FEC前半部分

Makefile

@@ -1,7 +1,7 @@
 # Makefile for ThuThesis
 
 PACKAGE = thuthesis
-THESIS  = thuthesis-bachelor-thesis
+THESIS  = bachelor-thesis
 
 SOURCES = $(PACKAGE).ins $(PACKAGE).dtx
 CLSFILE = dtx-style.sty $(PACKAGE).cls

data/chap02.tex

@@ -23,16 +23,27 @@ VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network，虚拟可扩展局域网）\cite
 
 NVGRE（Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation，基于路由封装的网络虚拟化）\cite{rfc7637nvgre}是另一种主要的虚拟隧道协议。该协议主要应用于微软的Hyper-V虚拟环境中\cite{microsoft_nvgre}。NVGRE将二层的MAC包封装在GRE隧道包内通过公网传递，利用GRE协议中的Key字段传递包所属的虚拟子网标识（Virtual Subnet ID, VSID）以及流标识（FlowID）。NVGRE同样以24比特标识虚拟网络的名称，因此也可以支持最多约1600万个虚拟子网。同时，NVGRE支持在同一子网内进一步通过流标识来区分不同的数据流，为更精细地管理流量和流量均衡提供了支撑。然而，这要求物理网络设备具备识别和处理这些字段的能力，对在公网部署带来了一定的挑战。
 
-Geneve（Generic Network Virtualization Encapsulation，通用虚拟化网络封装技术）\cite{rfc8926geneve}是IETF新提出的通用网络虚拟化封装协议，旨在以单一、可扩展的封装格式取代碎片化的VXLAN、NVGRE等多种隧道协议，以维持生态统一。Geneve也采用MAC over UDP的封装，通过灵活配置的元数据传递机制满足多种网络虚拟化需求。Geneve也使用24比特的虚拟网络标识（Virtual Network Identifier, VNI）来区分不同的虚拟网络，支持的网络数量与VXLAN、NVGRE等协议相当。与VXLAN等协议不同，Geneve允许在头部后添加可变长度和数量的控制位和控制信息，可以有效满足不同虚拟网络的需求，增强了可扩展性。Geneve协议通过设计可选的元数据空间，允许在不修改协议的前提下引入新功能，自推出以来已经逐步得到各类虚拟网络平台的支持\cite{ovn_geneve,vmware_nsxt_geneve}。Geneve功能丰富，可拓展型强，但是协议较为复杂，适配难度较大。
+Geneve（Generic Network Virtualization Encapsulation，通用虚拟化网络封装技术）\cite{rfc8926geneve}是IETF新提出的通用网络虚拟化封装协议，旨在以单一、可扩展的封装格式取代碎片化的VXLAN、NVGRE等多种隧道协议，以维持生态统一。Geneve也采用MAC over UDP的封装，通过灵活配置的元数据传递机制满足多种网络虚拟化需求。Geneve也使用24比特的虚拟网络标识（Virtual Network Identifier, VNI）来区分不同的虚拟网络，支持的网络数量与VXLAN、NVGRE等协议相当。与VXLAN等协议不同，Geneve允许在头部后添加可变长度和数量的控制位和控制信息，可以有效满足不同虚拟网络的需求，增强了可扩展性。Geneve协议通过设计可选的元数据空间，允许在不修改协议的前提下引入新功能，自推出以来已经逐步得到各类虚拟网络平台的支持\cite{ovn_geneve,vmware_nsxt_geneve}，但是协议较为复杂，适配难度较大。
 
