CN115051777B - 一种基于tdma组网pmp通信的检错重发实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于TDMA(时分多址)组网PMP(点对多点)通信的检错重发实现方法，该方法在确定网络容纳最大节点数之后，根据各节点地址分配唯一ID，以识别节点身份。检错重发过程分为检错、反馈错误和数据重发三个阶段。检错阶段对接收数据进行CRC校验，数据校验无误往上层传递，数据校验出错进入反馈错误阶段；反馈错误阶段向网内所有节点广播发送请求重发帧；数据重发阶段向网内所有节点广播发送重传数据。本方法在网内各节点中使用已发送数据帧窗口保持操作上的一致性，简化实现流程；设置允许连续请求重发的最大次数以防止网络陷入反馈风暴，避免网络瘫痪；请求重发帧中设计多个接收者ID，能有效节约时隙资源，降低网络延迟。

Description

一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)组网PMP(Point to Multi-Point，点对多点)通信的检错重发实现方法。检错重发(ARQ，AutomaticRepeat Requst)是一种对通信过程进行差错控制的方法，属于通信领域。检错重发具有很强的差错控制能力，能够有效解决传输过程中存在丢包和大面积误码的问题，主要应用于无线通信系统。

背景技术

信息在无线传输过程中容易受到多径干扰及衰落等影响，而且随着组网电台数量的增加，网内电台的同道干扰、阻塞干扰等也相应增加，通信过程中会出现误码和丢包的情况，因此在数据无线传输过程中进行差错控制是提高无线通信系统可靠性的必要手段。目前常用的差错控制方法主要有前向纠错(FEC，Forward Error Correction)、检错重发(ARQ)和混合纠错(HEC，Hybrid Error Correction)。前向纠错方法可以纠正数个连续的突发错误或随机错误，实时性好，但当远距离无线通信中错误数据达到一定数量后，会产生丢包问题，适用于实时性要求高，近距离通信，信道质量较好的应用场合；而采用检错重发的差错控制是一种有效解决远距离通信中丢包和误码较多的方法，其缺点是重传带来的时间延迟，实时性不如前向纠错好。

目前研究人员提出的检错重发方案，具有减少重传次数和提高重传效率、提高系统吞吐量等优点，但实现过程复杂，对处理器的要求非常高，应用成本不好控制，有的方案只进行了仿真测试，还没有投入实际应用。因此，设计一种简单高效的检错重发方案尤为必要。

本发明提出的基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，可以有效解决数传电台在传输过程中存在的误码和丢包问题，检错效率高，实现流程简单，且能有效节约时隙资源，降低网络延迟。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，以降低网内各电台(节点)在PMP通信中的误码率丢包率，并具有实现流程简单、资源消耗少、差错控制能力强等特点。

本发明是采用以下技术手段实现的：

一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，其特征在于：

1.电台(节点)在接收时隙收到数据后，先进行CRC校验，如果CRC检验错误或收到不能识别帧类型的数据则丢弃，如果CRC检验正确且能识别帧类型，则再根据是否为正确数据帧、错误数据帧、正确请求重发帧、错误请求重发帧这四种情况进行处理；

1.1电台(节点)在接收时隙若收到正确数据帧，则将接收的数据帧序号与已确认数据帧序号值加1进行比较，如果接收的数据帧序号大于已确认数据帧序号值加1，则将发送数据帧的节点ID写入请求重发队列；如果小于，则直接丢弃，不做处理；如果相等则往上层传递数据，并将已确认数据帧序号增1，同时将连续请求重发次数清零；

1.2电台(节点)在接收时隙若收到错误数据帧，则判断是否能识别发送节点的ID和帧序号，如果不能识别则丢弃数据，如果能识别则进一步判断接收的数据帧序号是否大于已确认数据帧序号，如果大于则将发送错误数据帧的节点ID写入请求重发队列，否则丢弃数据；

1.3电台(节点)在接收时隙若收到正确请求重发帧，则先查找请求重发帧中携带的多个接收者ID是否有与本节点相同的ID，如果没有则丢弃数据，如果有则记录请求重发帧中相同接收者ID后面紧接的帧序号，并比较与已发送数据帧序号的大小关系；

