CN108199814B - 数据传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数据传输方法及装置，所述数据包括一个或多个数据帧，该方法包括：获取待传输的数据所属业务的通信需求参数；根据所述通信需求参数计算每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量；根据计算得到的所述每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，为每个数据帧生成重传组；发送生成的所述重传组。本发明在无线网络数据传输时根据业务的通信需求确定数据帧的重传组数量和重传组中的数据帧副本数量，在一个重传组发送完毕后等待确认信息，从而为数据传输过程节省了等待确认信息的时间，在提高数据传输可靠性的同时兼顾了通信时延的要求。

Description

数据传输方法及装置
技术领域
本发明涉及网络通信技术，尤其涉及一种数据传输方法及装置。
背景技术
基于802.11协议簇的无线通信技术已深入到人们生活和工作的各个方面，但相对于有线网络，无线网络传输的可靠性较低，特别是在工业应用中，通信环境恶劣，丢包情况更加严重。目前，为了提高通信系统的可靠性，通常采用数据重传的方式，即对于包括多个数据帧的数据，在发送每个数据帧后等待ACK信息，如果在超时时间内未收到ACK信息，则认为发送失败，再次发送该数据帧，直至发送成功。而在面对物理层丢包/丢帧较多的情况时，这种方式重传的次数较多，由于每次都需要等待ACK信息，无疑加大了通信时延，影响通信的实时性。
发明内容
本发明提供了一种数据传输方法及装置，用于解决现有技术中的上述问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种数据传输方法，所述数据包括一个或多个数据帧，该方法包括：
获取待传输的数据所属业务的通信需求参数；
根据所述通信需求参数计算每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，所述重传组包括所述每个数据帧的一个或多个数据帧副本，所述每个重传组的数据帧副本的数量指示在判断是否接收到确认消息之前连续发送的数据帧副本的数量；
根据计算得到的所述每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，为每个数据帧生成重传组；
发送生成的所述重传组。
根据本发明的第二方面，提供了一种数据传输装置，所述数据包括一个或多个数据帧，该装置包括：
获取单元，用于获取待传输的数据所属业务的通信需求参数；
计算单元，用于根据所述通信需求参数计算每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，所述重传组包括所述每个数据帧的一个或多个数据帧副本，所述每个重传组的数据帧副本的数量指示在判断是否接收到确认消息之前连续发送的数据帧副本的数量；
生成单元，用于根据计算得到的所述每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，为每个数据帧生成重传组；
发送单元，用于发送生成的所述重传组。
由上述技术方案可知，本发明的数据传输方法及装置在无线网络数据传输时根据业务的通信需求确定数据帧的重传组数量和重传组中的数据帧副本数量，在一个重传组发送完毕后等待确认信息，从而为数据传输过程节省了等待确认信息的时间，在提高数据传输可靠性的同时兼顾了通信时延的要求。进一步地，在时延要求范围内，对一个重传组的数据帧副本数量进行限制，从而减少对发送带宽的影响；通过在发送前预先判断无线网络状态和剩余资源能否满足业务需求，保障了通信效率。
附图说明
图1为根据本发明一实施例提供的数据传输方法的流程图；
图2为根据本发明一实施例提供的计算步骤的具体流程图；
图3为根据本发明一实施例提供的发送步骤的具体流程图；
图4为根据本发明一实施例提供的数据传输装置的模块图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。
