CN103873216A

CN103873216A - Wlan组播场景中新型丢包重传机制

Info

Publication number: CN103873216A
Application number: CN201410097774.0A
Authority: CN
Inventors: 谢刚; 杨亚霖; 高锦春; 刘元安; 胡碧波; 刘凯明; 刘芳; 袁东明
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明公开了一种WLAN组播场景中的丢包重传机制。该方法特征为：AP（Access Point，无线接入点）在组播网络中广播一组数据包，在接收到各个组播用户反馈的丢包信息后进行统计汇总，根据一定的准则将需要重传的丢包进行编码操作生成异或组合包，组播用户结合此异或组合包和已正确接收的数据包进行丢包恢复。使用上述方法，只需要对WLAN802.11现有的普通数据帧例如A-MPDU（Aggregation-MAC Protocol Data Unit，聚合MAC协议数据单元）进行十六个比特位的重新定义来承载异或组合包，在保证所有组播用户都恢复出丢包的情况下，使网络中重传包的数量减少到最低。

Description

WLAN组播场景中新型丢包重传机制

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种无线局域网中组播场景下的丢包重传技术。

背景技术

在WLAN组播场景中，AP同时对多个用户广播相同数据包时，由于各个用户所处的方位不同，导致AP与用户之间的信道状况有很大差异，进而各个用户丢失的数据包各不相同且极度分散。在这种情况下，要保证每个用户都收到所有的数据包就必须进行丢包恢复。

WLAN中传统丢包恢复方式为ARQ（Automatic Repeat-reQuest，自动重传请求）协议，具体分为SW-ARQ（Stop and Wait ARQ，停等式ARQ），GBN-ARQ（Go-Back-N ARQ，退回N步ARQ），SR-ARQ（Selective-Repeat，选择重传ARQ），HARQ（Hybrid ARQ，混合ARQ）技术。SW-ARQ最简单，由于不能及时得到确认信息，发端必须在发送下一个数据分组前等待上一个数据分组的确认信息，信道大量闲置从而浪费系统容量，效率最低。GBN-ARQ和SR-ARQ是SW-ARQ的优化，在等待下一个数据分组前可以发送其他分组，从而使得效率都优于SW-ARQ。HARQ是在ARQ系统中引入一个FEC子系统，将自动重传机制与编码技术结合起来，既提高了系统可靠性又提高了系统的传输效率。HARQ分为混合Ⅰ型ARQ、混合Ⅱ型ARQ和混合Ⅲ型ARQ，在数据包中加入了纠错比特位来降低重传概率，重传带有纠错能力的数据包或者纠错比特包来减少重传比特，HARQ效率最高。但是以上的ARQ均是针对单播系统而言，在单点对单点的通信中用来快速丢包恢复。但是在本发明所述的组播场景中，AP需要同时与多个用户通信，如果依次针对某一个用户的丢包进行恢复就会造成组播子网的高时延。而且当用户众多且各个用户丢包非常分散时，传统的丢包恢复机制会导致有大量的数据包需要重传，传输效率大大降低。在信道条件很差或者网络很拥堵的情况下，这样极低的传输效率会导致重传次数增加，时延加大，甚至传输失败。

采用本发明所述的重传机制，可以在保证所有组播用户都恢复出丢包的情况下，网络中重传包的数量达到最低，传输效率得到大幅度提高。随着组播网络中用户增加，每次广播的数据包数量增多，重传包数量可以减少到一半甚至更低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种WLAN组播场景中的丢包重传机制。AP对于请求同一数据服务的用户组成组播网络并广播数据包，将来自各个用户的丢包反馈进行集中汇总，根据反馈信息对需要重传的包进行异或组合，最后将异或组合包广播给各个组播用户，组播用户根据新接收到的异或组合包和已接收到的数据包将丢失的数据包恢复出来。

