CN102223202B - 无线广播数据包丢失原因检测及速率自适应方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线广播数据包丢失原因检测及速率自适应方法及系统，属于无线网络传输技术领域。现有技术中，存在难以确定导致丢包的原因和没有充分利用无线设备支持多速率的特性等技术问题。本发明主要根据RSSI和PER进行冲突检测，确定导致丢包的原因；根据冲突检测的结果，针对导致丢包的不同原因，进行速率自适应调整。本发明能够准确地确定数据包丢失的原因，并能够根据数据包丢失的原因自动调整无线广播速率，从而提高了无线广播效率和服务质量。

Description

无线广播数据包丢失原因检测及速率自适应方法及系统

技术领域

本发明属于无线网络传输技术领域，具体涉及一种无线广播数据包丢失原因检测及速率自适应方法及系统。

背景技术

随着无线网的迅速发展，尤其是3G网络出现之后，无线网的应用需求越来越大。但由于无线网带宽低，信道质量不稳定等固有特性，从而导致利用无线进行视频的传输面临很大的挑战。

采用无线网广播模式是解决无线网带宽瓶颈的一种有效方法。相对单播模式，广播能极大的节省带宽。例如，假定当前发送源的可用带宽为W，需要同时给N个邻居节点发送数据。如果采用单播模式，发送源则需要给每个节点单独发送一份完全一样的拷贝，因此每个邻居节点实际被分到的平均带宽为W/N；但是如果采用广播模式，发送源则只需要发送一份数据，所有的邻居节点均能收到数据，因此每个邻居节点实际被分到的带宽为W。当N比较大的情况下，采用单播模式各个邻居节点实际分到的带宽太小，极不利于视频这种需要高带宽支持的数据的传输，而采用广播则不存在这个问题。

在IEEE802.11标准中，通过采用不同的信号调制方式和信道编码机制，目前的大部分无线产品在物理层都是支持多速率的。例如采用IEEE802.11b协议进行传输，在物理层支持四种不同速率(1Mbps，2Mbps，5.5Mbps和11Mbps)，IEEE802.11g支持十二种不同速率(最高可达54Mbps)。然而在无线广播领域，无线装置支持多速率的特性并没有被充分利用，在IEEE802.11标准中，广播采用的最低传输速率(如果采用IEEE802.11b协议，那么传输速率将被固定为1Mbps)，而且一般也仅仅用来传输一些控制信息。这也是无线广播一直没有被广泛使用的原因之一。

另外，由于无线信道比较脆弱，容易受到干扰的影响，从而导致无线网在传输过程中的丢包率比较大。导致无线网在传输过程中丢包的原因一般可以分为两大类，一是由于干扰导致数据包丢失，在这种情况下应采取二进制指数回退算法，等待一定时间后再传输；另一种原因是由于在传输过程中信号衰减，信号强度太弱导致接收方无法接受而导致的丢包，在这种情况下一般靠改变物理层的调制方式，更改传输速率来减小丢包率。然而在实际的传输过程中，一旦发生了丢包，很难确定导致丢包的真正原因。目前存在的一些技术虽然实现了依据丢包率对传输速率进行自适应调整，但由于其没有判断导致丢包的真正原因，所以在有干扰的情况下，其性能或急剧下降。

由此可见，要想充分利用无线网带宽以及无线装置支持多速率的特性，实现无线视频广播，需要解决如下两个问题：一是判断出导致丢包的真正原因；二是如何选择合适的传输速率。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种无线广播数据包丢失原因检测及速率自适应方法及系统。该方法及系统用于解决无线广播领域难以确定导致丢失数据包的原因和无线设备支持多速率的特性没有被充分利用的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无线广播数据包丢失原因检测方法，包括以下步骤：

(1)发送端广播数据包；

(2)接收端接收到数据包后，周期性地统计数据包中接收信号的强度指示RSSI信息和数据包的错误率PER信息，并将统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端；

(3)发送端根据接收端反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失的原因。

一种无线广播数据包丢失原因检测系统，包括发送端和接收端；所述发送端用于广播数据包，所述接收端用于接收发送端广播的数据包；其特征在于：

所述接收端包括用于周期性地统计数据包中接收信号的强度指示RSSI信息和数据包的错误率PER信息的统计装置，以及用于将统计装置统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端的反馈装置；

所述发送端包括用于根据接收端反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失原因的判断装置。

一种无线广播速率自适应方法，包括以下步骤：

(1)发送端广播数据包；

(2)接收端接收到数据包后，周期性地统计数据包中接收信号的强度指示RSSI信息和数据包的错误率PER信息，并将统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端；

(3)发送端根据接收端反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失的原因；

(4)根据数据包丢失原因调整无线广播速率。

一种无线广播速率自适应系统，包括发送端和接收端；所述发送端用于广播数据包，所述接收端用于接收发送端广播的数据包；其特征在于：

所述接收端包括用于周期性地统计数据包中接收信号的强度指示RSSI信息和数据包的错误率PER信息的统计装置；以及用于将统计装置统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端的反馈装置；

