[發明專利]無線局域網內組播場景中最小丟包重傳方法

有效

• 申請號: 201410407682.8
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104219032B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 謝剛;楊亞霖;高錦春;劉元安;胡碧波;劉凱明;劉芳;袁東明
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L1/18
• 分類號: H04L1/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 張水俤

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，特別涉及一種具有反饋鏈路的組播場景丟包恢復中生成最少數量重傳包的方法。

背景技術

信息高效可靠傳輸問題是任意通信系統都需要研究的重要問題。很多應用要求完全可靠的傳輸數據，即不能有數據包的丟失，例如文件傳輸，財務應用，電子郵件，遠程主機訪問等應用。丟失文件數據或財務交易數據的后果嚴重。與有線網絡相比，在無線通信網絡中，有很多因素例如衰落、干擾、多徑效應和碰撞會導致無線傳輸丟包率增高，這就增加了傳輸的開銷，而這種開銷在無線組播場景中是比較嚴重的。目前，無線傳輸系統中都是采用直接重傳的方式，即每個用戶丟什么包就向該用戶重傳該包。例如在一個AP同時為三個用戶服務的組播系統中，AP廣播了三個數據包P1、P2和P3，用戶一丟失P1，用戶二丟失P2，用戶三丟失P3，根據現有802.11機制需要向用戶一重傳P1，向用戶二重傳P2，向用戶三重傳P3，所以AP需要廣播三個重傳包。當組播網絡內用戶增加，鏈路狀況的差異會造成各個用戶丟包不同且極度分散，尤其是在高密度情況下，傳統的丟包恢復機制會導致重傳包的數量極大，嚴重的增加了系統的開銷，傳輸效率大大降低。當信道條件很差或者網絡很擁堵的情況下，這樣極低的傳輸效率會導致重傳次數增加，時延加大，甚至傳輸失敗。因此，對無線傳輸系統組播場景下的丟包恢復進行最優化研究無疑具有重要意義。

近些年提出了一種基于網絡編碼的組播重傳方法，AP只需要重傳一個數據包，即將P1、P2和P3進行異或組合操作形成異或組合包Q。用戶一將Q與已正確接收到的P2、P3進行異或解碼則可以恢復出丟包P1，同理用戶二和用戶三也能以相應的方式恢復出各自丟包。許多無線傳輸系統中基于網絡編碼的組播重傳策略的研究已經開展。Nguyen等人和Tran等人在《Wireless Broadcast Using Network Coding》提出了一種無線組播中基于網絡編碼的丟包重傳策略，發送節點根據接收節點反饋的丟包信息，機會的選擇不同接收節點丟失的數據包進行編碼，進而使得不同的接收節點在正確接收到編碼重傳數據包后，能恢復出其丟失的數據包。然而這種方法靈活性不好，不能在無線多播場景下根據各個接收節點的實際情況發送其需要的重傳數據包，僅僅將一個無線多播數據幀內的所有數據包先按照一定方式進行編碼再廣播給所有接收節點，對于丟包較少的接收節點，會接收到大量多余的重傳數據包。中南大學肖瀟等人在《一種低丟包率無線網絡中基于網絡編碼的廣播重傳方法》和《基于網絡編碼的無線網絡廣播重傳方法》中提出了基于網絡編碼的無線網絡廣播重傳方法(BRANC),對將每個用戶的i號丟包異或組合形成重傳包依次發送，如果無法恢復出丟包則更換組合方式再次發送。使用該方法不能保證系統內重傳包數量最低，而且重傳次數較多。在某些特殊丟包情況下這種機制不能保證所有接收節點都能恢復出丟失的數據包，因為采用這種機制的編碼方案，不能保證重傳包之間是線性獨立的，因此導致重傳包數量增多和重傳次數增加。北京郵電大學曹震的碩士論文中基于包比特移位設計了一種改進范德蒙矩陣的編碼方案，運用此方案能夠保證發送最少編碼重傳數據包后，所有接收節點都能恢復出丟失的數據包。但是這種方案在接收端恢復丟包時的復雜度極大，并且數據包中一旦有一個比特位發生誤碼，此誤碼會嚴重蔓延。本申請人之前也提出過相關申請CN201410097774.0，提出了組播場景下丟包重傳機制的框架和流程，以及重傳包幀格式的設計。該申請中使用的生成異或組合包的方法是將每個用戶的第i個丟包異或組合生成第i個重傳包，此方法在某些特殊丟包情況下無法保證重傳包之間線性無關，因而用戶無法正確恢復出丟包。例如一個AP向四個用戶廣播了四個數據包P1、P2、P3和P4，用戶一丟失P1、P2，用戶二丟失P1、P4，用戶三丟失P2、P3，用戶四丟失P1、P4。根據該申請中的方法生成的重傳包為P1⊕P2⊕P3和P2⊕P3⊕P4，對于用戶三來說，根據重傳包和自身已接收到的數據包無法正確恢復出任何丟包。利用上述BRANC的方法可以正確恢復出丟包，但是需要發送三個重傳包P1⊕P2⊕P3、P2⊕P3⊕P4和P1⊕P2，因此重傳包數量并不是最低。

為此，本發明設計了一種多播場景下最小丟包重傳方法，這種方法適用于所有丟包情況。對于上文所述的丟包情況，根據本發明的編碼方法得到的重傳包為P1⊕P3和P2⊕P4，AP將重傳包數量壓縮到二個。本發明可以保證在所有用戶成功恢復出丟包的情況下，AP每次生成的重傳包數量低至理論最低值。并且，由于本發明編碼和解碼都是簡單地進行比特按位異或操作，因此編譯碼復雜度均很低，額外硬件開銷幾乎為零。

發明內容