首先AP会组建一个组播网络，对所有组播用户广播一组的数据包，将各个组播用户反馈的丢包信息集中统计汇总，生成丢包统计表。如果AP收到组播用户反馈的丢包信息，则根据此信息更新统计表，如果AP收到组播用户反馈的ACK则不用更新统计表。AP根据统计表对需要重传的包按照一定的准则进行异或组合的方式来生成重传包。该准则可以设计为将统计表内所有组播用户第N号丢包异或组合形成第N个重传异或组合包。本发明中异或组合包的包头信息中必须包含组成它的原始数据包的序号，通过对现有普通数据帧进行十六个比特的重新定义就可以用来承载异或组合包。比如将A-MPDU每个子帧的‘MPDU delimiter’部分的4比特‘Reserve’位作为本数据包是普通数据包还是重传数据包的标识位；12比特的‘MPDU length’位用来记录此生成此异或组合包的原始数据包序号。最后AP将异或组合包广播给各个组播用户，组播用户通过异或组合包之间和异或组合包与原始数据包之间按位异或来恢复丢包。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明一个重传机制的流程图。

图2为本发明一个重传机制中产生重传异或组合包的示意图。

图3为本发明一个对原始数据包进行异或组合形成重传异或组合包的示意图。

图4为本发明一个异或组合包包头结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1为本发明一个重传机制的流程图，具体流程如下：

步骤101：AP组建组播网络并广播一组数据包；

AP将请求同一数据服务的用户组成一个组播子网，并在此子网中广播一组用户请求的数据包；

步骤102：组播用户是否接收到所有的数据包；

组播用户对接收到的每个包进行差错检验，查看是否正确接收所有数据包。如果组播用户正确接收所有数据包，进行步骤103；如果组播用户接收到的数据包存在丢包，进行步骤104；

步骤103：反馈ACK；

组播用户在正确接收所有数据包之后，反馈一个正确应答ACK；

步骤104：反馈丢包信息；

组播用户接收到的数据包存在丢包则反馈一个否定应答NACK，此NACK中包含所有丢包的包序号；

步骤105：AP将接收到的组播用户反馈的丢包信息汇总；

AP发送一组数据包之后临时生成一个用户丢包统计表，如果AP收到组播用户反馈的丢包信息，则根据此信息更新统计表，如果AP收到组播用户反馈的ACK则不用更新统计表；

步骤106：根据一定准则，AP将丢包编码生成异或组合包，并广播；

为了提供对本发明的进一步理解，本发明中AP根据丢包统计表中的信息，将统计表内所有组播用户第N号丢包异或组合形成第N个异或组合包，AP在组播子网内广播所有生成的异或组合包后释放丢包统计表；

步骤107：组播用户是否能根据异或组合包正确恢复出所有丢包；

组播用户根据自己的丢包情况，选择适当的数据包和重传异或组合包按位异或恢复出所需丢包，如果组播用户可以恢复出所有的丢包，进行步骤108；如果仍存在丢包，进行步骤109；

步骤108：反馈ACK;

组播用户在正确恢复出所有丢包之后，反馈一个正确应答ACK；

步骤109：重传次数是否达到最大重传次数;

组播用户用接收到的异或组合包和已接收成功的数据包进行异或解码操作后仍存在丢包，则查看重传次数是否达到最大重传次数。如果组播用户请求重传次数已达到最大重传次数，进行步骤110；如果组播用户请求重传次数未达到最大重传次数，进行步骤111；

步骤110：放弃解码失败的数据包;

组播用户请求重传次数已达到最大重传次数，则放弃未成功接收的数据包，等待下一组数据包的传输；

步骤111：反馈丢包信息；

组播用户请求重传次数未达到最大重传次数，则反馈一个否定应答NACK，此NACK中包含所有仍未成功恢复的丢包的包序号。

图2为本发明一个重传机制中产生重传异或组合包的示意图，具体流程如下：

首先，AP广播一组数据包P1、P2、P3、P4。由于三个组播用户所处的位置不同导致三个用户无线信道差异，所以各自正确接收到的数据包不同。用户1正确接收了数据包P1、P3、P4；用户2正确接收了数据包P2、P4；用户3正确接收了数据包P1、P2、P3。

其次，三个用户根据各自接收情况反馈丢包信息。AP收到如下丢包反馈：用户1反馈丢包P2；用户1反馈丢包P1、P3；用户1反馈丢包P4。AP根据三个用户的丢包反馈信息临时生成一个丢包统计表。

最后，AP根据丢包统计表，将所有用户的第一号丢包全部按位异或形成重传包Q1，将所有用户第二号丢包全部按位异或形成重传包Q2。由于所有用户最大丢包个数为2，所以AP此时只需生成两个重传包。

