專利名稱：一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有效可靠的傳輸技術(shù)，更確切地說是涉及一種在相關(guān)衰落信道(correlated fading channels)中重傳丟失分組的方法。
目前，國際互聯(lián)網(wǎng)(因特網(wǎng))與移動通信網(wǎng)技術(shù)都取得了長足的發(fā)展，且呈相互交融(convergence)的趨勢，要求原本僅提供話音傳輸服務(wù)的移動通信業(yè)務(wù)還要同時提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。但由于無線信道的相關(guān)衰落特性，會造成數(shù)據(jù)分組丟失，產(chǎn)生不可靠傳輸問題?？煽康逆溌穼觽鬏攨f(xié)議，如自動請求重傳(ARQ)，就是一種用于解決在不可靠傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行可靠傳輸?shù)姆椒ā?br> ARQ方案可粗分為停止與等待(SW)、返回丟失分組處重傳(GN)和選擇重傳(SR)。其中的SR-ARQ方案是最有效的，并已被廣泛應(yīng)用于實際的移動通信系統(tǒng)中，如IS-99(TIA/EIA/IS-99，“Data services option standard forwideband spread spectrum digital cellular system”，1995.)

圖1示出一種選擇性自動請求重傳(SR-ARQ)的工作過程。發(fā)送端通過接收端反饋的確認(rèn)(ACK)或否定確認(rèn)(NACK)信號來判斷特定的數(shù)據(jù)分組(如#1)是否發(fā)生丟失并進(jìn)一步進(jìn)行選擇重傳。在發(fā)送端接收到ACK信號時，表示該#1分組已被接收端成功接收，無需再重傳；若發(fā)送端接收到NACK信號時，表示該#1分組未被接收端成功接收，屬于發(fā)送失敗，判斷為丟失分組，需對其進(jìn)行重傳。重傳時，每次只重傳該丟失#1分組的一個副本(copy)，圖中所示的#1分組副本重傳了兩次才成功。即，在傳統(tǒng)的SR-ARQ方案中，當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)分組丟失時，每次只重傳丟失分組的一個副本。顯然，傳輸環(huán)境越惡劣，需要重傳的次數(shù)就越多，則數(shù)據(jù)分組在發(fā)送端緩存單元中駐留(persistence)的時間就越長，將嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
當(dāng)然，也可在發(fā)生數(shù)據(jù)分組丟失時，每次重傳丟失分組的多個副本，但在移動通信系統(tǒng)中，由于相關(guān)衰落信道固有的突發(fā)丟失特性，一方面會導(dǎo)致數(shù)據(jù)分組的連續(xù)丟失，另一方面仍會發(fā)生每次重傳的多個副本同時遭遇到信道的衰落期，而使重傳失敗，即重傳的效率不高。因此，如何在相關(guān)衰落信道中，減少重傳次數(shù)和提高重傳效率就成了重傳丟失分組時需要同時兼顧的兩大問題。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，在相關(guān)衰落信道中，在減少重傳次數(shù)的同時，提高每次重傳的效率。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于是在發(fā)送端接收到來自接收端的針對某一特定數(shù)據(jù)分組的否定確認(rèn)(NACK)信號后，對該特定的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行多個副本并在相鄰的兩個副本間插入延時地重傳。
所述的多個副本，其副本數(shù)是根據(jù)當(dāng)前的該特定數(shù)據(jù)分組的重傳次數(shù)進(jìn)行計算得到，并隨重傳次數(shù)的增加而增長。
本發(fā)明的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于包括以下步驟A.在發(fā)送端建立至少二個隊列，包括發(fā)送隊列和重傳隊列；B.將新發(fā)送數(shù)據(jù)分組存放在發(fā)送隊列中，根據(jù)當(dāng)前重傳數(shù)據(jù)分組的次數(shù)確定副本數(shù)并將其存放在重傳隊列中；C.判斷當(dāng)前重傳隊列為空或不空的狀態(tài)，在當(dāng)前的重傳隊列為空時，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組，在當(dāng)前的重傳隊列為不空時，對重傳隊列中的數(shù)據(jù)分組副本進(jìn)行交織發(fā)送；D.