一种基于KCP协议的雷达数字视频低时延高可靠传输方法技术

本发明专利技术提供一种基于KCP协议的雷达数字视频低时延高可靠传输方法，属于船舶交通管理技术领域，本发明专利技术提供的无线网络下雷达数字视频低时延高可靠传输方法，当某个无线信道发生丢包时，采用自适应冗余度的FEC对视频数据进行编码，根据接收端反馈的丢包率自动调整FEC的冗余度，当某个无线信道发生丢包时，发送端及时的将视频数据包重传，保证雷达视频数据实时可靠的传输到接收端。本发明专利技术的技术方案解决了现有技术中的无线网络下雷达数字视频传输出现丢包的现象。现丢包的现象。现丢包的现象。

【技术实现步骤摘要】
一种基于KCP协议的雷达数字视频低时延高可靠传输方法


[0001]本专利技术涉及船舶交通管理
，具体而言，尤其涉及一种基于KCP协议的雷达数字视频低时延高可靠传输方法。

技术介绍

[0002]雷达数字视频采用数字微波传输，也就是无线传输方式，无线传输具有高误码率和高丢包率的缺点。雷达数字视频包含目标的距离、方位和尺寸等信息，因此，数字视频的传输质量不仅影响雷达图像的显示效果，更会影响目标参数的录取精度和可靠性。随着分辨率和测量精度的要求的不断提高，所产生的雷达数字视频数据量将大大增加，工程应用中要求我们传输准确更可靠的雷达图像并保证实时性。
[0003]目前，实现可靠数据传递的方法主要采用TCP协议或者SCTP协议。TCP和SCTP都是基于流的传输协议，都有十分复杂的保证可靠传输的机制，应用于通信中时都将不可避免地增加系统的开销并降低通信效率，而UDP虽然开销小、速率高，但它是基于消息的不可靠传递协议，为此就自然地考虑到在UDP的基础上增加一些为保证可靠数据传递所必需的功能，使其成为一个基于消息的可靠传递协议，即KCP协议。KCP协议为确保数据传输的可靠性，接收端检测到丢包后会要求发送端重传报文，这将大大增加数据传输时延，并占用额外带宽重传数据，影响到后续数据段的传输。因此，减少丢包重传对于提升网络传输速率具有重要意义。
[0004]前向纠错是解决丢包重传问题的有效方法，其核心是通过冗余数据段，降低重传的概率。通过前向纠错机制，接收端即使发现了丢包，仍然可以基于接收到的冗余数据段，恢复丢失的信息，避免报文重传。基于前向纠错的KCP的传输机制工作于应用层与IP层之间，报文在KCP层根据最大报文长度(Maximum Segment Size,MSS)形成待发送的数据段后，通过前向纠错编码生成一个或多个冗余数据段，并可通过设定纠错编码的参数调节冗余数据段的比例。冗余段与有效数据段的比值越大，丢包恢复能力越强，但传输相同数量有效数据需要的额外带宽也越多；反之，则丢包恢复能力越低，额外传输代价也相对较低。提高冗余段比例能够减少丢包的概率，减少重传，进而减少数据段的传输时间，但是由于可用带宽是有限的，冗余段比例增加会使得冗余段占用的带宽增加，有效数据段可用的带宽减少，又会使得数据段完成传输的时间变长。

