒化的方法与通信架构，当前，美国Apache开源软件社区提供三种典型的大数据流式处理技术：Spark、Storm和Samza，它们是基于Apache的大规模分布式处理架构，能高效地处理大数据流。Spack、Storm和Samza是当前较广泛采用的分布式大数据架构，并已获得初具规模的应用。但此类系统架构中对于数据传输没有采用本发明中所提及的支持信息深度粒化处理机制并与Cache协同的通信架构，并且，该发明提供的架构与方法与以上提到的大数据分布式流处理机制相容而不互斥，能够优化并提升它们的性能。另一方面，时基多媒体流式信息传输与处理技术近年也获得较大的进展，2013年1月，ITU-T正式批准高效视频编码H.265/HEVC成为国际标准。相比H.264或MEPG-4，H.265/HEVC使1080P高清视频内容的压缩效率提高50％左右，并且能够更改的图像分辨率，使得网络传输更高质量的4K视频、3D蓝光、高清电视节目内容称为可能。然而，H.265/HEVC的编码架构本质上和H.264/AVC的架构相似，但H.265/HEVC比H.264/AVC提供更多不同的工具来降低码率，以编码单位来说，H.264中每个宏块(macroblock/MB)大小都是固定的16x16像素，而H.265的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的128x128。这些改进在提高信源内容编码效率方面，取得了较好的提升，但是H.265/HEVC毕竟还只是一种先进的信源编码技术，没有从多媒体通信与传输系统架构的角度来考虑如何在通信过程中消除不同粒度层次的冗余问题，尽管它已经在如何消除帧内和相邻帧间GOP的数据冗余方面取得了很好的进展。本发明采用信息深度粒化的传输冗余消除方式，突破了图像组GOP的范畴，可实现在广义的时间窗口内不同GOP之间、不同视频文件之间、不同发送者s之间，不同数据粒度的内容之间冗余消除，从而在系统级提升多媒体通信网络的传输性能。鉴于H.264、MPEG-4以及MPEG-2TS流等技术依然被广泛使用的现实，包括新的H.265/HEVC,本发明所提供的针对多媒体通信系统的架构和方法的应用实例都可以与它们兼容互补，但是目前所知的视频编码方案还未涉及关于信息深度粒化处理的实质。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于克服当前数据通信网络现有技术的不足，提出一种基于Cache支持的信息粒化数据通信系统。

本发明的另一目的在于克服当前数据通信网络现有技术的不足，提出一种应用于基于Cache支持的信息粒化数据通信系统的粒通信方法，新增粒计算过程，有助于解决数据通信中的信息冗余问题，从而提高网络传输性能。为了分析说明本发明，定义一个原子性的数据通信模型<s,r,τ,μ,c>,s代表发送者sender，r代表接收者recipient，τ代表传输的单位时间timeslot，μ传输带宽bandwidth，c代表传输的数据内容块Content Chunk。深度剖析每一个在当前时间t到达信宿r的数据ct,其所包含的信息内容的部分甚至全部，都可能在先前时间tp(tp<t)曾经达到过该信宿r；并且在未来时间tf(tf>t)，该chunk内容ct的全部或部分，还可能有一次或者多次重复到达该信宿r。本发明的为实现不同粒度级的数据传输冗余消除提供一种系统和相应处理方法。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种基于Cache支持的信息粒化数据通信系统，包括：

在信源发送端增加信息粒分解器101、粒状态检测器103和发送端Cache104，发送端Cache中缓存信息粒的粒头信息索引表GHTs，发送端Cache缓存粒信息库GDBs；粒头信息索引表GHTs中的每一条记录是已经发送成功的信息粒的粒头信息,粒头包括但不限于粒的特征量、粒数据指纹、唯一的粒ID编号、粒生成时间、源地址和目的地址等；粒信息库GDBs包括粒头和其对应的内容。对于需要进行粒信息编码的系统，增加粒编码器102。

