Un procedimiento de corrección de errores en un sistema de comunicaciones basado en paquetes,

en el que una estación de origen transmite paquetes de datos a una estación de destino a través de medios de red, que comprende:

compilar una corriente de datos serie en una secuencia de paquetes de datos para su transmisión a la estación de destino a través de los medios de red;

generar un primer paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, de un primer paquete de datos y un segundo paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos;

generar un segundo paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, de un tercer paquete de datos y un cuarto paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos;

generar un tercer paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, del primer paquete de datos y del tercer paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos;

generar un cuarto paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, del segundo paquete de datos y del cuarto paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos;

formar una palabra código a partir del primer, segundo, tercer y cuarto paquetes de paridad, y del primer, segundo, tercer y cuarto paquetes de datos,

asociar un número de secuencia a cada paquete, representativo de una posición relativa del paquete en la palabra código;

transmitir la palabra código de ocho paquetes hasta la estación de destino, a través de los medios de red;

recibir la palabra código de ocho paquetes en la estación de destino, y examinar el número de secuencia asociado a cada paquete para determinar si falta uno o más paquetes de la palabra código de ocho paquetes, e identificar el uno o más paquetes en falta, si falta alguno;

procesar los paquetes de datos y los paquetes de paridad dentro de la palabra código asociada en la estación de destino, de acuerdo con las combinaciones de paquetes de datos utilizadas para generar los paquetes de paridad, con el fin de recuperar uno o más paquetes en falta, en el que el procesamiento de los paquetes de datos incluye:

en primer lugar, corregir un error simple, si existe, en un grupo de paridad consistente en un primer paquete de paridad, el primer paquete de datos y el segundo paquete de datos, y corregir un error simple, si existe, en un grupo de paridad consistente en el segundo paquete de paridad, el tercer paquete de datos y el cuarto paquete de datos, y

en segundo lugar, corregir un error simple, si existe, en un grupo de paridad consistente en un tercer paquete de datos, el primer paquete de datos y el tercer paquete de datos, y corregir un error simple, si existe, en un grupo de paridad consistente en un cuarto paquete de datos, el segundo paquete de datos y el cuarto paquete de datos,

en tercer lugar, determinar si existen errores después de haber completado la segunda etapa, y en caso afirmativo, repetir la primera etapa y la segunda etapa

Procedimiento y sistema de corrección de error de envío para la transmisión fiable de datos en tiempo real por redes basadas en paquetes.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a comunicaciones digitales, y más en particular, a procedimientos y sistemas para detectar y corregir errores de supresión en los datos transmitidos a través de redes basadas en paquetes.

Según se mejora la velocidad y el rendimiento de la red Internet pública, se plantea una opción crecientemente viable de transmisión de datos de Tasa de Bits Constante (CBR) y de otros tipos seleccionados de datos en "tiempo real". La CBR incluye datos tales como voz, vídeo, y audio profesional, con calidad de estudio (es decir, de programa). Típicamente, los datos de tasa de bits constante (CBR) se formatean en ranuras de tiempo (TS) de 64 kbps, y se utilizan técnicas TDM para mapear las ranuras de tiempo en tramas T1 o E1 que son transportadas por la Red de Telefonía Pública Conmutada (PSTN). Con el tiempo, las mejoras en la Calidad de Servicio de Internet (QoS) transformarán Internet pública en un medio de transporte multimedia de bajo coste, de propósito general.

La distribución basada en paquetes de datos de CBR, puede proporcionar así una alternativa de bajo coste respecto a la distribución tradicional que se basa en trayectorias de transmisión específicas por la Red de Telefonía Pública Conmutada (PSTN). Tales líneas específicas incurren típicamente en altos costes de periodicidad mensual, o requieren el uso de espectro de RF insuficiente.

La ventaja económica de las redes de IP se deriva del hecho de que múltiples corrientes de paquetes dentro de la red por paquetes, son multiplexadas estadísticamente en circuitos comunes compartidos. La PSTN, por otra parte, requiere corrientes que tengan circuitos específicos o cerrados conectados extremo a extremo.

Aunque exista una motivación económica para transportar datos de CBR por medio de redes por paquetes, se deben direccionar algunas cuestiones de pérdida de calidad en las redes por paquetes si las redes por paquetes han de funcionar efectivamente como alternativa al transporte por circuitos especializados tradicionales.

