基于喷泉码的短波通信双向传输方式的制作方法
【专利摘要】本发明公开了基于喷泉码的短波通信双向传输方式，其为一种短波无线通信数据传输方式，特别是针对无线传输信道不稳定，传输不可靠的情况制定的一种传输方式，属于短波电台无线通信系统、数据编解码等相关技术领域。基于喷泉码的短波通信系统由中控模块、通信协议处理模块和数据链路处理模块组成。其中通信协议处理模块有编解码单元、组帧单元和调速单元组成。利用喷泉码的码率无关性和其大规模数据分发和可靠广播的应用特点结合收方状态回馈进行自适应变速和加减单次发送量能够极大提高发送效率。
【专利说明】
基于喷泉码的短波通信双向传输方式
技术领域
[0001]本发明涉及一种短波无线通信数据传输方式，特别是针对无线传输信道不稳定， 传输不可靠的情况制定的一种传输方式，属于短波电台无线通信系统、数据编解码等相关技术领域。【背景技术】
[0002]短波是指波长在100m?10m之间，频率在3MHz?30MHz的电磁波。短波通信是借助短波实现的一种通信方式。短波通信通过发射电波经电离层的反射到达接收设备，可以实现较远距离的无线通信，是远程通信的主要手段。尽管新的无线通信方式不断涌现，但短波通信这一种古老而又传统的通信方式依靠其天然的优势不仅没有被淘汰，反而仍然受到全世界的普遍重视，在不断的快速更新发展。因为它有着其它通信系统不具备的优点。首先， 短波是唯一不受网络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段，如果发生战争或灾害，各种通信系统都可能受到破坏或者攻击，包括手机基站、电话线路、卫星系统等，一旦中继系统受到破坏，直接影响整个区域的无线网络通信，造成不可预估的损失。无论哪种通信方式， 其抗毁能力和自主通信能力都与短波无法媲美。其次，在山区、戈壁、海洋等地区，中继基站覆盖不到，主要依靠短波与卫星实现远距离通信，短波与卫星通信相比，不用支付服务费用，运行成本低。由于短波的通信距离远，设备携带方便，使其成为主要的军事通信方式。短波通信中多采用点播和广播的形式，适合多种应用场景，有较高的实用价值，比如上级对下级各部门下发文件，信息采集回传或是灾情或战事汇报以及指挥战场等都体现了短波通信的重要用途。
[0003]由于短波通信是无线通信，传输的可靠性尤其重要的。短波通信发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备，但电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响，面对这种现象前人提出了很多方案，比如自适应技术、猝发传输技术、数字信号处理技术、差错控制技术、扩频技术等。但除此之外从短波数据的编解码和传输方式方面也可以很大程度的提高传输效率，避免资源浪费。一直以来为了完整传输文件都是采用编码后多次重发的方式来保证对端可以收到文件完整内容，但这样传输时间长，效率低，很难快速的收发文件。而且收发双方对文件传输具体状况都很难把握，所以一种快速、可靠的传输方式极为重要。
【发明内容】
[0004]基于现存在的发送效率低和发送状态难以把握的问题，本发明提出一种基于喷泉码编码与自适应跳频的双向数据传输方法，在短波窄带内300bit/s到2.4kbit/s自适应传输。利用喷泉码的码率无关性和其大规模数据分发和可靠广播的应用特点结合收方状态回馈进行自适应变速和加减单次发送量能够极大提高发送效率。
[0005]所谓喷泉码，是指这种编码的发送端随机编码，由k个原始分组生成任意数量的编码分组，源节点在不知道这些数据包是否被成功接收的情况下，持续发送数据包。而接收端只要收到k(l+e)个编码分组的任意子集，即收到一个稍微大于原来k值得N，就可通过译码以高概率(和e有关)成功地恢复全部原始分组。
[0006]基于喷泉码的短波通信系统由中控模块、通信协议处理模块和数据链路处理模块组成。其中通信协议处理模块有编解码单元、组帧单元和调速单元组成。
[0007]双向传输方法具体如下:
[0008]步骤一:中控模块读入一个文件，将文件进行分块处理，小于一块按照一块来处理。将一块数据发给通信协议处理模块
[0009]步骤二:通信协议处理模块将接收到的块数据按照规定大小分包，求出总包数N = D/S，D为块数据的大小，S为每包的数据量。