由定時器設(shè)置一個交織重傳區(qū)間的時間長度最小值，從重傳隊列中選出每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本，按先進(jìn)先出的原則在每一個交織重傳區(qū)間的時間長度內(nèi)發(fā)送；若在不足最小值的交織重傳區(qū)間的時間長度內(nèi)，已發(fā)送完重傳隊列中每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本，則按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組，直至定時器設(shè)置的最小值交織重傳區(qū)間的時間長度到時結(jié)束該交織重傳區(qū)間，并開始下一個交織重傳區(qū)間；若在不足最小值的交織重傳區(qū)間的時間長度內(nèi)，已發(fā)送完重傳隊列中每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本，且發(fā)送隊列為空時，則停止發(fā)送，直至定時器設(shè)置的最小值交織重傳區(qū)間的時間長度到時結(jié)束該交織重傳區(qū)間，并開始下一個交織重傳區(qū)間；在一個交織重傳區(qū)間結(jié)束，且重傳隊列為空時，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組。
本發(fā)明的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于包括以下步驟A.在發(fā)送端建立至少二個隊列，包括發(fā)送隊列和重傳隊列；B.將新發(fā)送數(shù)據(jù)分組存放在發(fā)送隊列中，根據(jù)當(dāng)前重傳數(shù)據(jù)分組的次數(shù)確定副本數(shù)并將其存放在重傳隊列中；C.判斷當(dāng)前重傳隊列為空或不空的狀態(tài)，在當(dāng)前的重傳隊列為空時，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組，在當(dāng)前的重傳隊列為不空時，對重傳隊列中的數(shù)據(jù)分組副本進(jìn)行多隊列輪詢發(fā)送；D.設(shè)置按順序編號的副本隊列，一個副本隊列含有不同數(shù)據(jù)分組的一個副本，從第一個副本隊列開始，按先進(jìn)先出的原則依次發(fā)送每一個副本隊列中的各數(shù)據(jù)分組副本，發(fā)送完前一個副本隊列才可發(fā)送后一個副本隊列，直到最后一個副本隊列，在所有的副本隊列都為空時結(jié)束輪詢發(fā)送，開始發(fā)送所述的發(fā)送隊列。
本發(fā)明的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于是由移動通信系統(tǒng)中的收發(fā)器向接收器發(fā)送數(shù)據(jù)分組，和提供某一特定數(shù)據(jù)分組的多個副本；在收發(fā)器接收到接收器未能接收到某個特定數(shù)據(jù)分組的指示時，按預(yù)定間隔有序地重發(fā)該特定分組的多個副本。
本發(fā)明的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，是一種多副本加延時的重傳方法，通過在每次重傳中發(fā)送丟失數(shù)據(jù)分組的多個副本，而不是如傳統(tǒng)SR-ARQ那樣只發(fā)送一個副本，從而提高了每一次重傳的成功概率；同時通過在發(fā)送特定的丟失數(shù)據(jù)分組的多個副本時，在同一丟失數(shù)據(jù)分組的兩個相鄰副本間插入適當(dāng)?shù)难訒r，從而減少了該丟失數(shù)據(jù)分組的多個副本同時遭遇信道衰落期的概率，也即提高了每一次重傳的成功概率，從而有效提高了重傳的效率，減少了重傳的次數(shù)。
下面結(jié)合實施例及附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)。
圖1是典型的SR-ARQ的工作過程原理示意圖。
圖2是本發(fā)明按線性增長方法確定每次重傳副本數(shù)的過程示意圖。
圖3是本發(fā)明按指數(shù)增長方法確定每次重傳副本數(shù)的過程示意圖。
圖4是本發(fā)明交織重傳方法中的交織過程原理示意圖。
圖5是本發(fā)明交織重傳方法的第一種實施過程示意圖。
圖6是本發(fā)明重傳方法的第二種實施過程示意圖。
圖7是對本發(fā)明交織重傳方法有益效果的分析示意圖。
圖8至圖10分別是仿真的延時時間與有效吞吐量、重傳數(shù)均值與重傳數(shù)方差的關(guān)系曲線圖。
圖11是仿真的使用本發(fā)明方法后對傳輸性能的改進(jìn)曲線圖。
圖1說明前已述及，不再贅述。