在信宿接收端增加相应的粒合成器109、粒状态检测器107和信宿端Cache106，信宿端Cache包含一个粒头信息索引表GHTr和粒信息库GDBr，粒头信息索引表GHTr中的每一条记录是已经接收成功的信息粒的粒头，粒信息库包括粒头和其对应的内容。对于经过粒编码产生的粒信息内容，增加粒解码器108。

在云端，增加信息粒云Cache111，用于在必要的情况下辅助信源100存储转发粒信息内容到接收端110。信息粒云Cache中设置一个粒头信息索引表GHTc和粒信息库GDBc，粒头信息索引表GHTc中的每一条记录是已经成功存储在云Cache中的信息粒的粒头，粒信息库GDBc包括存储在云Cache中的粒头和其对应的内容。云Cache在简单的粒通信系统为非必要配置，一般应用于复杂或有特殊要求的粒通信系统。

本发明的另一目的可以通过以下技术方案实现：一种应用于所述的Cache支持的粒通信系统的粒通信方法，包括以下步骤：

步骤S1、粒分解；

步骤S2、粒头生成：根据步骤S1的分解，每个粒的头信息ch(i)至少包含一个顺序生成的全局唯一的信息粒ID编号、粒生成时间、源地址、目的地址、经计算得到的粒内容的特征量和粒数据指纹，且粒头的大小应远小于粒内容，否则直接发送粒内容；

步骤S3、粒头发送；

步骤S4、冗余粒检测；

步骤S5、粒合成：粒合成器109收齐信息单元c的所有信息粒内容之后，将它们合并交付信宿110，完成该信息单元c的传输过程；

步骤S6、冗余粒精确检测。

所述粒通信方法还可以包括粒编码和粒解码的步骤；所述粒编码和粒解码的方法具体包括以下步骤：

5.1在发送端设置粒编码器，负责对于经过粒分解器分解构造生成的信息粒内容进行编码压缩，生成对应的信息粒的编码版本，并计算出压缩信息粒的粒头内容，再按照所述步骤S3-S6进行粒传输处理；

5.2在接收端设置粒解码器，负责在接收端对编码压缩后的粒内容进行解码后交粒合成器合并，无论它是来自于信宿端Cache还是来自于信源端；

5.3Cache中缓存粒编码版本的内容和相应的粒头信息。

所述粒通信方法还可以包括云Cache架构构造的步骤，所述云Cache架构的构造方法包括如下步骤：

6.1设置云Cache模块；

6.2将接收端Cache中的部分或全部信息粒迁移到云Cache中；

6.3、对于从所述信源发送端发送过来的信息粒头，如果在信宿接收端Cache中没有发现，接收端粒状态检测器将向信息粒的云Cache模块发起查询，如果发现其在云Cache中，则直接从云Cache中下载该信息粒的内容，而不从信源发送端获取；否则，通知信源发送端发送该信息粒。

所述粒通信方法还可以包括粒相似性增强的步骤，所述粒相似性增强的方法为：针对可行有损压缩的多媒体粒内容，在进行编码压缩之前先对没给粒的原始内容进行量化处理，减少数据空间，对于量化后的数据内容进行编码并重新构建信息粒头，依照上述过程查找该量化后的压缩信息粒是否曾经有过传输记录；如果有，则直接通知接收端调用该信息粒内容；如果没有，则对该量化后的压缩信息粒内容发送给接收端，接收端接收成功之后将该粒内容添加到本地Cache，同时对该粒内容进行解码，提交给粒合成器。

所述粒通信方法还可以包括粒融合的步骤：对于Cache中缓存的多个信息单元的分解粒的粒头信息进行各类动态融合处理。

在步骤S6中，所述冗余粒精确检测的方法具体可以为：从接收端状态检测器107获悉接收端中可能存在的待传信息粒的ID编号后，通过该编号从发送端Cache的GDBs中直接调出具有同样ID编号的信息粒内容，将它们与当前待发送的相应的信息粒进行完整的内容比较，如果一致，则告诉接收端，该粒可以直接从接收端调用，不需重传；否则，需要发送该粒的内容(或其残差)给接收端，且同时更新两端的Cache。