 \section{链路质量优化}
 
-低质量的链路由于负载大或部分设备运行故障，容易出现丢包或者延迟波动。在这些低质量的链路上进行传输时，即使链路还有可用的传输带宽，也会出现丢包或是延迟波动。即使TCP\cite{rfc9293tcp}等可靠传输协议通过重传确保了所有数据包的可靠传输，但性能较差。这是因为TCP依靠超时重传来在确保所有数据都最终送达至接收端，即使使用了基于重复ACK的快速重传机制，恢复单个丢失的包也至少要经历接收端检测丢包——请求发送端重传——发送端重传包送达恢复的过程，至少需要一个往返时延（Round Trip Time, RTT）才能恢复。对于一条在云网络中的跨域链路，往返时延可能达到\SI{300}{ms}或更长，如此缓慢的丢包恢复不仅会阻塞后续数据包的发送，也会极大地影响实时媒体服务如影视直播、视频通话等应用的用户体验。
+低质量的互联网链路由于负载较大或部分设备运行故障，容易出现丢包或者延迟波动。在这些低质量的链路上进行传输时，即使链路还有可用的传输带宽，也会出现丢包或是延迟波动。即使TCP\cite{rfc9293tcp}等可靠传输协议通过重传确保了所有数据都能可到送达，但性能较差。这是因为TCP协议依靠超时重传来在确保所有数据都最终送达至接收端，即使使用了基于重复ACK的快速重传机制，恢复单个丢失的包也至少要经历接收端检测丢包——请求发送端重传——发送端重传包送达恢复的过程，至少需要一个往返时延（Round Trip Time, RTT）才能恢复。对于一条在云网络中的跨域链路，往返时延可能达到\SI{300}{ms}或更长，如此缓慢的丢包恢复不仅会阻塞后续数据包的发送，也会极大地影响实时媒体服务如影视直播、视频通话等应用的用户体验。
 
-针对此问题，研究者们提出了多种解决方案，其中前向纠错编码（Forward Error Correction, FEC）被广泛地用于应对链路传输中的丢包。
+针对此问题，研究者们提出了多种解决方案，其中前向纠错编码（Forward Error Correction, FEC）被广泛地用于应对链路传输中的丢包。其基本思想是，在发送数据时直接加入一部分冗余信息，以确保在部分信息丢失时，接收端无需请求发送端重新传送任何信息，而可以利用已经接收到的信息配合冗余信息推算出丢失的信息。使用前向纠错编码进行丢包恢复时，与重传机制需要经历一整个往返时延的长时间反馈路径不同，利用前向纠错编码的冗余包进行恢复只需要等待后续冗余包送达后即可进行，错误恢复时间短，能更好地适应延迟敏感型应用如视频通话等应用的需求。
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+为了实现高效地前向纠错编码，研究者们提出了多种编码方式，它们针对不同的目标进行了设计和优化。
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+早期的FEC工作主要集中在为实时语音通信服务提高通话质量上。Bolot\cite{bolot1999adaptivefec}等人最初提出可以利用语音传输协议中已有的平均丢包率监控字段对传输链路的丢包率和丢包模式进行估计，将已发送的数据包额外附在之后发出的数据包中多次传输（如图\ref{fig:早期FEC}），以提高至少一份数据最终送达至接收端用户的概率，有效地提升了通话传输的质量。Gandikota\cite{gandikota2008multipathfec}等人在此基础上进一步提出可以通过多路径传输，根据估算得到的网络中的丢包率，动态地调整参数以实现对语音流中的重要子流进行保护，同时将编码后的数据包以及其他附属子流经过两个最大程度节点不相交路径在网络上分开传输，以提升用户体验。Huang\cite{huang2010skypefecmeasure}等人通过测量Skype应用在不同丢包情况下的行为，验证了相关冗余编码在提升用户体验方面的作用。
+
+\begin{figure}[htbp]
+    \centering
+    \includegraphics[width=.6\linewidth]{naive_fec_ref_pic.jpg}
+    \caption{早期FEC工作将冗余信息附加在后续发出的包中进行发送}
+    \label{fig:早期FEC}
+\end{figure}
 
 \section{软件定义网络}
 
 随着现代网络应用的快速发展，云网络用户遍布全球，网络内部需要传输数据量不断提升，且跨域传输的流量快速增长。如何在跨域传输场景下提升网络的传输可靠性与传输性能是当前研究的重点。跨域云网络服务通常涉及来自世界不同地区的复杂接入请求，交织复杂的流量调度需求和对流量和链路状态变化的动态响应，直接使用传统的物理网络进行传输难以依照不同用户的不同服务质量需求快速调整传输时网络的流量管理能力，而使用覆盖网络则允许云网络服务商通过集中控制覆盖网络中的各节点行为，综合多种标准如节点负载、链路质量等，灵活地对流量进行调度，以达成稳定高效传输的目标。
 