參見圖2、圖3，分別示出本發(fā)明的兩種確定每次重傳特定的丟失數(shù)據(jù)分組副本數(shù)的方案，包括如圖2中所示的按線性增長的方案，和如圖3中所示的按指數(shù)增長的方案，都與本次(當(dāng)前的)重傳次數(shù)有關(guān)。
按線性增長的方案可歸結(jié)為第i次重傳的副本數(shù)為i+1，按指數(shù)增長的方案可歸結(jié)為第i次重傳的副本數(shù)為2i。
圖2中，當(dāng)發(fā)送端就#號數(shù)據(jù)分組第1次收到NACK信號時，重傳2個#號數(shù)據(jù)分組的副本，且每個#號數(shù)據(jù)分組的相鄰兩個副本間插入延時d；當(dāng)發(fā)送端就#號數(shù)據(jù)分組第2次收到NACK信號時，重傳3個#號數(shù)據(jù)分組的副本，且每個#號數(shù)據(jù)分組的相鄰兩個副本間插入延時d；依次類推，若當(dāng)發(fā)送端就#號數(shù)據(jù)分組第3次收到NACK信號時，將重傳4個#號數(shù)據(jù)分組的副本，且在每個#號數(shù)據(jù)分組的相鄰兩個副本間插入延時d(該狀態(tài)未在圖中示出)。圖2中示出第2次重傳時的第3個副本被正確接收。
圖3中，當(dāng)發(fā)送端就#號數(shù)據(jù)分組第1次收到NACK信號時，重傳2個#號數(shù)據(jù)分組的副本，且每個#號數(shù)據(jù)分組的相鄰兩個副本間插入延時d；當(dāng)發(fā)送端就#號數(shù)據(jù)分組第2次收到NACK信號時，重傳4個#號數(shù)據(jù)分組的副本，且每個#號數(shù)據(jù)分組的相鄰兩個副本間插入延時d；依次類推，若當(dāng)發(fā)送端就#號數(shù)據(jù)分組第3次收到NACK信號時，將重傳8個#號數(shù)據(jù)分組的副本，且在每個#號數(shù)據(jù)分組的相鄰兩個副本間插入延時d(該狀態(tài)未在圖中示出)。圖3中示出第2次重傳時的第3個副本被正確接收。
很明顯，由于指數(shù)的增長將使副本數(shù)隨著重傳次數(shù)的增加而急劇增加，因此效率比較低，但卻能換來重傳次數(shù)與駐留時間的減少，因此更適合在信道條件很差并且傳播延時較長的環(huán)境中運(yùn)用。
需要說明的是，以上所涉及的相鄰兩個副本間的延時d，應(yīng)是一個隨機(jī)變量。從原則上說，該延時應(yīng)長于突發(fā)的信道衰落周期長度，但又不能太長，因為太長會增加數(shù)據(jù)分組的傳輸時間，降低SR-ARQ的性能。然而，對于時變信道來說，要確定隨機(jī)突發(fā)的信道衰落周期長度是一件極其困難的事。
參見圖4，圖中示意出本發(fā)明方法的交織(interleaving)過程，用于解決在同一丟失數(shù)據(jù)分組的各副本間插入延時的問題。交織前隊列中順序排列著第#1號數(shù)據(jù)分組的3個副本&1、&1、&1，第#2號數(shù)據(jù)分組的2個副本&2、&2，和第#3號數(shù)據(jù)分組的2個副本&3、&3，相同數(shù)據(jù)分組的副本間沒有延時，發(fā)送原則是先進(jìn)先出。交織后，在同一#數(shù)據(jù)分組的各&副本間插入另2個#數(shù)據(jù)分組的各1個&副本，如在每2個&1副本間插入&2、&3共2個副本，每2個&2副本間插入&3、&1共2個副本，每2個&3副本間插入&1、&2共2個副本，所形成的同一丟失數(shù)據(jù)分組的各副本間的延時時間就是3。
本發(fā)明的交織方法從原理上說與信道編碼的交織方法相同，但本發(fā)明交織的對象是數(shù)據(jù)分組，而不是比特，且僅對重傳的丟失數(shù)據(jù)分組的多個副本進(jìn)行交織，是在重傳發(fā)送前進(jìn)行交織，為交織發(fā)送。圖4所示表明交織后，屬于同一丟失數(shù)據(jù)分組的多個副本是經(jīng)延時后再一一發(fā)送的，該延時時間就是交織隊列中所排列的不同序號數(shù)據(jù)分組個數(shù)的時間長度，若突發(fā)的信道衰落周期長度長，則交織隊列中排列的不同序號數(shù)據(jù)分組的個數(shù)就多，則時延就長。
參見圖5，示意出本發(fā)明交織重傳(interleaving retransmission)方法的第一種實施方案。發(fā)送端需要設(shè)置三個隊列，包括用于存放新發(fā)送數(shù)據(jù)分組的發(fā)送隊列，用#作標(biāo)記；用于存放需要重傳的各特定數(shù)據(jù)分組的多個副本的重傳隊列，用&作標(biāo)記；和用于存放已發(fā)送但還未收到確認(rèn)信號的數(shù)據(jù)分組的緩存隊列(不屬于本發(fā)明方法的范圍)。假設(shè)當(dāng)前發(fā)送隊列在隊首依次排列的是#6、#7、#8，重傳隊列中依次排列的是#1數(shù)據(jù)分組的2個副本&1、&1，#2數(shù)據(jù)分組的2個副本&2、&2，和#3數(shù)據(jù)分組的3個副本&3、&3、&3。由該重傳隊列可知，其不同的重傳分組數(shù)為3。重傳隊列中同一數(shù)據(jù)分組的各副本數(shù)，是根據(jù)當(dāng)前的重傳次數(shù)再按線性增長原則或指數(shù)增長原則計算獲得的，同一數(shù)據(jù)分組的各副本連續(xù)存放。