在步骤S1中，所述粒分解是对所发送的信息内容片段在传输之前进行深度分解，具体可以包括以下步骤：

1.1按内容大小进行均匀分割或非均匀分割；按粒度内容的某一成分的进行均匀分割或非均匀分割等；

1.2按内容重要程度即权重进行分割，例如权重大的密集分割，权重小的稀疏分割；

1.3支持粒度分割方式的动态调节与融合处理，对于浅层次粒分解中不重复的信息粒内容进行再次分解，获得尺寸更小的子信息粒；

在步骤S3中，所述粒头发送的模式可以具有以下三种模式：

第一种模式：同步发送模式；即一次发送所有当前待传送信息所生成的信息粒的粒头给接收端进行批处理判决哪些粒的内容在接收端Cache中，如果在则告知发送端不必传输它们的具体内容，而直接从接收端Cache调出这些粒；如果不在则请求发送端发送那些粒的内容；

第二种模式：异步发送模式；即先发送一个粒头给接收端判决是否该粒的内容在接收端Cache中，如果在则向发送端请求另外一个粒头进行处理；如果不在则请求发送端发送该粒内容，并请求另外一个粒头进行处理，依次循环直至当前该信息片段生成的所有粒都处理完毕；

第三种模式：混合模式；把以上同步和异步发送模式进行组合，对粒头进行分子批次的传送，处理完小一批再处理另外小一批，直至处理结束。

本发明的另一目的还可以通过以下技术方案实现：一种应用于基于Cache支持的信息粒化数据通信系统的粒通信方法，包括以下步骤：

S1、粒分解：信源发送端100对目标信宿接收端110发送信息单元c的时候，粒分解器101进行深度粒分解，构造出K个更小的信息粒c(i)，这里i＝1,2,…,K，通过c(i)的组合可以重构c；如果c是不可分解的原子信息单元，则将其作为一个独立的信息粒，即K＝1。粒的分解包括但不限于以下方式：1)按内容大小进行均匀分割或非均匀分割；2)按内容重要程度(即：权重)进行分割，例如权重大的密集分割，权重小的稀疏分割；3)按粒内容的某一成分进行均匀分割或非均匀分割等，支持粒度分割方式的动态调节与融合。

S2、粒头生成：根据步骤S1的分解，每个粒的头信息ch(i)至少包含一个顺序生成的全局唯一的信息粒ID编号、粒生成时间、源地址、目的地址、经计算得到的粒内容的特征量和粒数据指纹，且粒头的大小应远小于粒内容，否则直接发送粒内容。

S3、粒头发送：为节省粒内容传输网络资源，发送端先将该构成信息单元c的所有粒c(i)的粒头信息ch(i),发送给接收端的粒状态检测器107；粒内容信息均临时放入Cache104中等待。粒头的发送和检验方式采用异步模式或同步模式，异步模式对粒头的发送和比较去重是一个一个依次进行的，同步模式是对粒头的发送和比较去重是批处理的。

S4、冗余粒检测：接收端的粒状态检测器107将接收到的发送过来的信息单元c分解所形成的粒头信息ch(i)与接收端Cache106中的GHTr中的粒头信息进行粒比较，如果存在与这些ch(i)相同的粒的粒头，则将这些粒头中的粒ID提取出来发送告知信源发送端的粒状态检测器103，该过程也可以在接收端发现一批可能与待发送的信息粒相同的粒。接收端直接从GDBr中提取对应的粒头相同的粒内容传递给粒合成器109，并告知发送端粒状态检测器103不要发送该粒的内容；如果ch(i)不在GHTr中，则请求发送端发送该粒的内容到粒合成器109；