Las redes por paquetes fueron diseñadas principalmente para proporcionar un servicio de "Mejor Esfuerzo". Un servicio de Mejor Esfuerzo se define como un servicio que no garantiza métricas de comportamiento tales como retardo de extremo-a-extremo, perturbaciones de paquete y pérdida de paquete, dentro de la corriente de paquetes. Esto se debe a que una red por paquetes trabaja de modo que lleva paquetes desde un punto A hasta un punto B sin guardar relación con la trayectoria particular desde el punto A hasta el punto B. Los paquetes específicos dentro de una corriente de datos pueden tomar trayectorias separadas hasta el destino, de modo que la corriente de datos debe ser reconstruida una vez que todos los paquetes llegan al destino. Debido a este modelo de mejor esfuerzo, la fiabilidad de las redes por paquetes ha sido, hasta la fecha, significativamente menor que cuando se ha proporcionado la red PSTN. En general, una red por paquetes presenta proporciones altas de pérdida de paquetes, así como un gran retardo de paquete y perturbaciones de paquete. En comparación, la infraestructura PSTN existente proporciona un sistema de transporte extremadamente fiable, con una disponibilidad del 99,999%. Las tasas de error que presenta la PSTN son típicamente del orden de 10^-9, y el retardo y la perturbación están estrechamente controlados. Con el fin de transmitir CBR y otros datos en Tiempo Real a través de redes por paquetes, los sistemas de comunicación deben emplear diversos mecanismos para mitigar los efectos de estas disminuciones de calidad de la red.

Para transmisiones no interactivas, tales como las emisiones de radio o de televisión, la latencia es de una importancia considerablemente menor que la calidad de la recepción, de modo que en el caso de pérdida de un paquete, resulta apropiado el uso de Petición Automática de Retransmisión (ARQ) o de Corrección de Error de Envío (FEC). Para datos interactivos, sin embargo, el retardo que impone la retransmisión no es aceptable, y un FEC de baja latencia proporciona un mecanismo de reducción de calidad de red más adecuado.

Aunque los paquetes pueden perderse debido a errores de transmisión a nivel de enlace de datos, la fuente primaria de pérdidas de paquete es la congestión en los conmutadores y enrutadores de paquete. Protocolos tales como TCP y RTP, asocian un número de secuencia a cada paquete dentro de la cabecera del paquete. Cuando un paquete resulta alterado o cuando un enrutador elimina un paquete debido a congestión, el equipo de comunicaciones en destino puede determinar qué paquetes faltan observando los números de secuencia. Estos tipos de errores (es decir, paquetes perdidos) son mencionados en la presente memoria como Supresiones de Paquetes. Una diferencia importante entre supresiones de paquetes y errores de bit tradicionales consiste en que, con las supresiones de paquete, el paquete faltante particular puede ser identificado debido a los números de secuencia. Con los errores de bit individuales que ocurren dentro de un campo de datos, un esquema de detección (por ejemplo, CRC) puede reconocer que uno o más bits de un campo son erróneos, pero típicamente no pueden identificar la posición exacta del bit o bits alterados.

Muchos esquemas de FEC existentes son relativamente complejos, y requieren recursos importantes de procesamiento para acometer la tarea de corrección de error. Para algunos esquemas de FEC, la complejidad asociada se debe, no solo a la aritmética sofisticada asociada a las correcciones de error, sino también al hecho de que están diseñados para corregir errores de bit dentro de un campo de datos sin un conocimiento a priori de la posición del error de bit. Un ejemplo de tal esquema de FEC es una clase de códigos de FEC conocida como códigos de "Reed-Solomon" (mencionados en la presente memoria como códigos RS). En general, un código RS puede corregir h/2 supresiones, donde h es el número de paquetes redundantes generados y enviados junto con los paquetes de datos.

Para otros esquemas de FEC que utilizan un conocimiento a priori de la posición de error de bit como parte del algoritmo de corrección, la complejidad se debe a la aritmética asociada. Un ejemplo de tal esquema de FEC es un código RS que ha sido adaptado para corregir supresiones de paquete, conocido como código de Supresión de Reed-Solomon (RSE). En general, un código de RSE puede corregir h supresiones, donde h es el número de paquetes redundantes, y enviarlos junto con los paquetes de datos.

El documento XP010019378, SHACHAM N ET AL., "Recuperación de paquete en redes de alta velocidad utilizando gestión de codificación y compensación", divulga un procedimiento de recuperación de paquete perdido basado en un código de producto construido sobre códigos de comprobación de paridad simple en la dirección horizontal y en la vertical. Cada paquete de paridad es generado por acumulación XOR de K paquetes de información, si solamente falta un paquete de datos del bloque, los K paquetes aplicados al descodificador incluyen K-1 paquetes de datos y el paquete de paridad vertical. La supresión se sustituye por el contenido de la salida del generador de paridad después de que esos K paquetes se hayan aplicado al descodificador.

