CN102917403A - 一种低时延并行重传方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了信号传输领域中的一种低时延并行重传方法及装置。本发明包括存放发送信息的队列发送模块；对信息计数的计数器；接收反馈信息的第一接收模块；和发送信息的第一发送模块；接收端包括：发送反馈信息的第二发送模块；接收信息的第二接收模块；对所述第二接收模块接收的信息进行校验的校验模块和窗口分割模块。本发明通过测量信息在信息传输链路上的往返时间来设定并行传输的并行数据流数目，使信息重传时间间隔最小，从而降低重传时延；通过发送子窗口循环地依次发送数据，达到数据并行传输的目的，可在单进程中实现，简化了并行传输实现系统的构成与控制。

Description

一种低时延并行重传方法及装置

技术领域

本发明涉及信息传输领域，特别涉及一种低时延并行重传方法及装置。

背景技术

在现代无线通信系统中，用户数据经过由收、发端构成的无线链路进行传输，由于无线信道受环境影响较大，链路质量难以得到绝对保证，一次数据传递可能无法完全正确。为此，以ARQ和HARQ为代表，通过多次发送数据并反馈确认的重传机制被用来解决上述问题。

ARQ或HARQ重传机制中，发送端已发送的每一份用户数据，都需要被接收端告知已被成功接收，或者发次数已超过限定，才能被移除；而在接收端，每接收一份数据，都需要通过反馈信息告知发送端本次接收的结果，包括接收正确与接收错误两种。若接收端接收的数据未通过校验，则反馈信息内容为接收错误，发端收到反馈信息后将重发这份数据；若接收端接收的数据通过校验，则反馈接收正确，发送端将移除该数据，接收端将会把这份数据向上层呈递，直至交付给用户。整个用户数据传输过程可简单描述如下：发送端发送数据、接收端接收数据、接收端校验数据、接收端发送反馈、发送端接收反馈、发送端再发送、……、接收端接收数据、接收端将数据交付给用户等多个环节。

在整个用户数据传输过程中，从数据进入发送端进行发送，到数据被接收端交付给目的用户，之间经历的时间称为传输总时延。另外，把发送端发送一次数据完毕，到发送端再次发送该数据之间经过的时间称为重传时间间隔；把发送端发送数据，到发送端收到接收端对该数据的反馈信息之间经过的时间称为往返时间。显然，重传时间间隔越长，额外重传时延越大，传输总时延越大；往返时间越大，必需的重传时间间隔越长。因此，可以通过降低重传时间间隔，来降低传输总时延。

无线通信系统的实现系统是周期性运行的系统，一个系统处理周期大致为无线帧时长，重传时间间隔与往返时间可以处理周期数记，即如果某系统在发出一份数据，在之后继续发送的第n次的处理周期内收到对该数据的反馈，那么往返时间的处理周期数为n，以下统称往返时间周期数。对于重传时间间隔同理。

另外，由于往返时间与重传时间间隔的存在，一份用户数据在发送端被一次发送后，需要等待一段时间才可能被再次发送，而在这段等待时间内链路上没有数据，为高效利用传输资源，可在发送端进行并行发送，以实现数据的并行传输。

重传系统降低传输时延的一个可行途径是设置合理的重传输时间间隔，现有的无线通信系统多是根据理论计算与仿真获得的往返时间，然后设置重传时间间隔。如LTE系统将半径小于15km小区的重传时间间隔周期数设为7，将半径为15km-100km小区的重传时间间隔周期数设为8，这样仅通过理论计算与仿真来设置实现过程中的重要参数并不能保证是最优的，可能人为的增大传输时延。另外，实现低时延无线通信的相关专利较少，专利号为200710038627.6的专利中提出了一种方法，但其仅针对HSUPA中采用RLC、MAC双层重传机制时上层重传时延大的问题。相较于理论计算与仿真，通过测量获得回环时间也许更精确，以此设置重传时间间隔周期数，能获得更低的传输总时延。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何降低并行传输系统中，由于传输出错而引起的重传时延。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低时延并行重传装置，其特征在于，该装置包括：