S5、粒合成：粒合成器109收齐信息单元c的所有信息粒内容之后，将它们合并交付信宿110，完成该信息单元c的传输过程。

S6、冗余粒精确检测：尽管特征值不同，可以确定信息粒肯定不同；但是特征值相同，信息粒内容可能相同，但不一定肯定相同。本发明提出一种高级的回访机制，以确定粒信息内容的一致性。具体方法是：从上述步骤S4接收端状态检测器107获悉了接收端中可能存在的待传信息粒的ID编号后，通过该编号从发送端Cache的GDBs中直接调出具有同样ID编号的信息粒内容，将它们与当前待发送的相应的信息粒进行完整的内容比较，如果一致，则告诉接收端，该粒可以直接从接收端调用，不需重传；如果不一致，则需要发送该粒的内容(或其残差)给接收端，且同时更新两端的Cache。这个回访机制的主要代价是在发送端维护一个历史发送的粒信息库，因为经过S4的特征值检测可以直接提取粒的ID，查询开销很小。

S7、粒编码：为了进行信息压缩传输，例如视频或音频等，经过粒分解器101分解出来的信息粒，通过粒内容编码器102进行编码压缩，生成新的粒编码内容和粒头，发送给接收端；Cache缓存该粒的编码版本；

S8、粒解码：对于编码粒，在接收端需要经过粒内容解码器进行解码后交粒合成器合并，无论它是来自于本地Cache106还是来自于信源端。

S9、云Cache：为了减轻接收端Cache106的存储负担，参照一定的规则，将接收端Cache中的信息粒部分或全部迁移到云Cache中111，对于从步骤S2发送过来的信息粒头，如果在接收端本地Cache106中没有被发现，接收端粒状态检测器107将向信息粒的云Cache发起查询，如果发现其在云Cache中，则直接从云Cache中下载该信息粒的内容，而不从信源发送端获取；如果云Cache没有发现则通知信源发送端发送该信息粒。这进一步缓解信源发送端的能耗。

S10、相似性增强：针对视音频等多媒体信息粒内容，为了提高粒间相似度，在满足可以接受的用户体验QoE要求的前提下，对被粒分解器构造出来的信息粒先进行量化处理，进一步压缩数据空间，对于量化后的数据内容再进行编码并重新构建信息粒头，依照上述过程查找该量化后的压缩信息粒是否曾经有过传输记录，如果有，则直接通知接收端调用该信息粒内容；如果没有，则对该量化后的压缩信息粒内容发送给接收端，接收端接收成功之后将该粒内容添加到本地粒信息库GDBr和粒头信息索引表GHTr，同时对该粒内容进行解码，提交给粒合成器；该方法对于适用有损压缩的多媒体通信系统有意义。

S11、粒融合：为了提高通信效率并减少粒头信息的会话与查询开销，对于Cache中缓存的多个信息单元的分解粒的粒头信息进行各类动态融合处理，例如但不限于采用自低向上的方式进行信息粒的粒头融合，即将小粒融合成大粒，这样可以减少粒头信息量的发送。

以上步骤从S1至S5都本发明所提出的粒通信方法的基本步骤，为了进一步提高系统的可靠性和/或适用性，S6-S11为本发明提供高级扩展步骤，这些步骤中的单步或多步组合可以和前面的基本步骤一起构成多种有特殊应用需求的粒通信系统。同时，所述粒通信方式不限制与1个信源发送端对1个信源接收端，其通信模式包括但不限于1个信源发送端对1个信源接收端，1个信源发送端对多个信源接收端，多个信源发送端对1个信源接收端，多个信源发送端对多个信源接收端。

综上所述，本发明提供一种基于Cache支持的信息粒化的数据通信架构与方法，在通信的信源发送端增置了粒分解器、粒编码器、粒检测器和粒Cache，在通信的信宿接收端增置了相应的粒合成器、粒解码器、粒检测器和粒Cache；在云端增置了云粒内容Cache。该发明的主要作用是减少传输过程中重复流量消耗，降低信息发送冗余度，缩短传输延时，提高网络吞吐率，增强网络带宽利用率。

