CN115225213A - 一种基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，包括：为线性多跳自组网建立转发簇，以确定源节点到目的节点之间的所有节点的通信方式；根据源节点到目的节点的总跳数和窗口的大小，为中间簇选择端到端重传或半路重传的重传方式；并将目的节点设置为半路重传；源节点以窗口的形式来发送数据包；各个中间簇根据中间簇的重传方式进行数据包的传输与重传；目的节点转发反馈信令汇聚的ACK数据包；中间簇的簇头节点依次接收反馈信令汇聚的ACK数据包并转发至源节点，源节点接收到反馈信令汇聚的ACK数据包，根据窗口内数据包的接收情况来调整缓存队列。本发明能够保证端到端传输数据的可靠性，显著降低超多跳线性网络传输时延。

Description

一种基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，主要涉及超多跳自组网，具体涉及一种超多跳自组网的重传方法。
背景技术
多跳自组网是一种不依赖于现有的网络基础设施、网络拓扑动态变化、可以快速布设的无线移动通信网络，具有高抗毁性以及自愈性[1]。自组网技术将移动通信技术的应用领域进行了扩展，自组网凭借其组网迅速、灵活方便的特点，能够为野外科考、地震救灾、战场上部队的快速移动等缺少基础通信设施的场景提供可靠的通信支持，对于应急通信具有十分重要的意义。
自组网中数据包在源节点与目的节点之间通过多跳进行传输。线性(即链状)多跳自组网是一种所有的节点地位平等、节点之间按照链式结构进行组网的特殊自组网[2]，一般的多跳自组网跳数约在5跳以内，而超多跳自组网跳数远大于50跳，在电力专网监控、铁路建设等国家重大安全领域发挥着关键作用。比如在大雪天气下，南方电网结冰导致大范围停电，为了方便运维人员对杆塔进行故障检测，可以通过超多跳自组网组网方式，每50跳设置一个监控点对电力专网进行监控。一个典型的电力超多跳自组网的应用场景如图1所示，监控视频数据在杆塔之间按照多跳方式进行低时延、高可靠传输以满足运维人员的监控需求。
对于任何一个通信系统，数据传输的端到端时延始终是一个重要的性能指标。端到端时延是指两个节点之间传输数据所需要的时间。图2所示为一个具有(N+1)个节点的传统的超多跳自组网，数据从源节点n0逐跳传输到目的节点nN。假设每一跳节点传输错误的概率为pe，任何一跳出现错误，节点马上重传，节点只要重传，传输就是成功的。系统的端到端时延tdelay如公式(1)所示，是一个期望值，与总跳数Nhop、每一跳传输错误的概率pe、每一跳的传输时延ttransfer、重传的调度时延tschedule和重传间隔tΔ [3]有关。调度时延tschedule指的是重传时每个节点调度无线信道资源的时间。
Figure BDA0003541097040000021
Figure BDA0003541097040000022
是组合数，是指从Nhop个不同元素中取出l个元素的组合。具体表达式为
Figure BDA0003541097040000023
公式(1)中的l为整数，l表示重传的次数。
节点i与节点j之间的传输时延为：
Figure BDA0003541097040000024
如公式(2)所示，节点i与节点j之间的传输时延为两节点之间的距离dij与电磁波传输速度c的比值。
以译码转发(Decode-and-Forward,DF)为例，每一跳节点需要先完整接收到上一条节点传输的数据并解码，然后进行编码转发，在4G TDD的标准中，重传间隔tΔ是3ms。以pe＝0.1、ttransfer＝tschedule＝2ms、tΔ＝3ns为例，在总跳数为50的情况下，端到端时延已经接近120ms，这对于很多业务来说是无法容忍的，对实时性要求较高的电力超多跳自组网造成严重的影响。因此，合适的数据重传机制是满足超多跳自组网高效可靠服务要求的重要保障。
如图2所示，当前传统超多跳自组网传输主要采取逐跳传送方式，即网络中的节点一方面负责接收上一节点传送的信息，并将信息解码转发至下一节点，直至信息传送至目的节点。传统方案的主要问题在于，随着传输总跳数的增加，端到端的传输时延会呈现大幅增加，难以保障业务的服务质量要求。
传统的多跳自组网重传方案主要包括以下两种：
1)源节点与目的节点之间只有一个数据包在传输，即源节点发送数据包，中继节点译码转发数据包，当目的节点成功接收数据包之后，源节点发送下一个数据包。这样的重传方式虽然不会导致碰撞，但是由于在整个链路当中只有一跳在进行传输，其他节点都是空闲状态，所以传输效率低。