[0010]步骤三:确定首次发送的数据包数，对这些数据包进行一定冗余的喷泉编码。
[0011]步骤四:对每包数据加入校验位和包信息，包信息包括发送端ID、接收方ID、块ID、 包总数和当前包号组成一帧数据。
[0012]步骤五:将一帧数据给数据链路处理模块，数据链路处理模块将收到的一帧数据按照窄带电台的数据格式发送给发送端窄带电台，由电台将数据以短波方式发射出去。
[0013]步骤六:接收端窄带电台收到数据后，通过校验位得到每帧数据是否正确，本次接收完成后统计包正确率和接收信噪比组成勤务信息。
[0014]步骤七:接收端电台将勤务信息数据包发送给发端窄带电台。
[0015]步骤八:发端窄带电台收到勤务信息后，对勤务信息解码获得上次发送的包正确率和信噪比，作为参数给通信协议处理模块通信协议处理模块的调速单元。
[0016]步骤九:调速单元根据上次的包正确率和信噪比计算出下次发送的包数和发送速率。
[0017]步骤十:重复步骤四到步骤九，直到收端窄带电台收到足够的数据包可以进行喷泉码译码。
[0018]步骤十一:接收端通信协议处理模块进行喷泉译码，恢复所传数据信息。
[0019]步骤十二:译码成功则再次发送勤务信息给发端电台，通知发送端本块数据发送完成。
[0020]步骤十三:发送端解析出块数据发送完成的勤务信息后，中控模块将下一块数据发给通信协议处理模块。重复步骤二到步骤十三，直到所有数据块发送完成。
[0021]步骤十四:发送端电台收到发送完成的勤务时立即停止发送，如果超时没有收到完成勤务，则发送端电台重复发送三次后自动复原。
[0022]与现有技术相比，本发明具有下有益效果。
[0023]本专利提出的基于喷泉码的双向传输方式相比原来单使用喷泉码或是其他双向传输方式是一种新的方式，将喷泉码编码的随意性和双向通信的互通性相结合，能更好适用于信道相对不稳定的短波传输过程中，本文提出的调速方案能够很好的结合短波带宽情况，针对短波信道情况最大可能的传输数据，能够在信道良好的情况下，持续高速传输，信道质量差的情况下低速反复传输，尽可能达到最高的信道利用率。【附图说明】[〇〇24] 图1硬件连接图
[0025]图2软件结构图 [〇〇26] 图3中控模块分块处理 [〇〇27]图4双向发送流程图
[0028]图5双向接收流程图
[0029] 图6速率调整流程图
[0030]具体实施方法
[0031]为了使本发明的内容被清楚的理解，下面根据具体实例并结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0032]本发明的硬件连接方式如图1所示，电脑通过串口服务器与窄带电台连接;程序运行在PC端，通过串口服务器给窄带电台。[〇〇33] PC端的程序结构如图2所示，中控模块负责对整个系统的控制，文件读入和文件分块处理如图3所示，64K为一块，不足一块作为一块处理;文件块格式如下所示:
[0034]传输块ID;文件ID;文件名长度;文件名；文件大小;文件块序列号;文件块长度;文件数据
[0035]模块之间用套接字进行通信，通信协议格式如下所示:
[0036]AA55;数据长度;接收ID;发送ID;传输类型;结构；[〇〇37]结构分为数据、指令、状态；
[0038]数据格式为:数据名称;数据长度;数据；[〇〇39]指令格式为:指令名称;指令长度;指令；
[0040]状态格式为:状态名称;状态长度;状态；[0041 ]通信协议处理模块负责将文件打包组帧，帧结构如下所示:[〇〇42]接收方ID;发送方ID;块ID;总包数；当前包号;数据；
[0043]文件分块后，确定首次发送的包数，然后进行喷泉编码，每帧数据编码前为109字节，编码后113字节编码完成后开始发送，发送的流程图如图4所示，按最低速率发送，首次发送时长为30秒的数据包，等待收端返回的勤务数据信息。[〇〇44]接收流程如图5所示，接收端首次接收完成后将本次接收的情况进行统计然后发送勤务数据给发送端，勤务数据的结构如下所示，其中参数为接收信噪比:[〇〇45]接收方ID;发送方ID;勤务类型;勤务流水号;总包数;收到的包数;参数
[0046]发端收到勤务数据后根据接收的包正确率和信噪比确定下次发送的速率和包数， 调速方案如图6所示。包正确率高于80%升速，低于50%降速，如果速率不变信噪比高于17 分贝则发送时长扩大三倍。然后继续发送直到整个文件发送完成为止。