典型地，工业应用往往对数据的可靠性和时延有着明确的要求，本发明可应用于基于802.11无线网络的工业数据传输。由于无线传输方式是在自由空间内传播，通信质量受环境影响较大，在工业应用场景中尤甚，因此通常无线数据中的数据帧难以一次发送成功，可靠性较低；为了提高通信可靠性，同一数据帧需要多次重传，又会导致通信时延较长。本发明基于此提出了以下实施例，实现兼顾通信可靠性与通信时延要求的无线数据传输。
在下文中，以无线接入点(AP)作为业务数据传输的发送方为例进行说明。AP作为一个局域无线网络的管理单元，可以工作在基础AP模式和WDS AP模式下，并采用RTS/CTS的方式进行通信。但本领域技术人员可知，本发明的方法可由任何数据发送方节点实施，本发明的装置也可以实施在任何数据发送方节点中。
图1示出了根据本发明一实施例提供的数据传输方法的流程。该方法包括：
S11、获取待传输的数据所属业务的通信需求参数。
业务数据通过无线网络从AP发送至终端节点，所发送的业务数据包括一个或多个数据帧。当有业务数据需要传输时，AP根据业务的类型获取业务的通信需求参数。
可选地，所述通信需求参数包括可靠性σ、时延τi、带宽Bi和最大数据长度Li中的一个或多个。
S12、根据所述通信需求参数计算每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量。
所述重传组包括所述每个数据帧的一个或多个数据帧副本，所述每个重传组的数据帧副本的数量指示在判断是否接收到确认消息之前连续发送的数据帧副本的数量。
S13、根据计算得到的所述每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，为每个数据帧生成重传组。
针对业务数据中的每一个数据帧，AP根据计算得到的所述每个数据帧的重传组的数量为其生成重传组，根据每个重传组的数据帧副本的数量分配每个重传组中的数据帧副本。
S14、发送生成的所述重传组。
在生成重传组后，AP以重传组为单位发送数据，即连续发送一个重传组中的数据帧副本，期间不等待确认(ACK)信息，而在一个重传组发送完毕后判断是否接收到ACK信息；。若收到ACK信息，则表示该数据帧发送成功，发送下一数据帧的重传组；若未收到ACK信息，则表示该重传组中的数据帧副本全部发送失败，再进行该数据帧的下一个重传组的发送，直至接收到确认消息或者该数据帧对应的全部重传组都发送完毕。
可选地，AP根据业务的带宽需求为待传输的数据预留带宽，并建立发送队列。
可选地，接收数据的终端节点连续接收到相同的数据帧副本，并在接收到每一个数据帧副本时判断是否成功接收，如是，则向AP发送ACK信息，并且只保留一个成功接收的数据帧副本，丢弃其余副本。
本实施例中，在传输业务数据之前，AP根据业务的通信需求确定数据帧的重传组数量和重传组中的数据帧副本数量，在一个重传组发送完毕后再等待确认信息，从而节省了等待确认信息的时间，在提高数据传输可靠性的同时兼顾了通信时延的要求。
前述的步骤S12可以采用图2所示的流程实现，具体步骤如下：
S21、统计通信丢包率。
该步骤中，由AP统计与接收业务数据的终端节点之间的通信丢包率δ，将其作为确定重传次数所依据的参数之一。
优选地，AP每隔时间t进行统计，公式如下：
δ＝δt·θ+δ0(1-θ)
其中，δt为时间t内数据发送的丢包率；δ0为时间t之前统计的丢包率数值，初始值为0；θ为更新权值，优选地取0.7。
S22、计算重传次数。
该步骤中，AP根据通信丢包率δ和可靠性σ计算重传次数n，所述重传次数n指示为每个数据帧生成的数据帧副本的总量，以使在该通信条件下的数据传输能够满足可靠性的要求。
优选地，AP按照下述公式计算重传次数n：
Figure BDA0001550975980000051
其中，
Figure BDA0001550975980000052
表示向上取整；σ表示该业务对无线通信可靠性要求，为百分比数值。
S23、计算最小保障时延。
在该步骤中，AP根据重传次数n、带宽Bi、最大数据长度Li和网络最大允许数据长度Lmax计算最小保障时延τd，其中网络最大允许数据长度Lmax是传输数据的网络所允许的最大数据长度。
优选地，按照下述公式计算最小保障时延τd：
Figure BDA0001550975980000053
其中，Lmax表示该网络最大允许数据长度；Li表示该业务最大数据长度；B为链路带宽；Bi为该业务需求带宽；n为数据重传次数。