2)源节点与目的节点之间有多个数据包同时传输，即源节点不必等待目的节点成功接收数据包，就可以发送下个数据包。由于数据包在每一跳的传输都会以一定概率发生错误，出错会导致重传，带来时延。当先发送的数据包在某节点出错需要重传时，后发送的数据包也到达该节点，就发生碰撞。当某个节点滞留的数据包个数超过节点最大缓存容量时，会导致丢包。
为了解决传统重传的方案的不足，有必要设计一种适用于超多跳自组网的数据包重传方案。如图3和图4所示，申请号为CN202010908325.5的专利文件[4]综合利用译码转发(Decode-and-Forward，DF)中继和放大转发(Amplify-and-Forward，AF)中继在传输时延、信噪比方面的优缺点，提出一种将中继节点进行自适应分簇的组合传输方案。簇头节点对信号进行译码转发，簇内的成员节点对接收信号进行放大转发，大幅降低了端到端时延。但是该专利未考虑重传机制，合适的数据重传机制是满足超多跳自组网高效可靠服务要求的重要保障，有必要设计一套适用于超多跳线性网络的重传方案。
参考文献：
[1]张莎，李腾飞,"无线自组网技术研究综述,",数字通信世界,no.7,pp.1-4,2020。
[2]S.Varshney,C.Kumar,and A.Swaroop,"Linear sensor networks:Applications,issues and major research trends,"in International Conference onComputing,Communication&Automation,15-16May 2015 2015,pp.446-451。
[3]程宇,黄馨,吴沐谌."一种低开销多跳无线自组网时隙同步机制,"科学技术创新,no.35,pp.11-12,2018。
[4]李慧,周斌,刘立刚等，"一种超多跳低时延的无线自组网通信方法,"CN112020118A Patent Appl.CN202010908325.5,2020。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，以保证端到端传输数据的可靠性，显著降低超多跳线性网络传输时延。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，包括：
S1：为线性多跳自组网建立转发簇，以确定源节点到目的节点之间的所有节点的通信方式；
S2：根据源节点到目的节点的总跳数和窗口的大小，为中间簇选择端到端重传或半路重传的重传方式；并将目的节点设置为半路重传的重传方式；窗口的大小指的是需要一次性发送的数据包的数量；
S3：源节点以窗口的形式来发送数据包，并在发送完成后等待接收ACK数据包；
S4：各个中间簇根据中间簇的重传方式进行数据包的传输与重传；
S5：目的节点转发反馈信令汇聚的ACK数据包；
S6：中间簇的簇头节点依次接收反馈信令汇聚的ACK数据包并最终转发至源节点，源节点接收到反馈信令汇聚的ACK数据包后，根据窗口内所有数据包的接收情况来调整缓存队列。
所述步骤S1包括：令源节点作为当前转发簇的簇头节点，计算簇头节点与后序节点之间的信噪比，第一个信噪比小于门限值的节点的前一节点作为下一转发簇的簇头节点，重复这个过程直至转发簇包含目的节点，此时，目的节点为最后一个簇头节点，每个簇头节点及其与下一个簇头节点之间的所有节点作为一个转发簇；随后，将所有簇头节点均设置为译码转发中继的通信方式，将其余的所有节点均设置为放大转发中继的通信方式。
反馈信令汇聚的ACK数据包用于指示窗口内所有数据包的接收情况，数据包的反馈信令部分划分为N块，对应于窗口内的N个数据包的接收情况，0表示未接收成功，1表示接收成功，N为窗口内的数据包的数量。
当
Figure BDA0003541097040000041
时，中间簇均采用端到端重传的重传方式；
Figure BDA0003541097040000042
时，中间簇均采用半路重传的重传方式，Nh为源节点到目的节点的总跳数，Nw为窗口的大小。
所述步骤S3包括：
S31：源节点从缓存队列中取出窗口内的N个数据包，按顺序发送数据包至下一簇节点，每次发送间隔一个时隙，直到窗口内的最后一个数据包发送完成；N为窗口内的数据包的数量；