所述发送端包括用于根据接收端反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失原因的判断装置；以及用于根据判断装置判断出的数据包丢失的原因调整速率的调整装置。

本发明所述方法及系统，发送端通过对接收端反馈的RSSI和PER与预先设定阈值的比较分析，能够准确地确定数据包丢失的原因是信道存在干扰还是信号衰减，并能够根据数据包丢失的原因及接收端反馈的PER与预先设定阈值的比较结果来自动调整无线广播速率，从而充分地利用了无线网带宽及无线设备支持多速速的特性，提高了无线广播的效率和服务质量。

附图说明

图1是具体实施方式中无线广播系统的结构和数据流图；

图2是实施例1中无线广播数据包丢失原因检测系统结构图；

图3是实施例1中无线广播数据包丢失原因检测方法流程图；

图4是实施例1中判断数据包丢失原因的方法流程图；

图5是实施例2中无线广播速率自适应系统结构图；

图6是实施例2中无线广播速率自适应方法流程图；

图7是实施例2中根据数据包丢失的原因调整速率的方法流程图。

具体实施方式

本发明主要应用于无线网络视频广播领域中，其核心思想是：接收端接收发送端广播的数据包，周期性地对数据包中的RSSI(Received SignalStrength Indication，接收信号的强度指示)和PER(Packet Error Rate，数据包的错误率)进行统计，然后将其返回给发送端；发送端则根据这些统计数据对信道质量进行评估，并根据信道质量调整传输速率进行下一次传输。下面结合实施例和附图对本发明进行详细描述。

图1是本实施方式所述的无线网络结构和数据流图，包括发送端11和接收端12，一个发送端11可以连接多个接收端12。发送端11向接收端12广播数据包，接收端12接收数据包，并周期性地统计数据包中的RSSI和PER后，反馈给发送端11。

实施例1

图2出示了本实施例中无线广播数据包丢失原因检测系统。该系统包括发送端11和接收端12；所述发送端11用于广播数据包，所述接收端12用于接收发送端11广播的数据包。

接收端12包括用于周期性地统计数据包中RSSI信息和PER信息的统计装置121，以及用于将统计装置121统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端11的反馈装置122。发送端11包括用于根据接收端12反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失原因的判断装置111。

图3出示了采用图2所示系统检测无线广播数据包丢失原因的方法流程。该方法包括以下步骤：

(1)发送端11广播数据包。

发送端11连续广播视频数据，其物理底层的初始速率为1Mbps，采用802.11b协议。

(2)接收端12接收到数据包后，周期性地统计数据包中RSSI信息和PER信息，并将统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端11。

上述统计和返回的时间周期是一种实验数据，其取值范围最好定在秒级，并且在1到5秒之间比较合适，主要考虑到人眼对视频的暂留效应。本实施例中，时间周期取2秒。

(3)发送端11根据接收端12反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失的原因。通常情况下，数据包丢失的原因或者是信道存在干扰，或者是信号衰减。

图4出示了判断数据包丢失原因的具体过程，包括如下步骤：

首先判断RSSI值是否大于阈值RSSI_max，如是，则断定数据包丢失的原因为信道存在干扰。否则判断RSSI值是否小于阈值RSSI_min，如是，则断定数据包丢失的原因为信号衰减。

在仅仅通过RSSI无法确定信道十分存在干扰的情况下，即RSSI处于阈值RSSI_min和RSSI_max之间，需要结合PER对信道进行评估。如果RSSI处于阈值RSSI_min和RSSI_max之间且PER值大于阈值PER_mid，则数据包丢失原因为信道存在干扰；否则，数据包丢失原因为信号衰减。

上述阈值可以通过实验获得，在有干扰的条件下和在无干扰的条件下比较各自的RSSI和PER特性。RSSI_max、RSSI_min和PER_mid的取值和无线网络特定的环境有关，本实施例中，RSSI_max取值为40dBm(分贝毫瓦)，RSSI_min的取值为25dBm。PER_mid的最佳取值范围在13％～20％之间，本实施例中取值为16％。

实施例2

图5出示了本实施例中无线广播速率自适应系统结构。该系统在实施例1所示系统的基础上，在发送端11设有用于根据判断装置判断出的数据包丢失的原因调整速率的调整装置112。

图6出示了本实施例中无线广播速率自适应系统的方法流程，在实施例1所示方法的基础上，增加根据数据包丢失原因调整无线广播速率的步骤。调整装置112根据数据包丢失的原因调整速率的具体过程如下，如图7所示：

如果数据包丢失原因为信道存在干扰，则执行二进制指数回退算法(该算法为现有算法)，不调整速率。如果数据包丢失原因为信号衰减，则通过如下方式调整速率：

判断PER值是否大于阈值PER_max，如是，则表明信道质量很差，此时通过降低传输速率来降低丢包率。相反，如果PER值小于阈值PER_min，则表明信道质量很好，此时通过提高传输速率来提高系统的吞吐量。如果PER位于二者之间，则维持原速率不变。