1.4电台(节点)在接收时隙若收到错误请求重发帧则直接丢弃。

2.电台(节点)在发送时隙如果请求重发队列不为空，则依次读取请求重发队列中的ID号，如果该ID号对应的连续请求重发次数小于或等于允许连续请求最大次数，则将该ID放置在请求重发帧的接收者字段，同时将与该ID对应的已确认数据帧序号加1后的值放置在请求重发帧的帧序号字段，对应的连续请求重发次数自增1；如果大于则将连续请求重发次数清零，并将已确认数据帧序号自增1，本次发送时隙不向该ID对应的节点请求重发错误数据帧；继续读取请求重发队列中的ID号，直到请求重发队列为空或请求重发帧中放置的接收者数量达到上限，最后以广播方式发送请求重发帧。

3.一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，其特征在于：在发送时隙如果请求重发队列为空，则广播发送序号为已发送数据帧序号加1的数据帧，并将已发送数据帧序号增1，此时如果已发送数据帧窗口等于最大窗口，则将已发送数据帧窗口往前滑动一个位置，如果已发送数据帧窗口小于最大窗口，则将已发送数据帧窗口增大一个位置。

4.一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，其特征在于：电台(节点)收到重发请求后，如果记录的帧序号小于或等于已发送数据帧序号，则将已发送数据帧序号改为记录的帧序号减1，并回退已发送数据帧窗口，使其与已发送数据帧序号对齐；如果记录的帧序号大于已发送数据帧序号，则直接丢弃请求重发帧。

5.一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，其特征在于：请求重发帧携带有多个接收者ID和请求的帧序号，可以一次向多个节点发送重发请求；请求重发队列记录网络中向本节点发送了错误数据帧的节点ID号，等待发送时隙同时向多个节点反馈错误信息。

本发明一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，具有以下优势：

检错重发过程中要求所有节点按照TDMA技术分配的时隙进行通信，网内各节点按照分配时隙不断切换发送和接收状态，同一时刻网内有且只有一个节点处于发送状态，检错过程采用CRC校验的方式，检错效率高；通过已发送数据帧窗口保持操作的一致性，简化了协议流程，设置允许连续请求重发的最大次数，以防止网络陷入反馈风暴，避免网络瘫痪；在请求重发帧中设计多个接收者ID，能有效降低节约时隙资源，降低网络延迟。

本发明提出的基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，可以有效解决数传电台传输过程中存在的误码和丢包问题，具有差错控制能力强、网络延迟低、传输稳定可靠、适用范围广的特点。

附图说明

图1为检错重发框图；

图2为已发送数据帧窗口滑动示意图；

图3为接收时隙流程图；

图4为发送时隙流程图；

图5为数据帧格式图；

图6为请求重发帧格式图；

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的实施做进一步的说明：

图1是整个检错重发框图。检错重发过程分为检错、反馈错误和数据重发三个阶段：检错阶段对接收数据进行CRC校验和帧类型识别，若出错则进入反馈错误阶段；反馈错误阶段向网内所有节点广播发送请求重发帧；数据重发阶段向网内所有节点广播发送重传数据。

网络包含节点数为M，为M个节点设置唯一且固定的ID用于识别身份，每个节点在一个时隙周期内只分配一个发送时隙，同一时刻网内有且只有一个节点可以获得发送时隙并发送数据，此时其它节点均处于接收时隙状态。

发送节点首先需要对发送的数据进行缓存，然后对数据进行CRC校验，将校验值附加在数据后面，通过调制后一起发送出去。接收节点收到数据后再进行CRC校验，如果校验发现数据出错，则向发送节点反馈信息，请求重发数据；如果校验没有发现数据出错，则往应用层传递数据。

图2是已发送数据帧窗口滑动示意图。主要包括前滑窗口、增大窗口和回退窗口三种操作。原始窗口用于保存最近已发送的数据帧，当接收到重发请求时，可以从保存的数据帧里取出需要重发的数据。已确认数据帧是已经发送了一段时间的数据帧，已经过接收方确认；已发送数据帧窗口中的数据帧是最近发送的，有可能接收方还没有经过确认，这部分数据需要保存，保证数据传输出现错误后可以重发；未发送数据帧是还未发送的数据。

当窗口已达到所规定的最大能保存最近已发送的数据帧数量(假设为5)时，下次再发送新的数据帧时，需要向前滑动已发送数据帧窗口(旧窗口用虚线表示，滑动后窗口用实线表示。)

若当前窗口没有达到最大，假设当前窗口大小为4，下次发送新的数据帧时，会增大窗口，若当前窗口大小为5，Sended_FrameSeq值为9，当电台收到请求重发帧，要求重发帧序号为9的数据帧，则会回退窗口，窗口大小回退为4。