步驟1，首先需要判斷重傳隊列空與不空的狀態(tài)，若重傳隊列為空，則按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的各數(shù)據(jù)分組，若重傳隊列不空，則進(jìn)入交織發(fā)送狀態(tài)。
進(jìn)入交織發(fā)送狀態(tài)是通過設(shè)置交織重傳區(qū)間長度來實現(xiàn)的，為了控制特定數(shù)據(jù)分組的多副本發(fā)送延時的最小值，應(yīng)設(shè)定交織重傳區(qū)間長度的最小值ds(可由具體的移動通信系統(tǒng)決定)，圖中分別設(shè)定ds＝5和ds＝1兩種情況，而交織重傳區(qū)間的長度應(yīng)選擇等于交織重傳區(qū)間長度的最小值(ds)和重傳隊列中不同數(shù)據(jù)分組個數(shù)(圖中實例為3)兩者間的最大值。
步驟2，進(jìn)行交織發(fā)送，開始形成每一個交織重傳區(qū)間。
在ds＝5的條件下，定時器設(shè)定為5，從重傳隊列中選出每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本&1、&2、&3，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送，由于在發(fā)送完畢時定時器還未超時，故將發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組#6、#7按先進(jìn)先出的原則發(fā)送，直至定時器超時，則該第一個交織重傳區(qū)間結(jié)束；由于此時重傳隊列不空，又開始下一個交織重傳區(qū)間，再從重傳隊列中選出每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本&1、&2、&3，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送，由于在發(fā)送完畢時定時器還未超時，繼續(xù)發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組#8，因定時器還未超時，則停止發(fā)送直至定時器超時，第二個交織重傳區(qū)間結(jié)束；由于此時重傳隊列仍不空，又開始下一個交織重傳區(qū)間，再從重傳隊列中選出重傳數(shù)據(jù)分組#3的一個副本&3發(fā)送，由于在發(fā)送完畢時定時器還未超時，且發(fā)送隊列已空，則停止發(fā)送直至定時器超時，第三個交織重傳區(qū)間結(jié)束。由于重傳隊列已空，將結(jié)束交織發(fā)送，按先進(jìn)先出的原則開始發(fā)送發(fā)送隊列中的新數(shù)據(jù)分組(如果發(fā)送隊列中有新的數(shù)據(jù)分組)。
在ds＝1的條件下，定時器設(shè)定為1，從重傳隊列中選出每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本&1、&2、&3，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送，由于在發(fā)送完畢時定時器已超時，則該第一個交織重傳區(qū)間結(jié)束；由于此時重傳隊列不空，開始下一個交織重傳區(qū)間，再從重傳隊列中選出每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本&1、&2、&3，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送，由于在發(fā)送完畢時定時器已超時，則該第二個交織重傳區(qū)間結(jié)束；由于此時重傳隊列仍不空，又開始下一個交織重傳區(qū)間，再從重傳隊列中選出重傳數(shù)據(jù)分組#3的一個副本&3發(fā)送，由于在發(fā)送完畢時定時器已超時，則第三個交織重傳區(qū)間結(jié)束。
步驟3，重傳隊列空時離開交織重傳狀態(tài)，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組，如圖中ds＝1時，在第三個交織重傳區(qū)間結(jié)束時開始發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組#6、#7、#8。
圖5中的兩個實例，可以說明交織重傳區(qū)間的長度即為每個丟失分組的多個副本間的重傳延時，該值實際上是由ds和丟失的數(shù)據(jù)分組數(shù)決定的，ds＝1則是一個特例，即交織區(qū)間的長度僅由連續(xù)丟失的分組數(shù)決定。