本发明相对传统数据通信方式增加对待传信息的深度粒化处理过程，以消除传输对象内部的信息粒之间的冗余。本发明公开其基本架构：信源发送端含粒分解器、粒编码器、粒状态检测器和Cache，信宿接收端含粒状态检测器、粒解码器、粒合成器和Cache，云端含云Cache；所述粒通信过程先对待传内容进行粒分解，再检测待传粒是否预Cache在接收端或云端；如是，则从接收端Cache调用或由云传送；否则，正常传输。最后，接收端合并粒完成内容传输。该方法节省网络资源尤其是信源端发送带宽与能耗，可应用于当前和已知的未来网络架构。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明聚焦于传输数据内容chunk的信息深度粒化处理，包括粒的分解构造、状态通信、编解码与合成解析。

2、本发明所提出的信息深度粒化方法的思想源于粒计算，其理论的核心是用粒度合适的“粒”作为处理对象，从而在保证求得满意解的前提下，提高解决问题的效率。自从美国Zadeh教授发表第一篇关于信息粒度的论文以来，国内外研究人员对粒计算理论和模型进行了较为深入的研究，这些理论和模型在计算智能和机器学习领域取得了一些研究成果，目前也有研究开始关注基于粒计算的大数据内容分析与挖掘，但目前为止，未见将粒计算方法引入实时数据通信网络领域的研究和专利。近年来，基于Cache架构的信息中心网ICN和内容中心网CCN技术研究方兴未艾，它们的核心思想是引入了命名数据组网NDN(Named Data Networking)和数据路由器等网络Cache和寻址技术，目前没有发现有关数据粒度动态构造与合并解析的具体信息粒化技术和实现方法，但是本发明所述技术内容的实施对ICN和CCN的发展具有直接的推进意义。而关于软件定义网SDN和对等网络P2P技术，主要关注的问题是控制信息和数据内容传输通道分离，与本技术发明所述内容相关度较弱，但是通过相应的适用性调整，本发明所述的核心技术内容也可以在SDN和P2P架构网络中获得应用。同时，为了提高Cache通信的可靠性和减少端系统的能源消耗，本发明提出了一种云Cache辅助的方法。

3、本发明所述的Cache支持的粒通信系统及方法(CIGAM)的核心是在数据通信的信源和信宿之间引入了信息深度粒化的方法，通过对信宿、信源甚至云端的Cache内容的一系列信息粒化和解粒化处理，达到跨域消减各类粒度的数据传输冗余的目的。本发明的架构和方法的实施只需要在信源和信宿端进行设备改造或软件升级，不需要对网络现有传输和路由设施进行改造，更不必要新建大量网络设施，可与现有网络技术和目前所知的下一代网络技术(如ICN、CCN、SDN等)实现无缝集成与平滑过渡。同时，本发明所述技术的实施对优化网络性能，提高网络吞吐量，节省带宽，降低传输冗余，减少网络设施能耗等方面均具有重要意义。本发明所述粒化通信的实质是跨域的冗余信息消除与动态控制，从而实现数据过滤，其应用前景广泛，特别是对于大数据的流式更新、迁移与传输的意义重大；对于那些传输能耗敏感但计算与存储开销不大的无线多媒体通信网络系统，尤其具有特殊的节能意义，并且，本发明对于改善大数据的流式传输和多媒体通信能力具有现实意义。

附图说明

图1为本发明的粒通信系统的总体架构示意图。

图2为本发明实施例1提供的基本粒通信系统架构图。

图3为本发明实施例1提供的基本同步模式粒通信系统工作原理流程图。

图4为本发明实施例1提供的基本异步模式粒通信系统工作原理流程图。

图5为本发明实施例1提供的使用冗余精确检测法的基本同步粒通信系统工作原理流程图。

图6为本发明实施例1提供的粒编码通信系统工作原理流程图。

图7为本发明实施例1提供的云Cache支持的粒通信系统工作原理流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步详细说明。为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采用的技术架构和方法，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于Cache支持的信息粒化通信系统及方法的两个实施例具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，一种或多种系统或方法所涉及的架构设施、通信模式、工作步骤、特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合、迭代或复用。