技术实现思路

[0005]根据上述提出无线网络下雷达数字视频传输丢包问题，提供一种基于KCP协议的雷达数字视频低时延高可靠传输方法。本专利技术主要利用基于KCP协议的自适应调整的前向纠错机制，最大限度地对传输时间进行优化。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种基于KCP协议的雷达数字视频低时延高可靠传输方法，包括：
[0008]S1、发送端将雷达数据帧按顺序打包为一个以上的KCP包，并按顺序编号，将编号
附加于数据包；
[0009]S2、当雷达数据的长度大于最大传输单元MTU时，将雷达数据中长度大于最大传输单元MTU的帧切割，分块封装到多个KCP包中，当达数据的长度小于最大传输单元MTU时，将数据直接封装为KCP包中；
[0010]S3、发送端将KCP包拷贝到发送缓冲区中，以备发送失败时调用重发；发送端将所述数据包按顺序发送出去，并记录每个数据包的初次发送时间和上次发送时间；
[0011]S4、通过基于丢包率统计的冗余段比例调整算法，对前向纠错FEC的参数进行动态设置，得到自适应冗余度的FEC；
[0012]S5、采用自适应冗余度的FEC对KCP数据包进行编码得到编码后的数据包；
[0013]S6、采用无线信道UDP对编码后的数据包进行传输；
[0014]S7、接收端对数据包进行FEC解码；
[0015]S8、接收端接收KCP包中的数据，并同时将接收的数据拷贝到接收缓冲区中；
[0016]S9、接收端根据KCP包中的序号确定缓冲区数据的处理方式，处理方式包括：丢弃、解码或重发；
[0017]S10、接收端每间隔一定时间将收到的数据包的序号封装在一个确认包中，发给发送端；
[0018]S11、接收端对解析后的雷达视频数据进行组包。
[0019]进一步地，所述步骤S4中，通过计算KCP链路上的丢包率，应对网络情况的变化对FEC的冗余度进行调整，FEC冗余度＝n/(k+n)，其中，信息位长度为k，校验位长度为n。
[0020]进一步地，采用KCP协议自带的丢包重传机制计算所述KCP链路上的丢包率，具体的：
[0021]判断重传数据段：由于KCP数据段都有数据段序号，对重传数据段的判断可以通过数据段序号进行；对于每个统计丢包率的时间间隔，记录下该时间间隔中第一个到达的数据段的序号，作为这个时间间隔中的最小序号与最大序号的初始值，根据后续数据段的序号更新该时间间隔内最大序号的值，并统计该时间间隔内的数据段总数；如果发出的数据段的序号在当前的最大序号和最小序号之间，根据KCP数据段的编号规则可以得知当前发出的数据段是重传数据段；
[0022]计算KCP链路上的丢包率：对丢失的数据段的数量进行更改，在时间间隔结束时，发送端将时间间隔内发送的总数据段与成功传输的数据段的数量进行统计，计算得到KCP链路上的丢包率L。
[0023]进一步地，所述应对网络情况的变化对FEC的冗余度进行调整，具体如下：
[0024]当网络状况变差时，需要提高数据传输的冗余度，考虑到每一轮数据的丢包具有随机性，因此不能只根据一个时刻的丢包率上升就提高冗余度；
[0025]连续三个时刻丢包率L上升时，能够比较准确地反映出网络状况变差的情况，因此当连续3个时刻丢包率L都上升时增加冗余数据段的数量；
[0026]当网络状况变好时，KCP链路是较为稳定的，且丢包率L较低，此时需要降低冗余比例来提高数据传输的有效速率；
[0027]当丢包率L为0时，说明传输后没有数据丢失，此时FEC的冗余度为0，能够有效的节省带宽。
[0028]进一步地，所述步骤S5中，自适应冗余度的FEC具体为：
[0029]根据发送端统计的丢包率调整发送端的FEC的冗余度，当丢包率较低时降低FEC的冗余度，提高带宽利用率，当丢包率较高时提高FEC的冗余度，提高传输的可靠性。
[0030]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0031]本专利技术提供的无线网络下雷达数字视频低时延高可靠传输方法，当某个无线信道发生丢包时，采用自适应冗余度的FEC对视频数据进行编码，根据接收端反馈的丢包率自动调整FEC的冗余度，当某个无线信道发生丢包时，发送端及时的将视频数据包重传，保证雷达视频数据实时可靠的传输到接收端。
[0032]基于上述理由本专利技术可在船舶交通管理等领域广泛推广。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于KCP协议的雷达数字视频低时延高可靠传输方法，其特征在于，包括：S1、发送端将雷达数据帧按顺序打包为一个以上的KCP包，并按顺序编号，将编号附加于数据包；S2、当雷达数据的长度大于最大传输单元MTU时，将雷达数据中长度大于最大传输单元MTU的帧切割，分块封装到多个KCP包中，当达数据的长度小于最大传输单元MTU时，将数据直接封装为KCP包中；S3、发送端将KCP包拷贝到发送缓冲区中，以备发送失败时调用重发；发送端将所述数据包按顺序发送出去，并记录每个数据包的初次发送时间和上次发送时间；S4、通过基于丢包率统计的冗余段比例调整算法，对前向纠错FEC的参数进行动态设置，得到自适应冗余度的FEC；S5、采用自适应冗余度的FEC对KCP数据包进行编码得到编码后的数据包；S6、采用无线信道UDP对编码后的数据包进行传输；S7、接收端对数据包进行FEC解码；S8、接收端接收KCP包中的数据，并同时将接收的数据拷贝到接收缓冲区中；S9、接收端根据KCP包中的序号确定缓冲区数据的处理方式，处理方式包括：丢弃、解码或重发；S10、接收端每间隔一定时间将收到的数据包的序号封装在一个确认包中，发给发送端；S11、接收端对解析后的雷达视频数据进行组包。2.根据权利要求1所述的基于KCP协议的雷达数字视频低时延高可靠传输方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过计算KCP链路上的丢包率，应对网络情况的变化对FEC的冗余度进行调整，FEC冗余度＝n/(k+n)，其中，信息位长度为k，校验位长度为n。3.根据权利要求2所述的基于KCP协议的雷达数字视频低时延高可靠传输方法，其特征在于，采用KCP协议自带的丢包重传机制计算所述KCP链路上的丢包率，具体的：判断重传数...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳晓鸣，赵可欣，林伟荣，杜莎莎，李博文，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：