結(jié)合參見圖7，本發(fā)明的交織重傳過程，實際上就是用上一次發(fā)送時連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)分組數(shù)來預(yù)測當(dāng)前信道衰落期長度，若在理想狀態(tài)下，信道衰落期長度不變，則只需進(jìn)行一次交織重傳，即對每個丟失數(shù)據(jù)分組只發(fā)送兩個副本。
圖7中示出上一次發(fā)送時連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)分組數(shù)是4(#3、#4、#5、#6)，預(yù)測信道衰落期長度為4，經(jīng)過一次交織重傳，即對每個丟失數(shù)據(jù)分組只發(fā)送兩個副本&3、&4、&5、&6與&3、&4、&5、&6，接收端就可成功接收重傳的數(shù)據(jù)分組&3、&4、&5、&6。
因此，基于上次傳送的連續(xù)丟失的數(shù)據(jù)分組數(shù)，或者基于測量信道衰落期長度技術(shù)所測量出的結(jié)果，可以確定定時器的值。
參見圖6，圖中示出本發(fā)明多副本加延時重傳方法的第二種實施過程，是一種多隊列輪詢重傳方案。與圖5所示第一種實施方案的不同之處是交織發(fā)送的方法不同。
發(fā)送端也需要設(shè)置三個隊列，包括用于存放新發(fā)送數(shù)據(jù)分組的發(fā)送隊列；用于存放需要重傳的各特定數(shù)據(jù)分組的多個副本的重傳隊列；和用于存放已發(fā)送但還未收到確認(rèn)信號的數(shù)據(jù)分組的緩存隊列(不屬于本發(fā)明方法的范圍)。
在重傳隊列為不空時，進(jìn)入交織重傳狀態(tài)，開始輪詢發(fā)送。
步驟1，設(shè)置N個副本隊列，順序編號為副本隊列1、副本隊列2、副本隊列3、……、副本隊列i、……、副本隊列N，將各特定的重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本依序放入各副本隊列中，如#1重傳數(shù)據(jù)分組的兩個副本&1、&1分別進(jìn)入副本隊列1、副本隊列2中，#2重傳數(shù)據(jù)分組的兩個副本&2、&2分別進(jìn)入副本隊列1、副本隊列2中且位于副本&1后，#3重傳數(shù)據(jù)分組的三個副本&3、&3、&3分別進(jìn)入副本隊列1、副本隊列2、副本隊列3中且位于副本&2后，……，即，若某一個重傳數(shù)據(jù)分組有k個副本，則這k個副本分別進(jìn)入副本隊列1、副本隊列2、……、副本隊列k中；步驟2，從副本隊列1開始依序發(fā)送至副本隊列N，且只要副本隊列不空則再從副本隊列1開始依序發(fā)送至副本隊列N，直到N個副本隊列都為空時，結(jié)束輪詢發(fā)送過程。發(fā)送時只有當(dāng)前一個副本隊列為空時才可發(fā)送下一個副本隊列，即只有當(dāng)?shù)趇個副本隊列空時才可發(fā)送第i+1個副本隊列，且不管第i個副本隊列至第N個副本隊列實際是否為空，也必須依序發(fā)送到第N個副本隊列；步驟3，在N個副本隊列都為空時，結(jié)束輪詢發(fā)送過程，開始發(fā)送發(fā)送隊列中的新數(shù)據(jù)分組。
考慮到在許多移動通信系統(tǒng)中，實際操作是控制重傳次數(shù)的，如在IS-99中，重傳次數(shù)不能超過3，也就是說，一次重傳的副本數(shù)不會超過某個固定值，如采用本發(fā)明線性增長的方法，一次重傳的副本數(shù)不會超過4，如采用本發(fā)明指數(shù)增長的方法，一次重傳的副本數(shù)不會超過8，采用第二種多隊列輪詢發(fā)送的實施方案時，就可將副本隊列分別設(shè)為4和8，而可使實施過程大為簡化。
因此，在限制重傳次數(shù)的條件下，第二種多隊列輪詢重傳方案的效果與第一種方案中ds＝1時的效果是相同的，但多隊列輪詢重傳方案的實施更為簡單。
參見圖8、圖9、圖10，在信噪比(S/N)為20dB的條件下，通過取不同的信道衰落速度fd(Hz)，如5Hz(用空心三角表示)、10Hz(用空心菱形表示)、50Hz(用*表示)，分別用仿真手段示出延時時間(Tdelay)與有效吞吐量(effectivethroughput)、重傳數(shù)均值(mean of number of retransmissions)與重傳數(shù)方差(variance of number of retransmissions)間的關(guān)系。圖中用花線表示出延時-線性-多副本重傳方案(D-Linear-MCR)，用點(diǎn)劃線表示延時-指數(shù)-多副本重傳方案(D-Expo-MCR)。
圖示的結(jié)果表明，慢衰落速度會導(dǎo)致有效吞吐量的減小，和重傳數(shù)均值及重傳數(shù)方差的加大，這是因為慢衰落信道具有較大的相關(guān)性和較長的衰落期長度，使連續(xù)丟失數(shù)據(jù)分組的概率增加。