S32：源节点根据中间簇的重传方式，在中间簇的重传方式为半路重传时等待接收NACK反馈信令和反馈信令汇聚的ACK数据包，在中间簇的重传方式为端到端重传时直接等待接收反馈信令汇聚的ACK数据包。
在所述步骤S4中，每个中间簇执行如下步骤以进行数据包的传输与重传：
S41：当前的中间簇的簇头节点接收到来自上一簇的数据包，对数据包进行译码；
S42：判断中间簇的簇头节点对数据包是否译码成功；如果译码失败，将数据包丢弃，如果译码失败的是窗口内的最后一个数据包，根据出错信息单独生成一个数据包以更低的速率发送至下一转发簇，随后直接转至步骤S46，反之，回到步骤S41，等待下一个译码成功的数据包时，将出错信息附加在译码成功的数据包上；如果译码成功，则提取出数据包内附加的出错信息，并将数据包作为当前的数据包；
S43：当前的中间簇的簇头节点根据中间簇的重传方式来确定是否缓存当前的数据包；其中，如果中间簇的重传方式为半路重传的重传方式，则当前的中间簇的簇头节点在成功译码数据包之后缓存数据包；
S44：将当前的数据包发送至下一簇的簇头节点；
S45：判断当前的数据包是否是窗口内的最后一个数据包，若否，则回到步骤S41，若是，则进行步骤S46；
S46：确定中间簇的重传方式是半路重传，若是半路重传，则：首先确定之前簇的簇头节点是否有译码失败的数据包，并在有译码失败的数据包时译码转发之前簇的所有重传数据包；随后确定当前的中间簇的簇头节点是否有译码失败的数据包，并在译码失败的数据包时发送NACK反馈信令至上一簇的簇头节点以请求重传数据包；
S47：接收到NACK反馈信令的簇头节点发送相应编号的本地缓存的数据包至当前的中间簇的簇头节点；
S48：当前的中间簇的簇头节点等待接收来自目的节点的ACK数据包。
所述步骤S5包括：
S51：目的节点接收到来自上一簇的数据包，对数据包进行译码；
S52：判断目的节点对数据包是否译码成功，如果译码失败，将数据包丢弃，并记录出错信息；随后，回到步骤S51，直到接收到窗口内的最后一个数据包；
S53：若中间簇的重传方式为半路重传且之前簇的簇头节点存在译码失败的数据包，则接收之前簇的簇头节点半路重传的数据包；否则，直接进行步骤S54；
S54：判断目的节点是否有译码失败的数据包，若有，则发送NACK反馈信令至上一簇的簇头节点请求所述译码失败的数据包的重传，否则，直接进行步骤S55；
S55：目的节点发送ACK数据包至其上一簇的簇头节点。
在所述步骤S6中，在每个中间簇的簇头节点接收到来自目的节点的反馈信令汇聚的ACK数据包时，通过簇头节点所在簇内的所有节点转发ACK数据包至其上一簇的簇头节点并将当前的簇头节点内缓存的数据包和出错信息清空。
在所述步骤S6中，源节点将目的节点成功接收的数据包从缓存队列中清除，将未成功接收的数据包保留在缓存队列中。
在成功接收的数据包从缓存队列中清除后，如果缓存队列中仍然有待发送数包，则回到步骤S3，源节点从缓存队列中取出数据包，以开始以窗口的形式来发送数据包。
本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法采用如下以下技术特征：
1)基于分簇的混合中继传输。相邻簇之间的数据包与信令传输采用混合中继的方式，簇内的成员节点对接收到的信号进行模拟放大转发，簇头节对接收到的数据包进行译码转发。
2)端到端重传与半路重传选择。源节点以窗口的形式间隔时隙发送数据包，并根据反馈的ACK调整缓存队列，将目的节点正确接收的数据包从队列中清除，将目的节点未正确接收的数据包放在队列的首部。
3)源节点以滑动窗口发送数据包。在半路重传方案中，簇头节点接收到数据包并译码失败后，丢弃接收到的错误数据包，并等待下一个成功译码的数据包，将出错信息(哪一个节点的哪一个数据包出错)附加在数据包上转发至下一簇。接收到数据包的簇头节点需要提取出数据包中所附加的错误数据包的信息，这样每个簇头节点都知道之前簇的出错信息。如果窗口内的最后一个数据包出错，则将节点内存储的错误信息单独生成一个包含错误的数据包。
4)中继节点缓存与重传数据包。在半路重传方案中，中间簇的簇头节点接收到数据包并成功译码后，保存正确译码的数据包。在接收转发完窗口内最后一个数据包的信息后，簇头节点如果有译码失败的数据包，需发送NACK反馈信令至上一簇请求上一簇的簇头节点重传数据包。如果之前簇的簇头节点没有译码失败的数据包，当前簇簇头节点可立即发送NACK反馈信令；如果之前簇的簇头节点中有译码失败的数据包，当前簇的簇头节点需等待转发完数据包后，然后再发送NACK反馈信令。接收到NACK反馈信令的簇头节点发送相应编号的本地缓存数据包至后一簇节点。