位于发送端的窗口分割模块，用于将发送窗口分割为发送子窗口；

位于发送端的队列发送模块，用于将要发送的信息放入发送子窗口；

位于发送端的计数器，用于对信息计数；

位于发送端的第一接收模块，用于接收第二发送模块发送的反馈信息；

位于发送端的第一发送模块，用于将要发送的信息发送给第二接收模块；

位于接收端的第二发送模块，用于将校验结果发送给第一接收模块；

位于接收端的第二接收模块，用于接收第一发送模块发送的信息；

和位于接收端的校验模块，用于对第二接收模块接收的信息进行校验。

一种低时延并行重传方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：将发送窗口分割为发送子窗口；

S2：所述队列发送模块将要发送的信息分别放入所述发送子窗口；

S3：所述第一发送模块依次从发送子窗口中取出要发送的信息并发送给第二接收模块；

S4：所述校验模块对第二接收模块接收的信息进行校验，将校验结果发送给所述第二发送模块；

S5：所述第二发送模块将校验结果发送给所述第一接收模块，所述第一接收模块将校验结果发送给对应的发送子窗口；

S6：所述对应的发送子窗口根据校验结果对发送子窗口内的信息进行调整。

所述步骤S1具体包括：

S11：对所述第一发送模块、第一接收模块、计数器、第二发送模块、第二接收模块和校验模块初始化，设置发送窗口的大小并初始化；

S12：所述第一发送模块接收发送窗口的信息处理周期信号，第一接收模块接收校验信息；

S13：所述第一发送模块检查第一接收模块接收到的校验信息，若校验信息显示为信息接收错误，则执行步骤S14，否则，记录此刻计数器的测量值，执行步骤S15；

S14：所述第一发送模块接收信息处理周期信号，从发送窗口中取出信息并发送，计数器加一，返回步骤S12；

S15：查看此时所述计数器的测量值的个数是否小于设定值，若是，则返回步骤S11；否则，找出计数器的测量值的最小值，程序结束。

在所述步骤S15后还包括：

S16：通过所述窗口分割模块将发送窗口分割为发送子窗口。

所述计数器的测量值的最小值和发送子窗口的数量相同。

所述步骤S6具体包括：

所述发送子窗口查看校验结果，若校验结果为信息传输正确，则更新对应发送子窗口中的信息，并从队列发送模块取出信息放入该发送子窗口；否则，继续发送该发送子窗口内对应的信息。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明从重传机制的一个基本要素入手，通过测量信息往返时间设定并行传输的数据流数目，在完全利用传输时间的同时，使信息发送端在得知之前发出的信息传输出错时能立即进行重传，即信息重传时间间隔最小，从而实现低时延重传；另外，本方法以单进程的形式（而非通常的多线程）实现多数据流并行传输，简化了实现系统的构成与控制。本发明可广泛应用于各类无线通信系统，且实现简单，实用性强。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中进行往返时间测量的系统结构图；

图3是本发明中进行并行数据传输的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的目的是从重传机制的一个基本要素——重传时间间隔入手，提出一种测量无线通信系统的往返时间的方法，并据此实现低时延的数据并行可靠传输的方法与装置。

在无线通信系统中，由于独特的信道特性，一次性传输不完全可靠，为完成数据的正确传输，系统引入重传机制，如ARQ、HARQ等。重传机制采用对同一份数据进行多次发收的办法来实现数据传输的可靠性，相较于一次性传输，其代价是增加了额外的重传时延，其大小与重传时间间隔成正比。重传时间间隔来自于系统中传输的数据流的数据处理过程与数据传输过程在时间上相互分离的要求，其含义是指发送端从发送一份数据到再一次发送该份数据的时间，大小与回环时延有关，前者必须大于或等于后者；往返时间指发送端从发出一份数据开始，到接收到从接收端发来的对该数据的反馈之间所经历的时间。对于不同系统，往返时间可能不同，重传时间间隔取值范围不同。