根据图3中的丢包统计表可以得到第一个重传包Q1为用户1的第一号丢包P2和用户2的第一号丢包P1按位异或形成（用户3和用户4的丢包与前两个用户相同，不必重复叠加异或）；第二个重传包Q2为用户2的第二号丢包P4、用户3的第二号丢包P3和用户4的第二号丢包P5按位异或形成（用户1没有第二号丢包，所以第二个重传包只是另外三个用户第二号丢包的按位异或）；只有用户3有第三个丢包，所以第三个重传包Q3即用户3的第三号丢包P6。四个用户的最大丢包个数为3，所以重传包个数有三个。

用户1接收到重传包Q1和Q2后，通过用Q1和已正确接收的包P1按位异或则可以恢复出P2。用户2接收到重传包Q1和Q2后，通过用Q1和已正确接收的包P2按位异或则可以恢复出P1，用Q2和已正确接收的包P3、P5按位异或则可以恢复出P4。用户3接收到重传包Q1和Q2后，通过用Q1和已正确接收的包P1按位异或则可以恢复出P2，用Q2和已正确接收的包P4、P5按位异或则可以恢复出P3，Q2即P6。用户4接收到重传包Q1和Q2后，通过用Q1和已正确接收的包P2按位异或则可以恢复出P1，用Q2和已正确接收的包P3、P4按位异或则可以恢复出P5。

图4为本发明一个异或组合包包头结构的示意图。

本发明中可以利用现存的数据帧形成重传包并添加包头信息。例如对802.11中现存的A-MPDU聚合帧中十六个比特位进行重新定义就可以用来承载异或组合包。具体实施如下，定义A-MPDU中4个保留比特全部置零时，代表发送的是原始数据包，用户正确接收后不需额外处理直接进行解码等操作；4个保留比特全部置一时，代表发送的是异或组合包，并且聚合强度n等于1，A-MPDU中有12bits的MPDU length则用于指示该重传包中是哪些数据包的组合，比如010010001001就代表该组合包是第二个、第五个、第九个和第十二个数据包的组合。

以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.WLAN组播场景中的丢包重传机制，其特征在于

首先AP会对所有组播用户广播一组数据包，然后将收集到的各个组播用户反馈的丢包信息进行统计汇总，根据反馈信息按照一定的编码准则对需要重传的丢包进行编码生成异或组合包，最后AP将异或组合包广播给组播用户。每个组播用户根据异或组合包和自身已接收到的数据包进行异或解码恢复出丢失的数据包，组播用户如果能恢复出所有丢失数据包则发送正确应答ACK，如果仍有无法恢复的数据包，在不超过最大重传次数的前提下，组播用户再次发送重传请求。

2.根据权利1要求所述的AP对所有组播用户广播一组数据包，其特征在于，AP先将请求同一数据服务的用户组成一个组播子网。

3.根据权利1要求所述的将收集到的各个组播用户反馈的丢包信息进行统计汇总，其特征在于，AP在收到组播用户的丢包反馈后临时生成一个丢包信息统计表，统计表中将用户和用户丢包序号升序排列。如果AP收到组播用户反馈的丢包信息，则AP根据此信息更新统计表，如果AP收到组播用户反馈的ACK则不用更新统计表。此统计表可以由AP生成、维护和释放，也可以由控制AP的AC（AccessControl，接入控制器）生成、维护和释放。

4.根据权利1要求所述的编码准则，其特征在于，此编码准则是根据丢包信息统计表设计的，编码准则不唯一。本发明采用的准则为将所有组播用户的第N号丢包异或组合形成第N个异或组合包。

5.根据权利1要求所述的异或组合包，其特征在于，其包头信息中必须包含形成它的原始数据包的序号。重传包采用的帧格式是对现有802.11普通帧格式进行十六个比特位的重新定义而成。本发明采用的是将A-MPDU每个子帧的‘MPDU delimiter’部分的4比特‘Reserve’位作为本数据包是普通数据包还是重传异或组合包的标识位；12比特的‘MPDU length’位用来记录生成此异或组合包的原始数据包序号。

6.根据权利1要求所述的恢复出丢失的数据包，其特征在于，采用的恢复方法是通过异或组合包之间和异或组合包与原始数据包之间按位异或来恢复丢包。