5)目的节点反馈窗口数据包的接收情况。
由此，本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法通过上述技术特征，能够保证端到端传输数据的可靠性，并通过重传方式的灵活选择显著降低超多跳线性网络传输时延。
附图说明
图1是一种典型的电力超多跳自组网的结构示意图。
图2是超多跳自组网的传统通信方式的原理图。
图3是现有的超多跳自组网的混合中继通信方式的前向传输方案。
图4是现有的超多跳自组网的混合中继通信方式的后向传输方案。
图5是本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法的端到端重传的重传方式的时隙图。
图6是本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法的半路重传的重传方式的时隙图。
图7是本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法的反馈信令汇聚的ACK数据包的帧结构示意图。
图8是本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法的半路重传的重传方式下的NACK反馈信令的帧结构示意图。
图9是本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法的源节点的通信流程图。
图10是本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法的中间簇的簇头节点的通信流程图。
图11是本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法的目的节点的通信流程图。
图12是本发明的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法的半路重传的实验示例图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
本发明公开了一种基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，可应用于线性多跳自组网的数据包重传，能够保证端到端传输数据的可靠性，显著降低超多跳线性网络传输时延。基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法的具体步骤如下：
步骤S1：为线性多跳自组网建立转发簇，以确定源节点到目的节点之间的所有节点的通信方式。
其中，转发簇的建立方法参见申请号为CN202010908325.5的专利文件。
具体来说，所述步骤S1包括：令源节点作为当前转发簇的簇头节点，计算簇头节点与后序节点之间的信噪比，第一个信噪比小于门限值的节点的前一节点作为下一转发簇的簇头节点，重复这个过程直至转发簇包含目的节点，此时，目的节点为最后一个簇头节点，每个簇头节点及其与下一个簇头节点之间的所有节点作为一个转发簇；随后，将所有簇头节点均设置为译码转发(Decode-and-Forward，DF)中继的通信方式，将其余的所有节点均设置为放大转发(Amplify-and-Forward，AF)中继的通信方式。
其中，簇头节点与后序节点之间的信噪比通过簇头节点发送参考信号来计算。
图3、图4分别示出了超多跳自组网的混合中继的前向和后向传输方案的原理，这里把从源节点到目的节点的方向定义为前向，从目的节点到源节点的方向定义为后向。在数据传输的过程中，数据包传输方向是从源节点到目的节点方向，采用前向传输；在发送反馈的过程中，反馈信息传输方向是从目的节点到源节点方向，采用后向传输。每个节点配置2个可收发天线，一个天线朝前，一个天线朝后。在前向传输过程中，簇头节点对后向天线接收到的信号进行DF转发并通过前向天线将信号发送至出去，簇内的成员节点对后向天线接收到的信号进行AF转发并通过前向天线发送出去。在后向传输的过程中，簇头节点对前向天线接收到的信号DF转发并通过后向天线发送出去，簇内的成员节点对收到的信号进行AF转发并通过后向天线发送出去。
步骤S2：根据源节点到目的节点的总跳数Nh和窗口的大小Nw，为中间簇选择端到端重传或半路重传的重传方式；并将目的节点设置为半路重传的重传方式。