本发明用于降低并行传输时的重传时延。首先，本发明测量系统往返时间，设置重传时间时隔，以实现尽量低的额外重传时延，进而降低数据传输的总时延；然后，本发明将多个时域上间歇的数据流统一进行传输，以实现低时延的并行可靠数据传输。

本发明公开了一种低时延并行重传方法及装置，主要包括：往返时间的测量方法与装置，低时延并行数据可靠传输实现方法与装置。本发明的具体操作流程如图1所示，其中，处理周期是指发送端从一次开始接收数据，到下一次开始接收数据之间的时间为一个处理周期。

1）测量往返时间周期数的方法与装置

测量往返时间周期数时，传输系统的有效组成包括发送端与接收端两大部分。其中，

发送端包括：用于将发送窗口分割为发送子窗口的窗口分割模块；用于将要发送的信息放入发送子窗口的队列发送模块；用于对信息计数的计数器；用于接收第二发送模块发送的反馈信息的第一接收模块；用于将要发送的信息发送给第二接收模块的第一发送模块。

接收端包括：用于将校验结果发送给第一接收模块的第二发送模块；用于接收第一发送模块发送的信息，第二接收模块；用于对第二接收模块接收的信息进行校验的校验模块。系统结构如图2所示：

在测量过程中，第一发送模块每次取出发送窗口中全部数据，作为一数据帧发送给第二接收模块，直到校验信息显示为接收正确止，发送窗口中内容不更新。同时，计数器对发送的次数进行计数。测量往返时间周期数的具体步骤如下：

1：对第一发送模块、第一接收模块、计数器、第二发送模块、第二接收模块和校验模块初始化，设置发送窗口的大小并初始化；

2：第一发送模块接收发送窗口的信息处理周期信号，第一接收模块接收校验信息；

3：第一发送模块检查第一接收模块接收到的校验信息，若校验信息显示为信息接收错误，则执行4，否则，记录此刻计数器的测量值，执行5；

4：第一发送模块接收信息处理周期信号，从发送窗口中取出信息并发送，计数器加一，返回2；

5：查看此时所述计数器的测量值的个数是否小于设定值，若是，则返回1；否则，找出所有测量值中的最小值，将发送窗口分为设定个发送子窗口，发送子窗口的数量和计数器的测量值的最小值相同，程序结束；

6：通过窗口分割模块将发送窗口分割为发送子窗口。

2）本发明方法与装置

数据的可靠并行传输可通过发送端采用多进程停等的方式实现，其中每个进程负责一个数据流的发送，这样会增加实现的复杂度。本发明在发送端用一个进程的方式实现并行，方法是将原来包含一个缓冲区的发送窗口划分为多个缓冲区，暂称划分后的每个缓冲区为子窗口，发送子窗口的个数等于前面测量得到的往返时间周期数，也是重传时间间隔周期数。每个子窗口缓存已发送或正在发送的数据帧，发送端在每个发送周期到来时，循环地依次选定某一子窗中，根据接收到的反馈信息对其中的数据帧进行更新，然后再发送。这样，既实现了数据并行传输，又可以获得尽量低的数据传输时延。

低时延并行传输系统组成结构如图3所示，包括发送端和接收端；发送端包括队列发送模块、第一接收模块和第一发送模块；接收端包括第二发送模块、第二接收模块、校验模块和接收窗口；发送窗口包含设定个子窗口。