如图1所示，用于说明本发明所涉及的主要技术特征，相关说明在说明书“发明内容”部分进行了相关阐述。下面主要结合图1、图2、图3、图4和图5说明应用实例1的基本系统架构与工作方法，结合附图6说明其编码模式，结合附图7说明其云模式，以帮助本领域技术人员充分理解本发明的内容。为了方便描述和理解，以下实例都采用将一个当前信息分片深度粒化为4个信息粒来进行图解说明，实际的情况可以根据性能要求确定被粒化个数，并且可以进行不同层次的深度再粒化与融合处理。

实施例1

为了简单清晰地呈发明提出的粒通信的本质，如图2所示，描述了本发明的一个基本应用实例，在该实例中，只含粒分解、粒合成、粒检测与粒Cache模块，不含压缩和解压缩模块，也不含云模块，任何未经压缩与编码传输的数据内容均可以参照该实例。在该实例中，我们所要传输的内容C深度分解为一个m行*n列的矩形数据块(下面实例中现本取m＝n＝2)，通过在行和列的方向各做一次二分运算，内容C可被粒化为4个m/2行*n/2列的信息粒。在经典的通信系统中，当一个新的待传输内容C’到达，直接传输该内容，而不比较C’与C的关系；在某些已有的方法中，会进行整个数据块或者数据文件的比较，如果C’＝C，则通过Cache直接调用，比如当前一些Web Cache技术采用的是这个原理。本发明的实质是对传输内容进行粒分解，只要经过粒化后的内容则理论上可以减少这两者交集部分信息传输，从而节省通信开销。以本实例为例，如果将新信息C’同样以m/2行*n/2列进行粒化之后，发现其中存在与前面传输过的C的某个粒具有一致的粒头信息，说明该粒可能已经被发送，根据该粒头从发送端本地Cache取出该粒内容进行比较，在比较时可以采用冗余精确检测法，如确认一致则放弃该粒的传输，直接告知接收端从接收端的Cache中将该粒内容取出即可。

本实例说明中，c代表一个图像帧的内部16*16像素块,如果c与以前的某个粒整体相同,则直接调用原来的粒代替本次传输,如果不同,则启用本发明所述粒通信操作。如图3和图4所示，对这个基本粒化通信系统的同步粒头通信和异步粒头通信的过程进行描述，这里取m＝n＝2为例,即c的一个子粒的大小为8*8像素块。其具体实施步骤如下：

1)从发送端开始，发送信息c,例如一个16*16像素块的数据；

2)粒分解器将这个信息c进行深度分解构造出4个8*8的信息子粒c(1)、c(2)、c(3)、c(4)，满足完备性件c＝c(1)+c(2)+c(3)+c(4)；每个粒由粒头ch(i)和粒内容cc(i)构成，即c(i)→<ch(i),cc(i)>；

3)进行初步的粒头信息检测：对于所生成的4个信息子粒，采用同步发送或异步发送方式或混合模式进行初步的粒头信息检测；同步模式是指同时将所生成的这四个子粒的粒头信息一次性同时发送给接收端进行粒状态检测对信息粒进行检测(如图3)，异步模式是指每次发送一个粒头ch(i)给接收端进行粒状态检测(如图4)，混合模式是指根据需要程序控制异步和同步方式混合使用；本实例中发现粒c(3)的头信息ch(3)与接收端Cache中的CHTr表中有一致的对应项；

4)进一步进行粒内容冗余精确检测：当接收端获悉ch(3)在其GHTr中，将ch(3)的ID信息发回发送端进行检测；发送端状态检测器收到ch(3)的ID直接在自己的GDBs中调出以前曾发送给接收端的相应的粒(同样具有相同粒头)，与当前发送信息c的信息粒c(3)进行内容比较，比较粒内容是否一致的方法为∑|yi-xi|是否等于零,这里yi代表信息库内的与当前c(3)具有同名ID的粒内容的第i个元素的值，xi代表当前待发送信息c(3)的内容的第i个元素；如果两者一致，进行步骤5；如果两者不一致，说明c(3)的内容与粒库中的内容不相同，如图5中虚线所示，向接收端继续发送c(3)的内容；为了进一步提高传输效率，也可以只发送c(3)与待比较粒的残差信息，在接收端将其Cache粒中的内容与其对应的残差信息相加构成完整的c(3)；