【主权项】
1.基于喷泉码的短波通信双向传输方式，其特征在于:利用喷泉码的码率无关性和其 大规模数据分发和可靠广播的应用特点结合收方状态回馈进行自适应变速和加减单次发 送量能够极大提高发送效率；所谓喷泉码，是指这种编码的发送端随机编码，由k个原始分组生成任意数量的编码分 组，源节点在不知道这些数据包是否被成功接收的情况下，持续发送数据包;而接收端只要 收到k(l+e)个编码分组的任意子集，即收到一个稍微大于原来k值得N，就通过译码以高概 率(和e有关)成功地恢复全部原始分组；基于喷泉码的短波通信系统由中控模块、通信协议处理模块和数据链路处理模块组 成;其中通信协议处理模块有编解码单元、组帧单元和调速单元组成；双向传输方法具体如下:步骤一:中控模块读入一个文件，将文件进行分块处理，小于一块按照一块来处理;将 一块数据发给通信协议处理模块步骤二:通信协议处理模块将接收到的块数据按照规定大小分包，求出总包数N=D/S， D为块数据的大小，S为每包的数据量；步骤三:确定首次发送的数据包数，对这些数据包进行一定冗余的喷泉编码；步骤四:对每包数据加入校验位和包信息，包信息包括发送端ID、接收方ID、块ID、包总 数和当前包号组成一帧数据；步骤五:将一帧数据给数据链路处理模块，数据链路处理模块将收到的一帧数据按照 窄带电台的数据格式发送给发送端窄带电台，由电台将数据以短波方式发射出去；步骤六:接收端窄带电台收到数据后，通过校验位得到每帧数据是否正确，本次接收完 成后统计包正确率和接收信噪比组成勤务信息；步骤七:接收端电台将勤务信息数据包发送给发端窄带电台；步骤八:发端窄带电台收到勤务信息后，对勤务信息解码获得上次发送的包正确率和 信噪比，作为参数给通信协议处理模块通信协议处理模块的调速单元；步骤九:调速单元根据上次的包正确率和信噪比计算出下次发送的包数和发送速率； 步骤十:重复步骤四到步骤九，直到收端窄带电台收到足够的数据包可以进行喷泉码 译码；步骤十一:接收端通信协议处理模块进行喷泉译码，恢复所传数据信息；步骤十二:译码成功则再次发送勤务信息给发端电台，通知发送端本块数据发送完成； 步骤十三:发送端解析出块数据发送完成的勤务信息后，中控模块将下一块数据发给 通信协议处理模块;重复步骤二到步骤十三，直到所有数据块发送完成；步骤十四:发送端电台收到发送完成的勤务时立即停止发送，如果超时没有收到完成 勤务，则发送端电台重复发送三次后自动复原。2.根据权利要求1所述的基于喷泉码的短波通信双向传输方式，其特征在于:本传输方 式的硬件中，电脑通过串口服务器与窄带电台连接;程序运行在电脑端，通过串口服务器给 窄带电台；电脑端的程序结构中，中控模块负责对整个系统的控制，文件读入和文件分块处理， 64K为一块，不足一块作为一块处理;文件块格式如下所不:传输块ID;文件ID;文件名长度;文件名；文件大小;文件块序列号;文件块长度;文件数据模块之间用套接字进行通信，通信协议格式如下所示:AA55;数据长度;接收ID;发送ID;传输类型;结构；结构分为数据、指令、状态；数据格式为:数据名称;数据长度;数据；指令格式为:指令名称;指令长度;指令；状态格式为:状态名称;状态长度;状态；通信协议处理模块负责将文件打包组帧，帧结构如下所示:接收方ID;发送方ID;块ID;总包数；当前包号;数据；文件分块后，确定首次发送的包数，然后进行喷泉编码，每帧数据编码前为109字节，编 码后113字节编码完成后开始发送，按最低速率发送，首次发送时长为30秒的数据包，等待 收端返回的勤务数据信息；接收端首次接收完成后将本次接收的情况进行统计然后发送勤务数据给发送端，勤务 数据的结构如下所示，其中参数为接收信噪比:接收方ID;发送方ID;勤务类型;勤务流水号;总包数;收到的包数;参数；发端收到勤务数据后根据接收的包正确率和信噪比确定下次发送的速率和包数，包正 确率高于80 %升速，低于50 %降速，如果速率不变信噪比高于17分贝则发送时长扩大三倍； 然后继续发送直到整个文件发送完成为止。
【文档编号】H04L1/00GK105959085SQ201610500094
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】赵德群, 陈鹏宇, 孙光民, 杨起
【申请人】北京工业大学