接收窗口用于缓存接收端接收时校验正确信息数据块，并按照一定规则进行排序。之所以设置接收窗口，是因为一条信息可能较长，一次传输不能够完成，而需将其分成多个信息数据块，再一次传输一个信息数据块；经过多次传输，属于该信息的全部数据块到达接收端后，再进行组装，这样就完成该条信息的传输。然而，由于每次传输都可能出错，在接收端需要设置一空间用于缓存已正确接收（即通过校验）的信息数据块，待等齐全部数据后，再将它们一起传给其他处理模块；排序，是因为一条完整的信息被分为多块时，每一块都按一起规则进行编号，以使接收端能这些数据块正确地组装成原来的信息；接收窗口就是实现这两功能的模块或场所。

接收端在并行数据传输过程中的功能依次是：接收数据，对接收数据进行校验，发送反馈，在校验正确时将接收数据放入接收窗口。并行数据传输发送端操作步骤如下：

S1：将发送窗口分割为发送子窗口；

S2：队列发送模块将要发送的信息分别放入发送子窗口；

S3：第一发送模块依次从发送子窗口中取出要发送的信息并发送给第二接收模块；

S4：校验模块对第二接收模块接收的信息进行校验，将校验结果发送给第二发送模块；

S5：第二发送模块将校验结果发送给第一接收模块，第一接收模块将校验结果发送给对应的发送子窗口；

S6：对应的发送子窗口根据校验结果对发送子窗口内的信息进行调整。

下面通过一个实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

考虑LTE无线通信系统，该系统层2中的RLC层与MAC层联合完成重传功能，在发送端不需要重分组功能时，发送端与重传相关的功能模块仅为MAC层的HARQ模块，接收端仍保留接收缓冲与重排序功能。与已有协议不同，本发明在发送端摒弃发送端LTE原来的多进程停等的方式，而将其部分替换为上面提到过的如图二与图三所示的装置，同时在系统初始化时采用上述往返时间测量方法，然后再应用上述并行重传方法。那么，假设往返时间周期数测量结果为4，因此子窗数应被设置为4个，即n=4，此时数据传输过程会出现如下情况：

1.发送端处理周期1到来，接收模块未接收到有效反馈信息，发送模块取出发送窗口第1个子窗口中的数据帧进行发送；

2.发送端发送周期2到来，接收模块未接收到有效反馈信息，发送模块取出发送窗口第2个子窗口中的数据帧进行发送；

3.发送端发送周期3到来，接收模块未接收到有效反馈信息，发送模块取出发送窗口第3个子窗口中的数据帧进行发送；

4.发送端发送周期4到来，接收模块未接收到有效反馈信息，发送模块取出发送窗口第4个子窗口中的数据帧进行发送；

5.发送端发送周期5到来，接收模块接收到有效反馈信息，根据回环时间周期数测量过程知，此反馈信息应为对1中发送端发出的数据帧的反馈，因此根据反馈信息更新第1个子窗口中的数据帧，然后交由发送模块进行发送；

6.发送端发送周期6到来，接收模块接收到有效反馈信息，根据回环时间周期数测量过程知，此反馈信息应为对2中发送端发出的数据帧的反馈，因此根据反馈信息更新第2个子窗口中的数据帧，然后交由发送模块进行发送；

本发明针对实际通信系统中由于重传引起的时延问题，通过测量往返时间，并根据往返时间设置重传时间间隔，以降低数据传输的总时延。具体关键点包括：

（1）往返时间测量方法，即对发送窗口中缓存的某一数据帧重复发送，并对发送次数进行计数，直到接收到内容为“信息传输正确”的反馈信息，即接收端确认正确为止，然后读取计数器的计数结果，也就是往返时间周期数的测量值。

（2）低时延并行重传方法与装置，将发送窗口划分为多个子窗口，子窗口个数也等于测量得到的往返时间周期数，每个子窗口缓存已发送或正在发送的数据帧，发送端在每个发送周期到来时，循环地选择某一子窗中的数据帧，根据接收到的反馈信息进行更新，然后发送。

