[發(fā)明專利]基于數(shù)字無線電窄帶系統(tǒng)的R2UDP協(xié)議設(shè)計(jì)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310545750.2
• 申請(qǐng)日: 2013-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN103618694A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張娟;蔣和松;江虹;陳春梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種提高UDP協(xié)議在數(shù)字無線電窄帶系統(tǒng)中傳輸性能的設(shè)計(jì)方法，屬于無線通信和信息傳播技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在數(shù)字無線電窄帶系統(tǒng)中，某些應(yīng)用(如：配置文件，更新文件等)需要在空中傳輸大量的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的發(fā)生沒有一個(gè)專門的傳輸信道，而只能以較低的優(yōu)先級(jí)與其他負(fù)載共享信道資源。這些數(shù)據(jù)在整個(gè)傳輸過程中由于信道速率低，數(shù)據(jù)丟包率高，而且常被與它共享信道的更高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)中斷，所以傳輸將花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間并且占用帶寬的時(shí)間也比較長(zhǎng)。

目前實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄖ饕蠺CP傳輸控制協(xié)議和SCTP(Stream?Control?Transmission?Protocol)流控制傳輸協(xié)議，以及UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)議。TCP和SCTP協(xié)議都是面向連接的，保證了數(shù)據(jù)的可靠性，但是處理復(fù)雜、效率不高、占用資源較多、無法支持海量并發(fā)連接；UDP協(xié)議采用面向非連接的傳輸策略，速度快、效率高、可支持海量并發(fā)連接，但是存在可靠性差的缺點(diǎn)。而且這些協(xié)議主要適用于寬帶領(lǐng)域，針對(duì)無線電系統(tǒng)窄帶傳輸，則需要設(shè)計(jì)一個(gè)輕量級(jí)的、能夠有效傳輸批量數(shù)據(jù)協(xié)議。

本發(fā)明是針對(duì)DMR(Digital?Mobile?Radio)應(yīng)用中的PC端服務(wù)器和移動(dòng)設(shè)備之間交換大尺寸配置數(shù)據(jù)文件設(shè)計(jì)的?？刂普綜S(Control?Station)是無線電傳輸網(wǎng)絡(luò)RAN(RadioAreaNetwork)和有線USB之間連接的數(shù)據(jù)路由器，它只透明傳輸不對(duì)數(shù)據(jù)做任何修改。該無線信道RAN具有三個(gè)特點(diǎn)：(1)低速率：OTA(OverTheAir)數(shù)據(jù)率低于9600bps；(2)易干擾：鏈路質(zhì)量差；(3)低優(yōu)先級(jí)：傳輸?shù)呐渲梦募哂休^低的優(yōu)先級(jí)，并且和高優(yōu)先級(jí)應(yīng)用(如：語音呼叫，短信傳輸)共享信道。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

在上述無線電系統(tǒng)中，USB鏈路具有高速且較好的鏈路質(zhì)量，因此該傳輸系統(tǒng)的瓶頸是RAN的OTA鏈路性能。在兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)間的“傳輸時(shí)間”是個(gè)重要的參數(shù)。該參數(shù)受許多因素的影響：(1)由于射頻衰減造成固有的無線信道高誤碼率的特性；(2)不同系統(tǒng)的往返延遲的變化；(3)當(dāng)移動(dòng)終端進(jìn)行語音呼叫，或超過頻率范圍，或切換頻道等，導(dǎo)致傳輸配置文件的成功率嚴(yán)重下降，傳輸信道變得不可用。

在無線電窄帶系統(tǒng)中，批量數(shù)據(jù)傳輸所追求的是較短的傳輸時(shí)間和較少的帶寬占用，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的信道被低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)應(yīng)用占用，將影響其他高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的傳輸。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可在應(yīng)用層即第七層協(xié)議上去實(shí)現(xiàn)，將原始的批量數(shù)據(jù)壓縮、分段，傳輸被設(shè)計(jì)為“resilience”模式，即僅傳輸不成功的片段，不需要重新傳輸所有的數(shù)據(jù)。以這樣的方式，能夠節(jié)約帶寬資源并且縮短整個(gè)傳輸時(shí)間。盡管在應(yīng)用層上做相關(guān)處理在一定程度上獲得了好處，但性能仍然不理想，主要的原因是每個(gè)片段可靠傳輸?shù)男瘦^低。因此，需要在底層如傳輸層上設(shè)計(jì)一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)更快且消耗的帶寬資源更少的傳輸機(jī)制。

本發(fā)明針對(duì)數(shù)字無線電窄帶系統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)文件傳輸?shù)奶囟☉?yīng)用，設(shè)計(jì)了R²UDP(Reduced?Reliable?UDP)，該協(xié)議創(chuàng)新地添加了可選擇SBACK(Selective?Bundled?ACK)和智能探測(cè)幀(smart?probe)，有效的改善了傳輸效率并節(jié)約了帶寬，而且也減少了批量數(shù)據(jù)對(duì)共享信道傳輸?shù)挠绊憽?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)適用于數(shù)字無線電窄帶系統(tǒng)有效可靠的傳輸協(xié)議——R²UDP協(xié)議，該協(xié)議在效率和復(fù)雜性間達(dá)成了平衡。主要特點(diǎn)有：

●保證了每個(gè)UDP數(shù)據(jù)包傳輸?shù)某晒β剩?/p>

●相比TCP，精簡(jiǎn)了協(xié)議復(fù)雜度，如確認(rèn)擁塞機(jī)制和握手信號(hào)，從而縮短了傳輸時(shí)間并節(jié)約了帶寬；

●簡(jiǎn)單、輕量級(jí)并且與已有的UDP協(xié)議兼容；

●提供了簡(jiǎn)化通用的用戶API，如socket接口。

一、R²UDP基本原理及包格式

R²UDP是精簡(jiǎn)的UDP并且與已有的UDP包格式兼容。R²UDP的傳輸需要Fat發(fā)送端和Thin接收端。一個(gè)設(shè)備可以同時(shí)具備全雙工發(fā)送和接收功能。發(fā)送端發(fā)送批量數(shù)據(jù)，主要功能是管理重傳機(jī)制。接收端接收批量數(shù)據(jù)并返回ACK表明包成功接收。如圖2所示，PC端作為發(fā)送端，移動(dòng)終端作為接收端。傳輸網(wǎng)絡(luò)為無線窄帶系統(tǒng)。