S24、判断最小保障时延是否满足要求。
在该步骤中，比较最小保障时延τd与时延τi，如果最小保障时延τd大于时延τi，则最小保障时延τd无法满足业务时延要求，表示该链路无法同时满足业务可靠性和时延要求，无法通过该网络传输所述业务，则终止本方法并向终端节点反馈失败信息；若最小保障时延满足业务的时延要求，则进入下一步骤S25。
S25、计算业务需求带宽。
在该步骤中，AP根据带宽Bi和重传次数n计算业务需求带宽Bd。
优选地，按照下述公式计算：
Bd＝Bi×n
其中，Bi为该业务需求带宽；n为数据重传次数。
S26、判断业务需求带宽是否满足要求。
在该步骤中，若业务带宽需求Bd大于链路剩余带宽，或者业务带宽需求Bd与总带宽的比值大于预设比例(例如20％)，表示该链路无法满足达到业务可靠性的带宽需求，无法通过该网络传输所述业务，则终止本方法并向终端节点反馈失败信息；否则进行下一步骤S27。
S27、计算业务需求数据长度。
在该步骤中，根据最大数据长度Li和重传次数n计算业务需求数据长度Ld。
优选地，按照下述公式计算：
Ld＝Li×n
其中，Li表示该业务最大数据长度；n为数据重传次数。
S28、判断业务需求数据长度是否满足要求。
在该步骤中，若业务需求数据长度Ld大于网络最大允许数据长度Lmax，表示该链路无法满足达到业务可靠性的需求，无法通过该网络传输所述业务，则终止本方法并向终端节点反馈失败信息；否则进入下一步骤S29。
S29、计算重传组的数量。
在该步骤中，AP根据时延τi、最小保障时延τd和等待确认消息超时的时间τACK计算重传组的数量m，以使得数据帧传输过程的时长满足时延要求。
优选地，按照下述公式计算：
Figure BDA0001550975980000061
其中，
Figure BDA0001550975980000062
表示向下取整；τi为业务需求时延；τd为最小保障时延；τACK为网络进行数据传输后等待ACK超时所需时间。
进一步地，若计算得到的m>5，则取m＝5。
S210、计算数据帧副本数量。
在该步骤中，AP根据重传次数n和重传组的数量m计算第i个重传组中的数据帧副本数量ni，使得总的数据帧副本数量等于重传次数。
优选地，按照下述公式计算：
Figure BDA0001550975980000071
其中，
Figure BDA0001550975980000072
表示向上取整，n为重传次数，m为重传组数量。
也可以采取其它方式计算重传组中的数据帧副本数量，例如向下取整或者将第一个重传组设为重传次数n除以重传组的数量m的余数。
通过以上步骤S201-S210，AP计算得到了重传组的数量m和每个重传组中的数据帧副本数量ni，当有业务数据到达AP时，AP针对一个数据帧生成m个重传组，每个重传组的数据帧副本数量为ni。例如：根据上述公式计算得到n＝7，m＝3，则对于该业务的每个数据帧生成3个重传组，第1和第2个重传组中的数据帧副本数量为3，第3个重传组中的数据帧副本数量为1。
由此，根据业务需求参数确定了一个重传组的数据帧副本数量以及重传组的数量，实现了通信可靠性与时延要求的兼顾，并在实际的数据传输之前预先判断无线网络状态和剩余资源能否满足业务对时延和可靠性的需求，避免失败的数据传输过程对资源的占用，提高了通信效率。
需要说明的是，为了易于理解上述步骤，本实施例给出了优选的计算公式。但上述公式并不是特定的，本领域技术人员依据本实施例公开的参数，能够对上述公式进行变形或采取其它公式来计算相关参数。
图3示出了根据本发明一实施例提供的发送重传组的具体流程，步骤如下：
S31、发送第i个重传组中的ni个数据帧副本
在该步骤中，AP连续发送第i个重传组中的ni个数据帧副本，发送期间不等待ACK信息，其中i的初始值为1。
S32、等待ACK信息
当第i个重传组发送完成后，AP根据预设时长等待ACK信息。
S33、判断是否接收到ACK信息。
该步骤中，AP判断是否在预设时长内收到ACK信息，若是，则表示该数据帧发送成功，AP删除针对该数据帧已生成的其余重传组，发送下一数据帧的重传组；若未收到ACK信息，则表示该组数据帧副本全部发送失败，进入步骤S34。
S34、判断是否全部重传组已发送完成。
该步骤中，AP判断是否该数据帧的全部重传组都已完成发送。如否，则i＝i+1(即i值加1)，回到步骤S31，继续发送下一个重传组；如是，则终止该数据帧的传输过程，发送下一数据帧的重传组。