本发明已经在试验系统中进行验证。

首先，本发明测量往返时间的必要性与可行性已在试验系统中进行验证，验证方法是对不同试验系统进行测量，并对结果进行对比。两个试验系统均为时分双工系统，主要参数相同，只是工作频段不同，系统参数与往返时间测量结果如表1所示。另外，在重传时间间隔周期数均设为上述往返时间周期数测量值的情况下，系统在误块率10%时可流畅传输实时视频业务。从上述结果可见，不同系统的往返时间不同，且本发明中对往返时间的测量及对测量结果的应用是必要的、可行的。

系统编号	1	2
			载波频率	3.45GHz	6GHz
无线帧时长	5ms	5ms
			基带处理时间（T）	约5ms	约5ms
往返时间	5T	6T

表1往返时间测量结果

其次，本发明带来的时延改善已在试验系统中进行验证，验证方法是在试验系统中，分别将重传时间间隔设置为往返时间周期数测量值和某一理论值，如LTE重传并行停等进程数7，然后，在下行不同传输错误率（误块率BLER），上行误块率约为0的情况下，通过ping指令测量下行业务数据传输的总时延；测量结果如表2所示，其中，T代表基带处理时间，两种误块率BLER1、BLER2。从表中测量数据知，在下层链路传输错误率很低时时，两种情形的传输总时延基本相同；在存在同一一定传输错误率时，重传时间间隔越长，额外重传时延越长期，传输总时延越长。由此可见，本发明提出的重传方法与装置可实现低时延的可靠的并行数据传输。

表2时延性能

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种低时延并行重传装置，其特征在于，该装置包括：

位于发送端的窗口分割模块，用于将发送窗口分割为发送子窗口；

位于发送端的队列发送模块，用于将要发送的信息放入发送子窗口；

位于发送端的计数器，用于对信息计数；

位于发送端的第一接收模块，用于接收第二发送模块发送的反馈信息；

位于发送端的第一发送模块，用于将要发送的信息发送给第二接收模块；

位于接收端的第二发送模块，用于将校验结果发送给第一接收模块；

位于接收端的第二接收模块，用于接收第一发送模块发送的信息；

和位于接收端的校验模块，用于对第二接收模块接收的信息进行校验。

2.一种利用权力要求1所述装置的低时延并行重传方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：将发送窗口分割为发送子窗口；

S2：所述队列发送模块将要发送的信息分别放入所述发送子窗口；

S3：所述第一发送模块依次从发送子窗口中取出要发送的信息并发送给第二接收模块；

S4：所述校验模块对第二接收模块接收的信息进行校验，将校验结果发送给所述第二发送模块；

S5：所述第二发送模块将校验结果发送给所述第一接收模块，所述第一接收模块将校验结果发送给对应的发送子窗口；

S6：所述对应的发送子窗口根据校验结果对发送子窗口内的信息进行调整。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11：对所述第一发送模块、第一接收模块、计数器、第二发送模块、第二接收模块和校验模块初始化，设置发送窗口的大小并初始化；

S12：所述第一发送模块接收发送窗口的信息处理周期信号，第一接收模块接收校验信息；

S13：所述第一发送模块检查第一接收模块接收到的校验信息，若校验信息显示为信息接收错误，则执行步骤S14，否则，记录此刻计数器的测量值，执行步骤S15；

S14：所述第一发送模块接收信息处理周期信号，从发送窗口中取出信息并发送，计数器加一，返回步骤S12；

S15：查看此时所述计数器的测量值的个数是否小于设定值，若是，则返回步骤S11；否则，找出计数器的测量值的最小值，程序结束。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S15后还包括：

S16：通过所述窗口分割模块将发送窗口分割为发送子窗口。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计数器的测量值的最小值和发送子窗口的数量相同。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：

所述发送子窗口查看校验结果，若校验结果为信息传输正确，则更新对应发送子窗口中的信息，并从队列发送模块取出信息放入该发送子窗口；否则，继续发送该发送子窗口内对应的信息。

Images