此外，針對傳統(tǒng)的選擇重傳(SR)方案、延時-線性-多副本重傳(D-Linear-MCR)方案、延時-指數(shù)-多副本重傳(D-Expo-MCR)方案，還可進(jìn)一步獲得信道環(huán)路時間(round trip time)對有效吞吐量(effective throughput)、重傳數(shù)均值(mean of number of retransmissions)、重傳數(shù)方差(variance ofnumber of retransmissions)的影響。其結(jié)果是隨著信道環(huán)路時間的增加，本發(fā)明的延時多副本重傳方法將會獲得更好的性能，這是因為在通過較長的信道環(huán)路時間后，連續(xù)重傳的相關(guān)性減小。
另外，仍針對傳統(tǒng)的選擇重傳方案、延時-線性-多副本重傳、延時-指數(shù)-多副本重傳方案，也可在不同的信道衰落速度fd(如10或100Hz)下，獲得信噪比(SNR-dB)對有效吞吐量、重傳數(shù)均值與重傳數(shù)方差的影響，其結(jié)果是隨著信噪比的減小，特別是當(dāng)信噪比小于25dB時，延時多副本重傳的性能將大大下降。
圖11是模擬的使用本發(fā)明方法后對傳輸性能的改進(jìn)曲線圖。在一個典型的移動通信系統(tǒng)中，仿真不同的ARQ方案所獲得的傳輸控制協(xié)議(TCP)性能。仿真中，有線網(wǎng)容量取為100Mbps，無線網(wǎng)容量取為2Mbps，有線網(wǎng)的傳播時延為50ms，無線網(wǎng)的傳播時延為10ms，鏈路層的數(shù)據(jù)分組長度為53字節(jié)，TCP的分組長度為576字節(jié)，基站緩沖器能存儲最多384個鏈路層的數(shù)據(jù)分組，重傳的最大次數(shù)是2(副本數(shù)為3或4)，取交織重傳區(qū)間最小值ds為1，用兩態(tài)馬爾可夫(Markovian)模型模擬衰落信道。
圖中對不同ARQ方案的端到端TCP吞吐量作了比較，橫軸為信道衰落速度fd(Hz)，縱軸為吞吐量。用空菱形塊連接的虛線示出不限制重傳次數(shù)(無限重傳)的理想(ideal)情況，用實心方塊連接的實線表示傳統(tǒng)的選擇重傳(SR-ARQ)方案性能，用實心菱形塊連接的實線示出線性-多副本重傳(Linear-MCR)方案的性能，用加號(+)連接的實線表示指數(shù)-多副本重傳(Expo-MCR)方案的性能，用實心三角形連接實線表示延時-線性-多副本重傳(D-Linear-MCR)，用*形連接實線表示延時-指數(shù)-多副本交織重傳(D-Expo-MCR)。結(jié)果表明本發(fā)明方案與傳統(tǒng)的SR-ARQ方案相比，可獲得更好的TCP端到端吞吐量。實驗還表明D-MCR方案的性能優(yōu)于MCR方案，而不同的多副本方案(Linear與Expo)間則無太大區(qū)別。
通常，在快衰落信道中，因平均數(shù)據(jù)分組的丟失率較高，用指數(shù)方案的性能優(yōu)于用線性方案，吞吐量大；而在慢衰落信道中，較長的衰落期長度將大大降低多副本方案的有效性，因此在低下的有效吞吐量情況下，指數(shù)方案的吞吐量將低于線性方案，在不同的需求下，應(yīng)選擇不同的多副本方案。
權(quán)利要求
1.一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于是在發(fā)送端接收到來自接收端的針對某一特定數(shù)據(jù)分組的否定確認(rèn)(NACK)信號后，對該特定的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行多個副本并在相鄰的兩個副本間插入延時地重傳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的多個副本，其副本數(shù)是根據(jù)當(dāng)前的該特定數(shù)據(jù)分組的重傳次數(shù)進(jìn)行計算得到，并隨重傳次數(shù)的增加而增長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的多個副本數(shù)隨重傳次數(shù)作線性增長；在所述的當(dāng)前的該特定數(shù)據(jù)分組的重傳次數(shù)是i時，當(dāng)前的該特定數(shù)據(jù)分組的副本個數(shù)為i+1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的多個副本數(shù)隨重傳次數(shù)作指數(shù)增長；在所述的當(dāng)前的該特定數(shù)據(jù)分組的重傳次數(shù)是i時，當(dāng)前的該特定數(shù)據(jù)分組的副本個數(shù)為2i。