在该实施例中，AP对数据发送的过程进行控制，以重传组为单位进行数据帧的连续发送，在组内的全部数据帧发送完毕后再等待和判断是否收到ACK消息，从而大大减少了等待确认消息的时间，更好地满足时延要求。
图4示出了根据本发明一实施例提供的数据传输装置的模块结构。该装置包括获取单元41、计算单元42、生成单元43和发送单元44。
获取单元41用于获取待传输的数据所属业务的通信需求参数；
计算单元42用于根据所述通信需求参数计算每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，所述重传组包括所述每个数据帧的一个或多个数据帧副本，所述每个重传组的数据帧副本的数量指示在判断是否接收到确认消息之前连续发送的数据帧副本的数量；
生成单元43用于根据计算得到的所述每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，为每个数据帧生成重传组；
发送单元44用于发送生成的所述重传组。
进一步地，所述计算单元42包括三个计算子单元(未示出)，具体为：
第一计算子单元，用于根据所述通信需求参数计算重传次数，所述重传次数指示每个数据帧的数据帧副本的总数；
第二计算子单元，用于根据所述通信需求参数和重传次数计算每个数据帧的重传组的数量；
第三计算子单元，用于根据所述重传次数和重传组的数量计算每个重传组的数据帧副本数量。
可选地，该装置还包括接收单元(未示出)，用于接收来自终端节点的信息，包括ACK信息。
可选地，发送单元中还包括判断单元(未示出)，用于在每个重传组发送完毕后判断是否接收到ACK信息。
可选地，所述通信需求参数包括可靠性σ、时延τi、带宽Bi和最大数据长度Li中的一个或多个。
可选地，所述第一计算子单元用于：
统计与接收数据帧的节点之间的通信丢包率δ；
根据通信丢包率δ和可靠性σ计算重传次数n。
可选地，所述第二计算子单元用于：
根据重传次数n、带宽Bi、最大数据长度Li和网络最大允许数据长度Lmax计算最小保障时延τd，其中网络最大允许数据长度Lmax是传输数据的网络所允许的最大数据长度；
根据时延τi、最小保障时延τd和等待确认消息超时的时间τACK计算重传组的数量m。
可选地，所述第三计算子单元用于根据以下公式计算每个重传组的数据帧副本数量：
Figure BDA0001550975980000101
其中，ni为第i个重传组的数据帧副本数量，
Figure BDA0001550975980000102
表示向上取整，n为重传次数，m为重传组的数量。
可选地，计算单元42还用于在所述根据时延τi、最小保障时延τd和等待确认消息超时的时间τACK计算重传组的数量m之前根据带宽Bi和重传次数n计算业务需求带宽Bd，根据最大数据长度Li和重传次数n计算业务需求数据长度Ld。
计算单元42中还包括判决单元(未示出)，用于比较最小保障时延τd与时延τi，如果最小保障时延τd大于时延τi，则该方法终止；判断业务需求带宽Bd是否大于传输链路的剩余带宽或者与总带宽的比值是否大于预设比例，如是，则该方法终止；判断业务需求数据长度Ld是否大于网络最大允许数据长度Lmax，如是，则该方法终止。
可选地，该装置还包括预留单元(未示出)，用于根据业务的带宽需求为待传输的数据预留带宽，并建立发送队列。
该装置典型地位于无线网络中的无线接入点设备中，其也可以应用于任何其它的数据传输节点中。
本实施例提供的数据传输装置能够在传输业务数据之前根据业务的通信需求确定数据帧的重传组数量和重传组中的数据帧副本数量，在一个重传组发送完毕后再等待确认信息，从而节省了等待确认信息的时间，在提高数据传输可靠性的同时兼顾了通信时延的要求。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种数据传输方法，所述数据包括一个或多个数据帧，其特征在于，该方法包括：
获取待传输的数据所属业务的通信需求参数；
根据所述通信需求参数计算每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，所述重传组包括所述每个数据帧的一个或多个数据帧副本，所述每个重传组的数据帧副本的数量指示在判断是否接收到确认消息之前连续发送的数据帧副本的数量；其中，所述根据所述通信需求参数计算每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量具体包括：