这里的窗口的大小Nw指的是需要一次性发送的数据包的数量(即窗口内的数据包的数量)，该窗口的大小Nw与目的节点的缓冲空间的大小有关。
图5、图6分别是端到端重传和半路重传的重传方式的时隙图。图5和图6中，转发簇1是包含源节点所在的转发簇，ACK是指反馈信令汇聚的ACK数据包，NACK是指单一数据包的NACK反馈信令。
如图5和图6所示，图中的k(k＝1,2,3,4)表示原始数据包，k’(如3’、4’)表示附带之前数据包出错信息(哪一个节点的哪一个数据包出错)的数据包。具体地，在端到端重传和半路重传的重传方式下，如果当前节点接收到的数据包译码失败，当前节点会丢弃当前数据包，不将这一数据包转发到后一簇节点，并记录下当前数据包的出错信息(窗口内的哪一个数据包出错)，等待下一个成功译码的数据包，将错误信息附加成功接收的数据包，如果窗口内的最后一个数据包接收失败，就单独发送一个错误信息的数据包。
在现有技术中，单一数据包接收成功，需要反馈该数据包的ACK反馈信令；节点未成功接收单一数据包，需要反馈所述的单一数据包的NACK(negative acknowledgement)反馈信令。在本发明中，采用反馈信令汇聚的ACK数据包来代替传统的数据包的ACK反馈信令，且半路重传的重传方式下的NACK反馈信令与现有技术的NACK反馈信令类似。
反馈信令汇聚的ACK数据包的帧结构如图7所示，反馈信令汇聚的ACK数据包存在于端到端重传和半路重传的重传方式下(端到端重传和半路重传的重传方式下的反馈信令汇聚的ACK数据包的格式相同)，用于指示窗口内所有数据包的接收情况；也就是说，反馈信令汇聚的ACK数据包用于告诉源节点，目的节点对于窗口内所有数据包的接收情况。如图7所示，数据包的反馈信令部分划分为N块，对应于窗口内的N个数据包的接收情况，0表示未接收成功，1表示接收成功，N为窗口内的数据包的数量。这里的反馈信令汇聚指的是反馈的ACK数据包中汇聚了窗口内所有数据包的反馈信令，从而反映了多个数据包的接收情况。
需要说明的是，如果不存在需要半路重传的数据包，则目的节点在接收完窗口内最后一个数据包的情况下，直接发送反馈信令汇聚的ACK数据包(即发送包含0和1的消息)；如果存在需要半路重传的数据包，目的节点等待接收完重传数据包之后，再发送反馈信令汇聚的ACK数据包(即发送包含0和1的消息)。在不丢包的情况下也是要发送反馈信令汇聚的ACK数据包，用于通知源节点已经接收到全部数据包了。
图8是半路重传的重传方式下的NACK反馈信令的帧结构。而NACK反馈信令仅存在于半路重传的重传方式下，用于表示在当前节点未译码成功的需要重传的数据包。也就是说，NACK反馈信令用于当前节点在存在未译码成功的需要重传的数据包时通知上一簇头节点，有数据包需要重传；当前节点在半路重传的重传方式下，有数据包译码出错时，等待转发完窗口内最后一个数据包，会发送NACK反馈信令。
设时隙的大小为T，源节点到目的节点的总跳数为Nh，窗口的大小为Nw，相邻转发簇之间的数据传输视为一跳，占据一个时隙(即相邻转发簇之间的发送和接收的总时长占据一个时隙)。
在端到端重传的重传方式下，目的节点在接收窗口内的最后一个数据包后，利用反馈信令汇聚的ACK数据包来反馈窗口内所有数据包的接收情况，源节点根据反馈信令汇聚的ACK数据包通过再次以窗口的形式发送数据包来重传数据包。
假设源节点到目的节点的总跳数Nh>1，从源节点开始以窗口的形式发送数据包到接收到来自目的节点的ACK数据包的时间为：
2NwT+2NhT-2T (3)
由于重传的数据包需要再次以窗口的形式发送，因此，重传单个数据包所需要的时间为：
Figure BDA0003541097040000111
在半路重传的重传方式下，簇头节点译码失败后，等待转发完窗口内最后一个数据包之后，发送NACK至上一簇节点，由上一簇的簇头节点重传数据包。
根据图6可知，在半路重传的重传方式下，当中间簇的簇头节点译码失败时，中继节点重传单个数据包所需的额外开销为3T。
与式(3)相减，得到开销差值d：
Figure BDA0003541097040000112
开销差值d指的是在端到端重传下，从源节点开始以窗口形式发送数据包到源节点接收到目的节点反馈的ACK信令，重传单个数据包所需的时间与中继节点在半路重传的重传方式下，重传单个数据包所需的额外开销的差值。
令d＝0，则
Figure BDA0003541097040000113
因此，当
Figure BDA0003541097040000114
时，中间簇均采用端到端重传的重传方式；