5)接收端粒合并器直接从接收端Cache中的GDBr中提取具有与ch(3)粒头相同的信息粒的内容；

6)同时接收端将检测结果告知发送端：请求发送c(1)、c(2)和c(4),请不再发送c(3)；发送端响应相应请求，发送c(1)、c(2)和c(4)给接收端；

7)接收端提取接收到的信息粒的内容给接收端，交给粒合并器与cc(3)一起合并成完整的信息c，完成粒通信过程；同时，接收端将新收到的粒c(1)、c(2)和c(4)注入到接收端本地Cache中，更新GHTr和GDBr，供以后可能的复用。

上述有关粒通信的实例，可以方便采用并行处理，对信息粒的比较使用了两种方法，分别是粒内容冗余精确检测法和只比较粒头信息而不比较粒内容。异步粒通信和同步粒通信的主要差别是在第3步，异步模式一次只发送一个信息粒，而同步模式采用批处理方式，一次发送多个信息粒，有利于接收端进行并行处理，提高查询效率。显然，在更多组合的情况下，该发明可以应用于其它组合模式，即假设当前待传信息c被分解为m*n个信息粒，可以每批同步处理处理k个信息粒(k<m*n)。所述同步通信模式的具体过程如图3所示，所述异步通信模式的的具体过程如图4所示。粒内容冗余精确检测法中根据相同粒头的ID回访发送端粒内容比较的方法虽然增加发送端存储记忆和校验的代价，但是确定性保障粒头相同而内容不同的情况不会发生，本发明的该项特征保证了在原理上无差错的粒通信技术要求，对于高可靠数据通信十分重要。只对粒头进行检测的方法能提高粒头查询效率，减少单次通信会话开销。

实施例2

本实施例除以下内容以外，同实施例1：

为了简单清晰地描述本发明提出的带编解码功能进一步进行信息压缩的粒通信的本质，如图6所示，描述本发明提供的一种粒编码通信实例，该模式可以继承上述同步或异步粒通信的基本模式，并在此基础上增加针对子粒内容的编解码过程，其技术特征在于：

一、在发送端进行粒编码；在接收端进行粒解码；

1)对于需要进行经压缩传输的信息，例如视频或音频等，如图1所示，经过粒分解器101分解出来的信息粒，通过粒内容编码器102进行编码压缩，生成新的粒编码内容和粒头，发送给接收端；Cache缓存该粒的编码版本；

2)对于编码粒，在接收端需要经过粒内容解码器进行解码后交粒合成器合并，无论它是来自于本地Cache106还是来自于信源端。

二、工作步骤：

如图7所示，描述了一种支持编解码的粒通信系统，其工作原理的具体实施步骤如下：

1)从发送端开始，发送信息c；

2)粒分解器将这个信息c进行深度分解构造出4个粒c(1)、c(2)、c(3)、c(4)，满足完备性件c＝c(1)+c(2)+c(3)+c(4)；每个粒由粒头ch(i)和粒内容cc(i)构成，即c(i)→<ch(i),cc(i)>；

3)将每个粒进行压缩，获得每个粒的编码版本e(i)，并提取编码后的粒的粒头信息和粒内容，即e(i)→<eh(i),ec(i)>；

4)将所生成的一批编码粒粒头信息发送给接收端进行粒状态检测，发现相同信息粒头；本实例中发现粒e(3)的头信息eh(3)与接收端Cache中的CHTr表中有一致的对应项；