根据所述通信需求参数计算重传次数，所述重传次数指示每个数据帧的数据帧副本的总数；
根据所述通信需求参数和重传次数计算每个数据帧的重传组的数量；
根据所述重传次数和重传组的数量计算每个重传组的数据帧副本数量；
根据计算得到的所述每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，为每个数据帧生成重传组；
发送生成的所述重传组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信需求参数包括可靠性σ、时延τi、带宽Bi和最大数据长度Li中的一个或多个。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述通信需求参数计算重传次数包括：
统计与接收数据帧的节点之间的通信丢包率δ；
根据通信丢包率δ和可靠性σ计算重传次数n。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述通信需求参数和重传次数计算每个数据帧的重传组的数量包括：
根据重传次数n、带宽Bi、最大数据长度Li和网络最大允许数据长度Lmax计算最小保障时延τd，其中网络最大允许数据长度Lmax是传输数据的网络所允许的最大数据长度；
根据时延τi、最小保障时延τd和等待确认消息超时的时间τACK计算重传组的数量m。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述重传次数和重传组的数量计算每个重传组的数据帧副本数量包括：
Figure FDA0002489809410000021
其中，ni为第i个重传组的数据帧副本数量，
Figure FDA0002489809410000022
表示向上取整，n为重传次数，m为重传组的数量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述根据时延τi、最小保障时延τd和等待确认消息超时的时间τACK计算重传组的数量m之前，还包括：
比较最小保障时延τd与时延τi，如果最小保障时延τd大于时延τi，则该方法终止；
根据带宽Bi和重传次数n计算业务需求带宽Bd，如果业务需求带宽Bd大于传输链路的剩余带宽或者与总带宽的比值大于预设比例，则该方法终止；
根据最大数据长度Li和重传次数n计算业务需求数据长度Ld，如果业务需求数据长度Ld大于网络最大允许数据长度Lmax，则该方法终止。
7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述发送生成的所述重传组包括：
连续发送一个重传组中的数据帧副本；
在所述一个重传组发送完毕后，判断是否接收到确认消息；
如是，则发送下一数据帧的重传组；
否则，判断当前数据帧的全部重传组是否发送完毕；
如是，则发送下一数据帧的重传组；
否则，发送当前数据帧的下一重传组。
8.一种数据传输装置，所述数据包括一个或多个数据帧，其特征在于，该装置包括：
获取单元，用于获取待传输的数据所属业务的通信需求参数；
计算单元，用于根据所述通信需求参数计算每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，所述重传组包括所述每个数据帧的一个或多个数据帧副本，所述每个重传组的数据帧副本的数量指示在判断是否接收到确认消息之前连续发送的数据帧副本的数量；其中，所述计算单元具体包括：
第一计算子单元，用于根据所述通信需求参数计算重传次数，所述重传次数指示每个数据帧的数据帧副本的总数；
第二计算子单元，用于根据所述通信需求参数和重传次数计算每个数据帧的重传组的数量；
第三计算子单元，用于根据所述重传次数和重传组的数量计算每个重传组的数据帧副本数量；
生成单元，用于根据计算得到的所述每个数据帧的重传组的数量和每个重传组的数据帧副本的数量，为每个数据帧生成重传组；
发送单元，用于发送生成的所述重传组。
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