-覆盖网络的概念最初由Anderson等人提出\cite{andersen2001RON}。该工作提出了将公网中并不直接相连的一些节点重新抽象为一个覆盖网络中的相邻节点，称为RON节点。各个RON节点之间通过公网建立连接，形成Overlay网络中的虚拟链路。除了转发功能，RON节点间还可以通过主动探测的方式，对建立虚拟链路所依靠的物理链路质量进行实时测量，并将测量结果汇总至控制器。当客户端希望通过RON网络进行连接时，控制器将将综合考虑覆盖网络中所有可用的连接的质量，选择最符合客户端声明的需求的链路对流量进行调度。
+覆盖网络的概念最初由Anderson等人提出\cite{andersen2001RON}。该工作提出了将公网中并不直接相连的一些节点重新抽象为一个覆盖网络中的相邻节点，称为RON节点。各个RON节点之间通过公网建立连接，形成Overlay网络中的虚拟链路。除了转发功能，RON节点间还可以通过主动探测的方式，对建立虚拟链路所依靠的物理链路质量进行实时测量，并将测量结果汇总至控制器。当客户端希望通过RON网络进行连接时，控制器将将综合考虑覆盖网络中所有可用的连接的质量，选择最符合客户端的传输需求的链路对流量进行调度。

ref/refs.bib

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     month =     aug,
     abstract =  {This document specifies the Transmission Control Protocol (TCP). TCP is an important transport-layer protocol in the Internet protocol stack, and it has continuously evolved over decades of use and growth of the Internet. Over this time, a number of changes have been made to TCP as it was specified in RFC 793, though these have only been documented in a piecemeal fashion. This document collects and brings those changes together with the protocol specification from RFC 793. This document obsoletes RFC 793, as well as RFCs 879, 2873, 6093, 6429, 6528, and 6691 that updated parts of RFC 793. It updates RFCs 1011 and 1122, and it should be considered as a replacement for the portions of those documents dealing with TCP requirements. It also updates RFC 5961 by adding a small clarification in reset handling while in the SYN-RECEIVED state. The TCP header control bits from RFC 793 have also been updated based on RFC 3168.},
 }
+
+@inproceedings{bolot1999adaptivefec,
+  author={Bolot, J.-C. and Fosse-Parisis, S. and Towsley, D.},
+  booktitle={IEEE INFOCOM '99. Conference on Computer Communications. Proceedings. Eighteenth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies. The Future is Now (Cat. No.99CH36320)}, 
+  title={Adaptive FEC-based error control for Internet telephony}, 
+  year={1999},
+  volume={3},
+  number={},
+  pages={1453-1460 vol.3},
+  keywords={Programmable control;Adaptive control;Error correction;Internet telephony;Forward error correction;Constraint optimization;Loss measurement;Delay estimation;Delay effects;Decoding},
+  doi={10.1109/INFCOM.1999.752166}}
+
+
+@article{gandikota2008multipathfec,
+  author={Gandikota, Venkat Raju and Tamma, Bheemajun Reddy and Murthy, C. Siva Ram},
+  journal={IEEE Transactions on Mobile Computing}, 
+  title={Adaptive FEC-Based Packet Loss Resilience Scheme for Supporting Voice Communication over Ad hoc Wireless Networks}, 
+  year={2008},
+  volume={7},
+  number={10},
+  pages={1184-1199},
+  keywords={Resilience;Wireless networks;Forward error correction;Spread spectrum communication;Programmable control;Adaptive control;Media Access Protocol;Communication system control;Protection;Propagation losses;Wireless communication;Applications;Wireless communication;Applications},
+  doi={10.1109/TMC.2008.42}
+}
+
+@article{huang2010skypefecmeasure,
+  author={Huang, Te-Yuan and Huang, Polly and Chen, Kuan-Ta and Wang, Po-Jung},
+  journal={IEEE Network}, 
+  title={Could Skype be more satisfying? a QoE-centric study of the FEC mechanism in an internet-scale VoIP system}, 
+  year={2010},
+  volume={24},
+  number={2},
+  pages={42-48},
+  keywords={Internet;Peer to peer computing;Codecs;Streaming media;Control systems;Protocols;Loss measurement;Data communication;Relays;Network servers},
+  doi={10.1109/MNET.2010.5430143}}