Figure BDA0003541097040000115
时，中间簇均采用半路重传的重传方式。
此外，根据图6可知，在半路重传的重传方式下，当目的节点接收数据包译码失败时，目的节点重传单个数据包需要的额外开销为2T。与式(3)相减，得到：
Figure BDA0003541097040000116
令d＝0，得到：
Nh＝1 (8)
因此，目的节点总是采用半路重传的重传方式。
源节点的通信流程图如图9所示，中继簇头节点的通信流程图如图10所示，目的节点的通信流程图如图11所示。
步骤S3：源节点以窗口的形式来发送数据包，并在发送完成后等待接收ACK数据包。
所述步骤S3包括：
步骤S31：源节点从缓存队列中取出窗口内的N个数据包(N≤Nw)，按顺序发送数据包至下一簇节点，每次发送间隔一个时隙，直到窗口内的最后一个数据包发送完成。间隔一个时隙发送的原因是节点工作于半双工模式下，无法同时接收和发送数据。
步骤S32：源节点根据中间簇的重传方式，在中间簇的重传方式为半路重传时等待接收NACK反馈信令和反馈信令汇聚的ACK数据包，在中间簇的重传方式为端到端重传时直接等待接收反馈信令汇聚的ACK数据包。
其中，在半路重传的重传方式下，窗口内的数据包传输完毕之后，源节点如果收到下一簇的节点因译码失败发送而来NACK反馈信令，则重传相应的数据包。在端到端重传的重传方式下，源节点无需等待接收NACK反馈信令。
当源节点接收反馈信令汇聚的ACK数据包后，源节点根据窗口内所有数据包的接收情况来调整缓存队列。这一点将在下文详述。
步骤S4：各个中间簇根据中间簇的重传方式进行数据包的传输与重传。
在所述步骤S4中，每个中间簇执行如下步骤以进行数据包的传输与重传：
步骤S41：当前的中间簇的簇头节点接收到来自上一簇的数据包，对数据包进行译码；
步骤S42：判断中间簇的簇头节点对数据包是否译码成功；如果译码失败，将数据包丢弃，如果译码失败的是窗口内的最后一个数据包，根据出错信息(哪一个节点的哪一数据包出错)单独生成一个数据包以更低的速率发送至下一转发簇，随后直接转至步骤S46，反之，回到步骤S41，等待下一个译码成功的数据包时，将出错信息附加在译码成功的数据包上；如果译码成功，则提取出数据包内附加的出错信息，并将数据包作为当前的数据包。
因此，待窗口内接收完毕，每个中间簇的簇头节点都知道之前簇的出错信息(目的节点也知道之前簇的出错信息)。
步骤S43：当前的中间簇的簇头节点根据中间簇的重传方式来确定是否缓存当前的数据包；其中，如果中间簇的重传方式为半路重传的重传方式，则当前的中间簇的簇头节点在成功译码数据包之后缓存数据包。
步骤S44：将当前的数据包发送至下一簇的簇头节点；
步骤S45：判断当前的数据包是否是窗口内的最后一个数据包，若否，则回到步骤S41，若是，则进行步骤S46；
步骤S46：确定中间簇的重传方式是半路重传，若是半路重传，则：首先确定之前簇的簇头节点是否有译码失败的数据包，并在有译码失败的数据包时译码转发之前簇的所有重传数据包；随后确定当前的中间簇的簇头节点是否有译码失败的数据包，并在译码失败的数据包时发送NACK反馈信令至上一簇的簇头节点以请求重传数据包；
也就是说，如果之前簇的簇头节点没有译码失败的数据包，当前的中间簇的簇头节点可立即发送NACK反馈信令；如果之前簇的簇头节点有译码失败的数据包，当前的中间簇的簇头节点需等待转发完数据包后，然后再发送NACK反馈信令。
步骤S47：接收到NACK反馈信令的簇头节点发送相应编号的本地缓存的数据包至当前的中间簇的簇头节点；
步骤S48：当前的中间簇的簇头节点等待接收来自目的节点的ACK数据包。
在每个簇头节点接收到来自目的节点的反馈信令汇聚的ACK数据包时，转发ACK数据包至上一簇的簇头节点并将当前的簇头节点内缓存的数据包和出错信息清空。
步骤S5：目的节点转发反馈信令汇聚的ACK数据包。
其中，目的节点的重传方式为半路重传的重传方式。
因此，所述步骤S5包括：
步骤S51：目的节点接收到来自上一簇的数据包，对数据包进行译码；
步骤S52：判断目的节点对数据包是否译码成功，如果译码失败，将数据包丢弃，并记录出错信息(哪一个节点的哪一数据包出错)；随后，回到步骤S51，直到接收到窗口内的最后一个数据包；
步骤S53：判断中间簇的重传方式是否为半路重传，若中间簇的重传方式为半路重传且之前簇的簇头节点存在译码失败的数据包，则接收之前簇的簇头节点半路重传的数据包，以等待之前簇的簇头节点半路重传完毕；否则，直接进行步骤S54；