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的對該特定的數(shù)據(jù)分組在相鄰的兩個副本間插入延時地重傳，進(jìn)一步包括以下步驟A.在發(fā)送端建立至少二個隊列，包括發(fā)送隊列和重傳隊列；B.將新發(fā)送數(shù)據(jù)分組存放在發(fā)送隊列中，將重傳的數(shù)據(jù)分組副本存放在重傳隊列中；C.判斷當(dāng)前重傳隊列為空或不空的狀態(tài)，在當(dāng)前的重傳隊列為空時，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組，在當(dāng)前的重傳隊列為不空時，對重傳隊列中的數(shù)據(jù)分組副本進(jìn)行交織發(fā)送。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的對重傳隊列中的數(shù)據(jù)分組副本進(jìn)行交織發(fā)送包括由定時器設(shè)置一個交織重傳區(qū)間的時間長度最小值；從重傳隊列中選出每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本，按先進(jìn)先出的原則在一個交織重傳區(qū)間的時間長度內(nèi)發(fā)送；若在不足最小值的交織重傳區(qū)間的時間長度內(nèi)，已發(fā)送完重傳隊列中每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本，則按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組，直至定時器設(shè)置的最小值交織重傳區(qū)間的時間長度到時結(jié)束該交織重傳區(qū)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于若在不足最小值的交織重傳區(qū)間的時間長度內(nèi)，已發(fā)送完重傳隊列中每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本，且發(fā)送隊列為空時，則停止發(fā)送，直至定時器設(shè)置的最小值交織重傳區(qū)間的時間長度到時結(jié)束該交織重傳區(qū)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于在一個交織重傳區(qū)間結(jié)束時，若重傳隊列為不空，則開始一新的交織重傳區(qū)間發(fā)送；若重傳隊列為空，則結(jié)束交織發(fā)送，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的交織重傳區(qū)間的時間長度應(yīng)大于所述的交織重傳區(qū)間的時間長度最小值和同時大于所述的重傳隊列中不同數(shù)據(jù)分組個數(shù)的最大值。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的重傳隊列中的數(shù)據(jù)分組副本，同一數(shù)據(jù)分組副本是根據(jù)計算獲得的該特定數(shù)據(jù)分組的重傳副本個數(shù)，分別存放在按順序編號的副本隊列中；一個副本隊列含有不同數(shù)據(jù)分組的一個副本。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或5或10所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的對重傳隊列中的數(shù)據(jù)分組副本進(jìn)行交織發(fā)送包括從重傳隊列中的第一個副本隊列開始，按先進(jìn)先出的原則依次發(fā)送每一個副本隊列中的各數(shù)據(jù)分組副本，直到最后一個副本隊列；在所有的副本隊列都為空時結(jié)束交織發(fā)送，開始發(fā)送所述的發(fā)送隊列。
12 根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的依次發(fā)送每一個副本隊列中的各數(shù)據(jù)分組副本，是在當(dāng)前的副本隊列為空時，才可進(jìn)行下一個副本隊列的發(fā)送。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的直到發(fā)送最后一個副本隊列，包括沒有存放數(shù)據(jù)分組副本的副本隊列。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于所述的副本隊列，副本隊列的個數(shù)大于或等于根據(jù)計算獲得的特定數(shù)據(jù)分組的重傳副本數(shù)。
