本發(fā)明涉及tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和糾錯，尤其涉及一種含噪tcp會話流初始序列號估計方法及相關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在深空通信、戰(zhàn)場通信中，高誤碼嚴重影響通信性能。傳統(tǒng)的前向糾錯(fec)、自動請求重傳(arq)存在局限。這是因為，誤碼率較高時，fec的糾錯能力急劇下降。常見的信道碼在信道誤比特率低于10-3時可以正常工作，但是信道誤比特率高于此，信道碼幾乎無糾錯能力。arq技術(shù)則需要通信場景中存在反饋信道，這限制了該類方法的應(yīng)用。

2、香農(nóng)信息論指出，利用冗余信息可以對數(shù)據(jù)糾錯，提高傳輸可靠性。已有文獻(如文獻1“upadhyaya?p,jiang?a?a.representation-oblivious?error?correction?bynatural?redundancy[c]//icc?2019-2019ieee?international?conference?oncommunications(icc).ieee,2019”；文獻2“upadhyaya?p,jiang?a.machine?learning?forerror?correction?with?natural?redundancy[j].2019.doi:10.48550/arxiv.1910.07420”)系統(tǒng)地提出“自然冗余”的概念。“自然冗余”是與“人工冗余”相對的。人工冗余是指，為了提高傳輸可靠性而在數(shù)據(jù)中加入的冗余。典型的人工冗余是信道編碼。例如，(1296,1080)系統(tǒng)ldpc碼中，每1080位信息比特增加216比特校驗位，構(gòu)成長度為1296的信道碼；接收端可利用校驗位對信息位糾錯，從而提高數(shù)據(jù)的可靠性?！白匀蝗哂唷笔侵覆⒎菫樘岣邆鬏斂煽啃远霈F(xiàn)在數(shù)據(jù)中冗余。上述文獻中，針對文件存儲的場合，指出壓縮數(shù)據(jù)中存在冗余。這主要由兩個原因造成，一是完美的壓縮算法計算復(fù)雜度過高，實際中傾向于使用復(fù)雜度低、但是壓縮效果低于理想情況的算法；二是語音圖像等數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)模型本身十分復(fù)雜，難以設(shè)計最優(yōu)壓縮算法。因此，已有文獻研究利用信源數(shù)據(jù)中殘留的冗余對噪聲污染的數(shù)據(jù)糾錯。

3、以tcp/ip為代表的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)化傳輸中主流的協(xié)議標準。它采用分層的設(shè)計方法，即，讓兩個通信實體的“對等層”之間可以通信。在分層設(shè)計下，報文控制字段中存在冗余。如：同一會話流、同一方向上所有分組具有相同的源和目的ip；傳輸層協(xié)議號字段，占據(jù)一個字節(jié)，但是實際上大概率取6和17(分別表示該報文傳輸層采用tcp協(xié)議和udp協(xié)議)。研究如何挖掘和利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的冗余，對報頭關(guān)鍵字段進行糾錯，是很有價值的。這是由于，相對于數(shù)據(jù)字段，報頭對還原、重建用戶數(shù)據(jù)更為關(guān)鍵。報頭字段出錯可能導(dǎo)致會話無法還原。而數(shù)據(jù)字段出錯、甚至丟失，對很多場合并不是致命的。例如，音頻和視頻數(shù)據(jù)中，部分錯誤對文件沒有顯著影響。

4、tcp協(xié)議中，用戶數(shù)據(jù)被封裝為若干個報文，以發(fā)送序列號標記報文的先后次序，接收端根據(jù)序列號從小到大的順序?qū)笪呐判?，從而還原用戶數(shù)據(jù)。序列號字段，對重組會話流、還原用戶數(shù)據(jù)有著至關(guān)重要的作用，序列號字段出錯時，即使該報文大部分都是正確的，這個報文也會被丟棄。圖1給出了不同信道誤比特率下，“發(fā)郵件”的會話流中，序列號字段出錯時的會話重組和報文還原結(jié)果。注意，為了突出顯示“序列號”字段錯誤對還原用戶數(shù)據(jù)的重要作用，這里僅假設(shè)序列號字段出錯、報文的其他部分不出錯。圖1中，(a)是誤比特率為0時還原的郵件，(b)是誤比特率為1e-3時還原的郵件，此時，序列號錯誤導(dǎo)致部分報文被丟棄，還原出來的郵件體殘損；(c)是誤比特率為1e-2時的情形，報文錯誤過多，無法還原郵件。