图3是节点在接收时隙的工作流程。如果收到错误的数据帧，要进一步判断能否识别发送者ID和帧序号，不能识别的情况下只能丢弃，因为即使知道错误也不知道向谁请求重发；在能识别的情况下还需要判断数据帧序号与已确认数据帧序号的大小关系，假设1号节点当前已确认正确收到2号节点发送的第N帧数据，如果再收到2号节点发送的帧序号小于或等于N的错误数据帧，则不用请求重发，出现这种情况是因为网络中其它节点向2号节点请求重发帧序号小于或等于N的数据帧，所以1号节点会收到重复序号的数据帧。

如图3所示，如果收到正确数据帧，要进一步判断收到的数据帧序号与已确认数据帧序号加1的大小关系，如果小于，则丢弃该数据帧，原理同上。如果等于，则需要做出相应处理，然后再往上层传递数据。如果大于，则需要请求重发帧序号为已确认数据帧序号加1的数据帧；出现这种情况的原因有两种，假设1号节点当前已确认正确收到2号节点发送的第N帧数据，一种是2号节点发送的第N+I数据帧丢失，1号节点没有收到数据，也没法向2号节点反馈信息，2号节点认为数据成功发送，下一个发送时隙继续发送第N+2帧数据；另一种是2号节点发送了第N+1帧数据，1号节点收到了并校验，发现出错，向2号节点请求重发第N+1帧数据，但请求重发帧丢失或出错，这时2号节点也会认为数据成功发送，下一个发送时隙继续发送第N+2帧数据，造成1号节点收到的数据帧序号(N+2)大于已确认数据帧序号(N)加1的情况。

如图3所示，如果接收到错误的请求重发帧，则直接丢弃，因为请求重发帧本身出错，不知道哪些字段出现错误，不好处理。如果收到正确的请求重发帧，先查找请求重发帧中是否携带本节点的ID号，如果没有，表示没有向自己请求重发，则不用处理。如果请求重发帧中携带本节点的ID号，表示向自己请求重发，这时需进一步判断请求重发的数据帧与已发送数据帧的关系。假设1号节点已发送数据帧序号为N，如果2号电台向自己请求重发第N+1帧数据，则不用处理，因为目前只发送到第N帧数据，下一个发送时隙自然会发送第N+1帧数据；如果2号电台向自己请求重发序号为N或小于N的数据帧，则需要重发，这时将1号电台的已发送数据帧序号改为2号节点请求重发的数据帧序号减1，下一个发送时隙1号节点会发送序号为已发送数据帧序号加1的数据帧，保持操作的一致性。

图4是节点在发送时隙的工作流程。首先读取请求重发队列，当不需要请求重发时，才发送数据帧，如果不添加限制条件，当数据传输错误持续一段时间时，会陷入不断请求的死循环，造成较大的传输延迟，因此通过限制连续请求重发最大次数来改善。当请求重发队列为空，不需要请求重发时，节点发送数据帧，需要滑动窗口，这时需要比较当前已发送数据帧窗口与窗口最大值的大小，等于的情况下执行向前滑动窗口操作，小于的情况下执行增大窗口操作，这里没有大于的情况，因为等于的情况下执行向前滑动窗口操作，窗口大小不会变化，不会超过限制的窗口最大值。

发送时隙如果请求重发队列不为空，依次读取请求重发队列中的ID号，如果该ID对应的连续请求重发次数小于或等于允许连续请求最大次数，则将该ID放置在请求重发帧的接收者字段，与该ID对应的已确认数据帧序号加1后的值放置在请求重发帧的帧序号字段，对应的连续请求重发次数自增1，如果取出ID对应的连续请求重发次数大于允许连续请求的最大次数，则将连续请求重发次数清零，并将已确认数据帧序号自增1，本次发送时隙不向该ID对应的节点请求重发错误数据帧，容忍丢失1帧数据，继续读取请求重发队列中的ID号，直到请求重发队列为空或请求重发帧中放置的接收者数量达到上限，最后以广播方式发送请求重发帧；

图5是设计的数据帧格式。帧类型用于表示通信帧的类型，数据帧中该字段值为0x55；发送者ID全网唯一，占1个字节，用于表示数据的发送者，如果后面网络中的节点数量超过255，可增加该字段长度；帧序号用于表示发送的数据帧序号，占2个字节，每发送一帧数据，该字段值加1；数据长度用于表示后面有效载荷长度，长度以字节为单位，该字段占1个字节，受数传电台射频模块的限制，每次最多只能发送63字节数据，该字段值的范围为1～56；有效载荷字段放置需要传输的有效数据，即节点接收上层用户或其它设备发送的数据包，占1～56个字节；CRC校验字段放置整个数据帧的CRC校验码，占2个字节。在目前的数传电台通信系统中，电台默认采用广播的方式实现一发多收，因此，为了节约额外开销，在数据帧中不设计接收者ID字段。