步骤S54：判断目的节点是否有译码失败的数据包，若有，则发送NACK反馈信令至上一簇的簇头节点请求所述译码失败的数据包的重传，否则，直接进行步骤S55。
其中，目的节点知道之前所有簇节点的接收情况，即知道有多少个待接收的重传数据包。假设之前簇的簇头节点存在Ne1个译码失败的数据包，目的节点有Ne2个译码失败的数据包。那么，在接收完窗口内的最后一个数据包之后，需要再等待3*Ne1+2*Ne2个时隙，来等待发送ACK数据包。
步骤S55：目的节点发送ACK数据包至其上一簇的簇头节点。
步骤S6：中间簇的簇头节点依次接收反馈信令汇聚的ACK数据包并最终转发至源节点，源节点接收到反馈信令汇聚的ACK数据包后，根据窗口内所有数据包的接收情况来调整缓存队列。
在所述步骤S6中，在每个中间簇的簇头节点接收到来自目的节点的反馈信令汇聚的ACK数据包时，通过簇头节点所在簇内的所有节点转发ACK数据包至其上一簇的簇头节点并将当前的簇头节点内缓存的数据包和出错信息清空。
源节点将目的节点成功接收的数据包从缓存队列中清除，将未成功接收的数据包保留在缓存队列中。如果此时缓存队列中仍然有待发送数包，则回到步骤S3，源节点从缓存队列中取出数据包，以开始以窗口的形式来发送数据包。
实验结果
如图12所示是一个总跳数Nh＝5，窗口数Nw＝4的重传方案。因为
Figure BDA0003541097040000151
所以中继节点与目的节点均采用半路重传方案。
簇D(即转发簇4)的簇头节点接收数据包2时译码失败，因此丢弃数据包2，等待成功译码数包3后，将错误信息附加在数据包3上。簇E(即转发簇5)的簇头节点接收数据包3的时候发生译码失败，丢弃数据包3，在成功译码数据包4之后，在数据包4上附加错误信息。
簇D的簇头节点接收完窗口内的最后一个数据包，即数据包4之后，立即发送NACK至其上一簇的簇C(即转发簇3)的簇头节点，簇C的簇头节点重传节点内缓存的数据包2到簇D的簇头节点。簇E的簇头节点接收并转发数据包2之后，发送NACK反馈信令至上一簇D，簇D的节点重传节点内缓存的数据包3至簇F的簇头节点。
目的节点F等待接收到重传数据包2和重传数据包3之后，发送包含传输信息的ACK数据包至上一簇。当源节点接收到ACK数据包之后，将正确接收的数据包从缓存队列中去除，如果缓存队列仍有数据包，开始新的窗口数据包发送。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，包括：
步骤S1：为线性多跳自组网建立转发簇，以确定源节点到目的节点之间的所有节点的通信方式；
步骤S2：根据源节点到目的节点的总跳数和窗口的大小，为中间簇选择端到端重传或半路重传的重传方式；并将目的节点设置为半路重传的重传方式；窗口的大小指的是需要一次性发送的数据包的数量；
步骤S3：源节点以窗口的形式来发送数据包，并在发送完成后等待接收ACK数据包；
步骤S4：各个中间簇根据中间簇的重传方式进行数据包的传输与重传；
步骤S5：目的节点转发反馈信令汇聚的ACK数据包；
步骤S6：中间簇的簇头节点依次接收反馈信令汇聚的ACK数据包并最终转发至源节点，源节点接收到反馈信令汇聚的ACK数据包后，根据窗口内所有数据包的接收情况来调整缓存队列。
2.根据权利要求1所述的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，所述步骤S1包括：令源节点作为当前转发簇的簇头节点，计算簇头节点与后序节点之间的信噪比，第一个信噪比小于门限值的节点的前一节点作为下一转发簇的簇头节点，重复这个过程直至转发簇包含目的节点，此时，目的节点为最后一个簇头节点，每个簇头节点及其与下一个簇头节点之间的所有节点作为一个转发簇；随后，将所有簇头节点均设置为译码转发中继的通信方式，将其余的所有节点均设置为放大转发中继的通信方式。
3.根据权利要求1所述的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，反馈信令汇聚的ACK数据包用于指示窗口内所有数据包的接收情况，数据包的反馈信令部分划分为N块，对应于窗口内的N个数据包的接收情况，0表示未接收成功，1表示接收成功，N为窗口内的数据包的数量。
4.根据权利要求1所述的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，当
Figure RE-FDA0003672733560000021