El documento XP0110010099, MAAN A KOUSA: "Una Nueva Alternativa para Evaluar el Comportamiento de Códigos de Producto SPC Bajo Descodificación de Supresión", divulga una alternativa que estudia la estructura de los patrones de supresión en códigos de producto SPC. Se supone que la palabra código (matriz MxN) es recibida con alguno de los bits borrados. El descodificador divulgado en el mismo realiza descodificación iterativa por filas y columnas, para recuperar los bits suprimidos. Si un bit ha sido suprimido, éste puede ser recuperado mediante comprobación de paridad simple. Si se ha suprimido más de un bit, se salta la columna. La descodificación se realiza hasta que se recuperan todos los bits.

Sumario de la invención

Lo que antecede y otros objetos, han sido conseguidos por la invención que, en un aspecto, comprende un procedimiento de corrección de errores en un sistema de comunicaciones basado en paquetes, en el que una estación de origen transmite paquetes de datos a una estación de destino a través de medios de red. Según se utiliza aquí, el término "paquetes de datos" puede describir agrupaciones de datos bien conocidas...

1. Un procedimiento de corrección de errores en un sistema de comunicaciones basado en paquetes, en el que una estación de origen transmite paquetes de datos a una estación de destino a través de medios de red, que comprende:

compilar una corriente de datos serie en una secuencia de paquetes de datos para su transmisión a la estación de destino a través de los medios de red;

generar un primer paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, de un primer paquete de datos y un segundo paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos;

generar un segundo paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, de un tercer paquete de datos y un cuarto paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos;

generar un tercer paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, del primer paquete de datos y del tercer paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos;

generar un cuarto paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, del segundo paquete de datos y del cuarto paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos;

formar una palabra código a partir del primer, segundo, tercer y cuarto paquetes de paridad, y del primer, segundo, tercer y cuarto paquetes de datos,

asociar un número de secuencia a cada paquete, representativo de una posición relativa del paquete en la palabra código;

transmitir la palabra código de ocho paquetes hasta la estación de destino, a través de los medios de red;

recibir la palabra código de ocho paquetes en la estación de destino, y examinar el número de secuencia asociado a cada paquete para determinar si falta uno o más paquetes de la palabra código de ocho paquetes, e identificar el uno o más paquetes en falta, si falta alguno;

procesar los paquetes de datos y los paquetes de paridad dentro de la palabra código asociada en la estación de destino, de acuerdo con las combinaciones de paquetes de datos utilizadas para generar los paquetes de paridad, con el fin de recuperar uno o más paquetes en falta, en el que el procesamiento de los paquetes de datos incluye:

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además sustituir uno o más paquetes en falta irrecuperables por un paquete sustitutivo.

3. Un sistema para corregir errores en un sistema de comunicaciones basado en paquetes, en el que una estación de origen transmite paquetes de datos hasta una estación de destino a través de medios de red, que comprende:

un ensamblador de paquete en la estación de origen, para compilar una corriente de datos serie en una secuencia de paquetes de datos para su transmisión a la estación de destino a través de los medios de red;

un codificador en la estación de origen (i) para recibir los paquetes de datos desde el ensamblador de paquete, (ii) para generar un primer paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, de un primer paquete de datos y de un segundo paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos; (iii) para generar un segundo paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, de un tercer paquete de datos y de un cuarto paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos; (iv) para generar un tercer paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, del primer paquete de datos y del tercer paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos, (v) para generar un cuarto paquete de paridad como OR-exclusiva a modo de bit, del segundo paquete de datos y del cuarto paquete de datos a partir de la secuencia de paquetes de datos; (vi) para formar una palabra código a partir del primer, segundo, tercero y cuarto paquetes de paridad, y del primer, segundo, tercer y cuarto paquetes de datos, y (vii) para asociar un número de secuencia a cada paquete, representativo de una posición relativa del paquete en la palabra código;

un descodificador para recibir la palabra código de ocho paquetes en la estación de destino, y examinar el número de secuencia asociado a cada paquete para determinar si falta uno o más paquetes de la palabra código de ocho paquetes, e identificar el uno o más paquetes en falta, si falta alguno, y para procesar los paquetes de datos y los paquetes de paridad dentro de la palabra código asociada en la estación de destino, de acuerdo con las combinaciones de paquetes de datos utilizadas para generar los paquetes de paridad, con el fin de recuperar uno o más paquetes en falta, en el que el descodificador procesa los paquetes de datos y los paquetes de paridad en la estación de destino:

4. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el descodificador sustituye uno o más paquetes en falta irrecuperables por un paquete sustitutivo.