图6是设计的请求重发帧格式。帧类型字段值为0xAA，用于表明发送的是请求重发帧；在请求重发帧中会带有多个接收者ID和多个请求重发的数据帧序号，相比于一次反馈一个错误信息，设计多个接收者字段可以很大程度地节约时隙资源，具体的数量由接收者数表明，但同样受射频模块影响，接收者数字段值的范围为1～19；接收者和后面紧接的帧序号表示向某个具体的发送节点请求重发该序号的数据帧，其中接收者用ID号表示，该字段占1个字节，帧序号字段占2个字节；CRC校验字段整个请求重发帧的CRC校验码，占2个字节。请求重发帧同样采用广播方式发送。在请求重发帧格式的设计中，发送节点接收到请求重发帧后，不需要知道是谁在请求重发，等到发送时隙再以广播的方式发送需要重发的数据帧即可，由接收节点去判断是否接收此数据帧，因此，同样为了节约额外开销，不设计发送者ID字段。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，其特征在于：节点在接收时隙收到数据后，先进行CRC校验，如果CRC检验错误或收到不能识别帧类型的数据则丢弃，如果CRC检验正确且能识别帧类型，则再根据是否为正确数据帧、错误数据帧、正确请求重发帧、错误请求重发帧这四种情况进行处理；

1.1节点在接收时隙若收到正确数据帧，则将接收的数据帧序号与已确认数据帧序号值加1进行比较，如果接收的数据帧序号大于已确认数据帧序号值加1，则将发送数据帧的节点ID写入请求重发队列；如果小于，则直接丢弃，不做处理；如果相等则往上层传递数据，并将已确认数据帧序号增1，同时将连续请求重发次数清零；

1.2节点在接收时隙若收到错误数据帧，则判断是否能识别发送节点的ID和帧序号，如果不能识别则丢弃数据，如果能识别则进一步判断接收的数据帧序号是否大于已确认数据帧序号，如果大于则将发送错误数据帧的节点ID写入请求重发队列，否则丢弃数据；

1.3节点在接收时隙若收到正确请求重发帧，则先查找请求重发帧中携带的多个接收者ID是否有与本节点相同的ID，如果没有则丢弃数据，如果有则记录请求重发帧中相同接收者ID后面紧接的帧序号，并比较与已发送数据帧序号的大小关系；

1.4节点在接收时隙若收到错误请求重发帧则直接丢弃。

2.根据权利要求1所述的一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，其特征在于：节点在发送时隙如果请求重发队列不为空，则依次读取请求重发队列中的ID号，如果该ID号对应的连续请求重发次数小于或等于允许连续请求最大次数，则将该ID放置在请求重发帧的接收者字段，同时将与该ID对应的已确认数据帧序号加1后的值放置在请求重发帧的帧序号字段，对应的连续请求重发次数自增1；如果大于则将连续请求重发次数清零，并将已确认数据帧序号自增1，本次发送时隙不向该ID对应的节点请求重发错误数据帧；继续读取请求重发队列中的ID号，直到请求重发队列为空或请求重发帧中放置的接收者数量达到上限，最后以广播方式发送请求重发帧。

3.根据权利要求2所述的一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，其特征在于：在发送时隙如果请求重发队列为空，则广播发送序号为已发送数据帧序号加1的数据帧，并将已发送数据帧序号增1，此时如果已发送数据帧窗口等于最大窗口，则将已发送数据帧窗口往前滑动一个位置，如果已发送数据帧窗口小于最大窗口，则将已发送数据帧窗口增大一个位置。

4.根据权利要求2所述的一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，其特征在于：节点收到重发请求后，如果记录的帧序号小于或等于已发送数据帧序号，则将已发送数据帧序号改为记录的帧序号减1，并回退已发送数据帧窗口，使其与已发送数据帧序号对齐；如果记录的帧序号大于已发送数据帧序号，则直接丢弃请求重发帧。

5.根据权利要求2所述的一种基于TDMA组网PMP通信的检错重发实现方法，其特征在于：请求重发帧携带有多个接收者ID和请求的帧序号，可以一次向多个节点发送重发请求；请求重发队列记录网络中向本节点发送了错误数据帧的节点ID号，等待发送时隙同时向多个节点反馈错误信息。