阈值PER_max、PER_min可以通过实验获得，即通过在不同速率下，距离发送源不同距离时对应的PER的大小关系及变化情况获得PER_max、PER_min的经验值。本实施例中，PER_max取值为31％，PER_min的取值为13％。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种无线广播数据包丢失原因检测方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）发送端广播数据包；

（2）接收端接收到数据包后，周期性地统计数据包中接收信号的强度指示RSSI信息和数据包的错误率PER信息，并将统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端；

（3）发送端根据接收端反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失的原因；根据RSSI信息和PER信息确定导致数据包丢失原因的方法包括以下步骤：

判断RSSI值是否大于阈值RSSI_max，如是，则数据包丢失的原因为信道存在干扰；否则

判断RSSI值是否小于阈值RSSI_min，如是，则数据包丢失的原因为信号衰减；否则

判断PER值是否大于阈值PER_mid，如是，则数据包丢失原因为信道存在干扰；否则，数据包丢失原因为信号衰减。

2.如权利要求1所述的无线广播数据包丢失原因检测方法，其特征在于：步骤（2）中，所述周期在1到5秒之间。

3.如权利要求1所述的无线广播数据包丢失原因检测方法，其特征在于：步骤（2）中，所述周期为2秒。

4.如权利要求1所述的无线广播数据包丢失原因检测方法，其特征在于：所述阈值RSSI_max取值为40分贝毫瓦，阈值RSSI_min的取值为25分贝毫瓦，阈值PER_mid的取值范围在13%～20%之间。

5.如权利要求4所述的无线广播数据包丢失原因检测方法，其特征在于：所述阈值PER_mid的取值为16%。

6.一种无线广播数据包丢失原因检测系统，包括发送端（11）和接收端（12）；所述发送端（11）用于广播数据包，所述接收端（12）用于接收发送端（11）广播的数据包；其特征在于：

所述接收端（12）包括用于周期性地统计数据包中接收信号的强度指示RSSI信息和数据包的错误率PER信息的统计装置（121），以及用于将统计装置（121）统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端（11）的反馈装置（122）；

所述发送端（11）包括用于根据接收端（12）反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失原因的判断装置（111）；判断装置（111）通过如下方式判断数据包丢失的原因：

判断RSSI值是否大于阈值RSSI_max，如是，则数据包丢失的原因为信道存在干扰；否则

判断RSSI值是否小于阈值RSSI_min，如是，则数据包丢失的原因为信号衰减；否则

判断PER值是否大于阈值PER_mid，如是，则数据包丢失原因为信道存在干扰；否则，数据包丢失原因为信号衰减。

7.一种无线广播速率自适应方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）发送端广播数据包；

（2）接收端接收到数据包后，周期性地统计数据包中接收信号的强度指示RSSI信息和数据包的错误率PER信息，并将统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端；

（3）发送端根据接收端反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失的原因；

（4）根据数据包丢失原因调整无线广播速率；根据数据包丢失原因调整无线广播速率的方法如下：

如果数据包丢失原因为信道存在干扰，则执行二进制指数回退算法，不进行速率调整；如果数据包丢失原因为信号衰减，则通过如下方式调整速率：

判断PER值是否大于阈值PER_max，如是，则降低速率；否则

判断PER值是否小于阈值PER_min，如是，则提高速率；否则，速率不变。

8.如权利要求7所述的无线广播速率自适应方法，其特征在于：所述阈值PER_max取值为31%，阈值PER_min的取值为13%。

9.一种无线广播速率自适应系统，包括发送端（11）和接收端（12）；所述发送端（11）用于广播数据包，所述接收端（12）用于接收发送端（11）广播的数据包；其特征在于：

所述接收端（12）包括用于周期性地统计数据包中接收信号的强度指示RSSI信息和数据包的错误率PER信息的统计装置（121）；以及用于将统计装置（121）统计的RSSI信息和PER信息周期性地反馈给发送端（11）的反馈装置（122）；

所述发送端（11）包括用于根据接收端（12）反馈的RSSI信息和PER信息，判断导致数据包丢失原因的判断装置（111）；以及用于根据判断装置（111）判断出的数据包丢失的原因调整速率的调整装置（112）；

判断装置（111）通过如下方式判断数据包丢失的原因：

判断RSSI值是否大于阈值RSSI_max，如是，则数据包丢失的原因为信道存在干扰；否则

判断RSSI值是否小于阈值RSSI_min，如是，则数据包丢失的原因为信号衰减；否则

判断PER值是否大于阈值PER_mid，如是，则数据包丢失原因为信道存在干扰；否则，数据包丢失原因为信号衰减；

调整装置（112）通过如下方式调整速率：

如果数据包丢失原因为信道存在干扰，则执行二进制指数回退算法，不进行速率调整；如果数据包丢失原因为信号衰减，则

判断PER值是否大于阈值PER_max，如是，则降低速率；否则

判断PER值是否小于阈值PER_min，如是，则提高速率；否则，速率不变。

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