15.一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于包括以下步驟A.在發(fā)送端建立至少二個隊列，包括發(fā)送隊列和重傳隊列；B.將新發(fā)送數(shù)據(jù)分組存放在發(fā)送隊列中，根據(jù)當(dāng)前重傳數(shù)據(jù)分組的次數(shù)確定副本數(shù)并將其存放在重傳隊列中；C.判斷當(dāng)前重傳隊列為空或不空的狀態(tài)，在當(dāng)前的重傳隊列為空時，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組，在當(dāng)前的重傳隊列為不空時，對重傳隊列中的數(shù)據(jù)分組副本進(jìn)行交織發(fā)送；D.由定時器設(shè)置一個交織重傳區(qū)間的時間長度最小值，從重傳隊列中選出每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本，按先進(jìn)先出的原則在每一個交織重傳區(qū)間的時間長度內(nèi)發(fā)送；若在不足最小值的交織重傳區(qū)間的時間長度內(nèi)，已發(fā)送完重傳隊列中每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本，則按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組，直至定時器設(shè)置的最小值交織重傳區(qū)間的時間長度到時結(jié)束該交織重傳區(qū)間，并開始下一個交織重傳區(qū)間；若在不足最小值的交織重傳區(qū)間的時間長度內(nèi)，已發(fā)送完重傳隊列中每個重傳數(shù)據(jù)分組的一個副本，且發(fā)送隊列為空時，則停止發(fā)送，直至定時器設(shè)置的最小值交織重傳區(qū)間的時間長度到時結(jié)束該交織重傳區(qū)間，并開始下一個交織重傳區(qū)間；在一個交織重傳區(qū)間結(jié)束，且重傳隊列為空時，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組。
16.一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于包括以下步驟A.在發(fā)送端建立至少二個隊列，包括發(fā)送隊列和重傳隊列；B.將新發(fā)送數(shù)據(jù)分組存放在發(fā)送隊列中，根據(jù)當(dāng)前重傳數(shù)據(jù)分組的次數(shù)確定副本數(shù)并將其存放在重傳隊列中；C.判斷當(dāng)前重傳隊列為空或不空的狀態(tài)，在當(dāng)前的重傳隊列為空時，按先進(jìn)先出的原則發(fā)送發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)分組，在當(dāng)前的重傳隊列為不空時，對重傳隊列中的數(shù)據(jù)分組副本進(jìn)行多隊列輪詢發(fā)送；D.設(shè)置按順序編號的副本隊列，一個副本隊列含有不同數(shù)據(jù)分組的一個副本，從第一個副本隊列開始，按先進(jìn)先出的原則依次發(fā)送每一個副本隊列中的各數(shù)據(jù)分組副本，發(fā)送完前一個副本隊列才可發(fā)送后一個副本隊列，直到最后一個副本隊列，在所有的副本隊列都為空時結(jié)束輪詢發(fā)送，開始發(fā)送所述的發(fā)送隊列。
17.一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法，其特征在于是由移動通信系統(tǒng)中的收發(fā)器向接收器發(fā)送數(shù)據(jù)分組，和提供某一特定數(shù)據(jù)分組的多個副本；在收發(fā)器接收到接收器未能接收到某個特定數(shù)據(jù)分組的指示時，按預(yù)定間隔有序地重發(fā)該特定分組的多個副本。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在衰落信道中重傳丟失分組的方法,是一種多副本加延時的重傳方法。即在發(fā)送端接收到針對某一特定數(shù)據(jù)分組的否定確認(rèn)(NACK)信號后,對其進(jìn)行多個副本并在相鄰的兩個副本間插入延時地重傳。多個副本數(shù)可根據(jù)當(dāng)前重傳次數(shù)按線性或按指數(shù)計算獲得;具體的重傳方法包括按交織重傳區(qū)間發(fā)送重傳隊列的交織發(fā)送方案,和按副本隊列順序發(fā)送重傳隊列的多隊列輪詢發(fā)送方案。本發(fā)明方法在相關(guān)衰落信道中,可在減少重傳次數(shù)的同時,提高每次重傳的效率。
文檔編號H04L1/00GK1351450SQ0013033
公開日2002年5月29日 申請日期2000年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月27日
發(fā)明者牛志升, 朱京 申請人:清華大學(xué), 富士通株式會社