5)接收端粒解码器直接从接收端Cache中的GDBr中提取具有eh(3)粒头的信息进行粒解码，生成的粒内容cc(3)放入粒合并器中；

6)同时，接收端将检测结果告知发送端：请求发送e(1)、e(2)和e(4),请不发送e(3)；

7)发送端响应相应请求，发送e(1)、e(2)和e(4)给接收端；

8)接收端提取接收到的e(1)、e(2)和e(4)的内容ec(1)、ec(2)和ec(4)进行解码获得粒内容cc(1)、cc(2)和cc(4)，并发送给粒合并器；同时，接收端将新收到的编码粒e(1)、e(2)和e(4)注入到接收端本地Cache中，更新GHTr和GDBr，供以后可能的复用。

9)粒合并器将cc(1)、cc(2)、cc(4)与cc(3)一起合并成完整的信息c，完成粒通信过程。

实施例3

本实施例除以下内容以外，同实施例1：

实施例1之云通信模式在继承实施例1之基本通信系统的技术特征的基础之上增加了一个云Cache支持模块，为了更清楚描述本发明提出的云Cache支持的粒通信的实质，图7提供一个云Cache支持的粒通信模式的系统结构和工作方法，如图7所描述，为了减轻接收端r的存储负担和发送端s的发送开销，可以参照一定的规则，将一些稀疏访问的信息粒迁移到云端c，对于从发送端s发送过来的信息粒头，如果在接收端r本地Cache没有发现，接收端向信息粒的云Cache发起查询，如果发现其在云Cache中，则直接从云Cache中下载该信息粒的内容，而不从信源s发送端获取；如果接收端r的Cache和云Cache中都没有发现该信息粒则通知信源发送端发送该信息粒。这可以进一步地缓解信源发送端的能耗开销。图6所述云Cache支持的工作原理的特征如下：

一、在云端设置云Cache，在云中构建云粒头信息索引表GHTc和云粒信息库GDBc；

二、工作步骤：

1)从发送端开始，发送信息c；

2)粒分解器将这个信息c进行深度分解构造出4个粒c(1)、c(2)、c(3)、c(4)，满足完备性件c＝c(1)+c(2)+c(3)+c(4)；

每个粒由粒头ch(i)和粒内容cc(i)构成，即c(i)→<ch(i),cc(i)>；

3)同时将所生成的一批粒头信息一次性同时发送给接收端进行粒状态检测，发现相同信息粒头，本实例中发现粒c(3)的头信息ch(3)与接收端Cache中的CHTr表中有一致的对应项；

4)接收端粒合并器直接从接收端Cache中的GDBr中提取具有ch(3)粒头的信息；

5)接收端将检测结果告知云c：c(1)、c(2)和c(4)不在接收端Cache中，请求查询它们是否在云c的GHTc中；

6)通过云c查询，发现c(4)在云c中，然后直接从云c的粒信息库GDBc中提取c(4)的内容cc(4)发送到接收端的粒合并器中；同时回送信息告诉接收端:c(1)和c(2)不在云c中；该步骤减少了发送端信息发送的开销。

7)接收端获悉云c的信息后，通知发送端：请求发送c(1)和c(2),请不发送c(3)和c(4)；

8)发送端响应相应请求，发送c(1)和c(2)给接收端；

9)接收端提取接收到的c(1)和c(2)的内容cc(1)和cc(2)和给接收端交给粒合并器与cc(3)一起合并成完整的信息c，完成粒通信过程；同时，接收端将新收到的粒c(1)、c(2)和c(4)注入到接收端本地Cache中，更新GHTr和GDBr，供以后可能的复用。

10)根据一定的规则，例如访问频率低于某一阈值，接收端将一部分信息粒上载到云c中，以节省开销。

上述步骤中5)、6)、7)、10)是云Cache支持模式跟一般粒通信系统不同的地方。该方法的好处主要可以节省发送端的传送负载和接收端的存储开销。对于能耗敏感型无线传感器网和移动视频分享等方面不但可以节省大量冗余信息传输，同时有节能意义。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。