5、研究高誤比特率條件下會話流重組，關(guān)鍵是對含錯報文序列號的糾錯。文獻(陳越新,鄭輝,趙艷秋,等.基于序列號的一種數(shù)據(jù)包容錯排序算法[j].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2009(24):4.doi:cnki:sun:whgy.0.2009-24-030.)研究了該問題。建立了容錯排序模型，推導(dǎo)了“順序統(tǒng)計量”，設(shè)計了容錯的排序算法。該文獻中通過實驗(本發(fā)明不再贅述)給出了該算法和不做容錯處理時的正確率。從實驗結(jié)果看到，在誤比特率處于1e-5到1e-3范圍內(nèi)，會話流包含100個報文時，該算法的錯誤率為0；會話流包含10個報文時，該算法的錯誤率為0。但是，當(dāng)誤比特率再增加，取5e-2時，會話流包含100個報文時錯誤率是0.118。會話流包含10個報文的性能也沒有測試。更高的誤比特率也沒有測試結(jié)果。事實上，該文獻的方法未能充分挖掘利用會話流中發(fā)送序列號和報文長度的關(guān)系，在高誤比特率條件下性能比較差，還不足以支撐會話流重建。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了在高誤比特率條件下也能夠?qū)崿F(xiàn)會話流的重建，本發(fā)明提供一種含噪tcp會話流初始序列號估計方法及相關(guān)設(shè)備。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種含噪tcp會話流初始序列號估計方法，包括：

3、步驟1：接收目標會話流的n個報文的含噪序列號y＝{y1,y2,…,yn}，yi表示第i個報文的含噪序列號，i＝1,…,n；

4、步驟2：利用yi(1),i＝1,…,n，計算初始序列號第一位的最大似然估計，yi(1)表示yi的第1位的取值；

5、步驟3：利用yi(k),i＝1,…,n，k＝2,…seqlen,計算初始序列號第2位至第seqlen位的最大似然估計；其中，seqlen是初始序列號的二進制表示的總比特數(shù)，yi(k)表示yi的第k位的取值。

6、進一步地，步驟2具體包括：

7、獲取yi(1),i＝1,…,n；

8、令o1(1)＝y(tǒng)1(1)，按照下式確定o2(1),…,on(1)，i＝2,…,n；

9、

10、其中，表示對yi(1)取反，即，若yi(1)＝1，則若yi(1)＝0，則li表示n個報文構(gòu)成的報文序列中，第i個報文之前的報文長度之和，即其中，lj是當(dāng)前報文序列中第j個報文的長度；根據(jù)tcp協(xié)議規(guī)范，存在si＝s1+li，i＝2,…n；其中si表示第i個報文的序列號，表示li的第k位；

11、以表示待估計的初始序列號的第1位的取值；

12、若滿足則判決為否則，

13、進一步地，步驟2還包括：

14、令表示在計算si＝s1+li時，從第k-1位向第k位的進位的取值；

15、第1位向第2位進位的取值的計算公式為

16、

17、進一步地，步驟3中，按照預(yù)設(shè)過程計算得到初始序列號第k位的最大似然估計，k＝2,…,seqlen，所述預(yù)設(shè)過程具體包括：

18、獲取yi(k),i＝1,…,n；

19、令o1(k)＝y(tǒng)1(k)，按照下式確定o2(k),…,on(k)，i＝2,…,n；

20、

21、若滿足則判決為否則，其中，si(k)的估計；

22、并按照下式確定從第k位向第k+1位的進位的取值

23、

24、第二方面，本發(fā)明提供一種含噪tcp會話流初始序列號估計裝置，包括：

25、接收模塊，用于接收目標會話流的n個報文的含噪序列號y＝{y1,y2,…,yn}；yi表示第i個報文的含噪序列號，i＝1,…,n；

26、第一估計模塊，用于利用yi(1),i＝1,…,n，計算初始序列號第一位的最大似然估計；yi(1)表示yi的第1位的取值；

27、第二估計模塊，用于利用yi(k),i＝1,…,n，k＝2,…seqlen,計算初始序列號第2位至第seqlen位的最大似然估計；其中，seqlen是初始序列號字段的二進制表示的總比特數(shù)，yi(k)表示yi的第k位的取值。

28、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲可被處理器執(zhí)行的程序代碼，所述處理器執(zhí)行所述程序代碼時實現(xiàn)如第一方面所述的一種含噪tcp會話流初始序列號估計方法。

29、第四方面，本發(fā)明提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如第一方面所述的一種含噪tcp會話流初始序列號估計方法。

30、本發(fā)明的有益效果：

31、本發(fā)明提供的一種含噪tcp會話流初始序列號估計方法及相關(guān)設(shè)備，通過利用tcp協(xié)議中同一會話流的報文發(fā)送序列號與報文長度的約束關(guān)系，把n個報文中含噪的序列號字段si,i＝1,2,…,n，作為初始序列號s1的n次獨立觀測，逐比特地對初始序列號進行迭代估計。相比于已有方法，該方法可以工作在誤比特率為1e-1、5e-2、1e-2等高誤比特率環(huán)境下，大大提升初始序列號估計正確率。