时，中间簇均采用端到端重传的重传方式；
Figure RE-FDA0003672733560000022
时，中间簇均采用半路重传的重传方式，Nh为源节点到目的节点的总跳数，Nw为窗口的大小。
5.根据权利要求1所述的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S31：源节点从缓存队列中取出窗口内的N个数据包，按顺序发送数据包至下一簇节点，每次发送间隔一个时隙，直到窗口内的最后一个数据包发送完成；N为窗口内的数据包的数量；
步骤S32：源节点根据中间簇的重传方式，在中间簇的重传方式为半路重传时等待接收NACK反馈信令和反馈信令汇聚的ACK数据包，在中间簇的重传方式为端到端重传时直接等待接收反馈信令汇聚的ACK数据包。
6.根据权利要求1所述的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，在所述步骤S4中，每个中间簇执行如下步骤以进行数据包的传输与重传：
步骤S41：当前的中间簇的簇头节点接收到来自上一簇的数据包，对数据包进行译码；
步骤S42：判断中间簇的簇头节点对数据包是否译码成功；如果译码失败，将数据包丢弃，如果译码失败的是窗口内的最后一个数据包，根据出错信息单独生成一个数据包以更低的速率发送至下一转发簇，随后直接转至步骤S46，反之，回到步骤S41，等待下一个译码成功的数据包时，将出错信息附加在译码成功的数据包上；如果译码成功，则提取出数据包内附加的出错信息，并将数据包作为当前的数据包；
步骤S43：当前的中间簇的簇头节点根据中间簇的重传方式来确定是否缓存当前的数据包；其中，如果中间簇的重传方式为半路重传的重传方式，则当前的中间簇的簇头节点在成功译码数据包之后缓存数据包；
步骤S44：将当前的数据包发送至下一簇的簇头节点；
步骤S45：判断当前的数据包是否是窗口内的最后一个数据包，若否，则回到步骤S41，若是，则进行步骤S46；
步骤S46：确定中间簇的重传方式是半路重传，若是半路重传，则：首先确定之前簇的簇头节点是否有译码失败的数据包，并在有译码失败的数据包时译码转发之前簇的所有重传数据包；随后确定当前的中间簇的簇头节点是否有译码失败的数据包，并在译码失败的数据包时发送NACK反馈信令至上一簇的簇头节点以请求重传数据包；
步骤S47：接收到NACK反馈信令的簇头节点发送相应编号的本地缓存的数据包至当前的中间簇的簇头节点；
步骤S48：当前的中间簇的簇头节点等待接收来自目的节点的ACK数据包。
7.根据权利要求1所述的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
步骤S51：目的节点接收到来自上一簇的数据包，对数据包进行译码；
步骤S52：判断目的节点对数据包是否译码成功，如果译码失败，将数据包丢弃，并记录出错信息；随后，回到步骤S51，直到接收到窗口内的最后一个数据包；
步骤S53：若中间簇的重传方式为半路重传且之前簇的簇头节点存在译码失败的数据包，则接收之前簇的簇头节点半路重传的数据包；否则，直接进行步骤S54；
步骤S54：判断目的节点是否有译码失败的数据包，若有，则发送NACK反馈信令至上一簇的簇头节点请求所述译码失败的数据包的重传，否则，直接进行步骤S55；
步骤S55：目的节点发送ACK数据包至其上一簇的簇头节点。
8.根据权利要求1所述的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，在所述步骤S6中，在每个中间簇的簇头节点接收到来自目的节点的反馈信令汇聚的ACK数据包时，通过簇头节点所在簇内的所有节点转发ACK数据包至其上一簇的簇头节点并将当前的簇头节点内缓存的数据包和出错信息清空。
9.根据权利要求1所述的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，在所述步骤S6中，源节点将目的节点成功接收的数据包从缓存队列中清除，将未成功接收的数据包保留在缓存队列中。
10.根据权利要求8所述的基于反馈信令汇聚的超多跳自组网数据重传方法，其特征在于，在成功接收的数据包从缓存队列中清除后，如果缓存队列中仍然有待发送数包，则回到步骤S3，源节点从缓存队列中取出数据包，以开始以窗口的形式来发送数据包。
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