CN1212098A - 等级式arq方案的关联式检错编码与包的编号 - Google Patents

Abstract

公开了一种重发方法,其中在联结的敏感通路上的重发仅仅包括在该敏感通路上实际受干扰的包。同时,联接敏感通路与非敏感通路的中继站中所需要的存贮容量下降了,在联结的敏感部分产生的差错将引起联结的非敏感通路上的重发,但这认为是不重要的,因为非敏感通路具有高的吞吐能力和/或低的成本。

Description

等级式ARQ方案的关联式 检错编码与包的编号

本发明涉及在级联通路的一个链路上发送打包数据，该通路采用包重发方法纠错，具体地，本发明涉及在级联通路上发送打包数据，该通路在每个包的发送成本，传送质量，传输速率，和/或通信密度方面具有不同的特性，这样的级联传输通路的例子是便携式计算设备(膝上型，组织者，PDA)，它们是无线联接(即，通过无线电联接)到移动式或便携式电话上，然后再进一步通过无线电通路联到蜂窝网络。另一个例子是无绳或无线局域网LAN，其中，计算设备是无线联接到一个固定的中枢或卫星站，然后再联到有线LAN结构(以太网)。

高容量的数据传输采用包交换网络，在其中数据是以数据包的形式传递的，除了信息以外，还携带有源与目的地的地址，当一个包，例如由于和另一个包冲突或干扰水平的增加而受到干扰时，该包就不得不由源重发。源必须重发相同的包直到成功的传送得以实现，来自目的地的确认表明该包已被正确接收，为了使目的地能够确定是否一个包已被正确接收，检错编码被加到包上，或者是前向纠错(FEC)编码的形式，或者是循环冗余检验(CRC)的形式。

已有几种方案，当目的地未确认接收到包时可提供自动重发，如所谓的ARQ(自动重复询问)方法，如果包在一定的时间内未被确认，源就自动地重复发送，在这种最简单的形式中，源在每次包发送后就等待来自目的地的确认，并且周期性地重发同样的包直到收到确认为止，只有当确认收到以后，才发送下一个包，这种方法称为停止-等待ARQ方法。

即使前面的包尚未被确认，更有效的方法将继续发送包，未被确认的包存贮起来以便重发，只有当它们被确认后才从存贮器中消除，在这些方法中，包还被提供包号，以便目的地能确认正确的包号，使用包号并在发送下一个包前不等待确认的ARQ方法的例子是选择性ARQ及(累积式)返回N ARQ。这些方法提供了较高的吞吐能力，尤其是联结点上包含一定时延的情况下更如此。

大多数的数据通信并不在单一的联接上进行，而是在由中继站联接的级联通路的一个链路上传送的，很通常的情况是，各个通路具有不同的特性，一个通路在成本(公用有线网，蜂窝网相对于局部的，专用网络)，数据速率，或传输质量(也可涉及到通信密度)方面可能比其它的通路更敏感些，这样的级联的一个例子是蜂窝式基站与便携式计算设备之间的联接，它们利用短距离的无线联接连到蜂窝电话以便进出蜂窝基站。在此，蜂窝通路是最敏感的通路，另一个例子是无线联到局域网(LAN)，进而联到服务器的便携式计算设备。在这个例子中，敏感的通路是在计算机与有线LAN之间的无线通路。在这些级联式的联结上，末端对末端的ARQ协议(仅在源与目的地之间有ARQ；中继站仅中继信息，不检验该信息是否正确)是没有吸引力的，因为，如果误差发生，要求在整个链路上重发，不管差错发生在什么地方，为了使敏感通路上的重发降至最低，人们宁愿只重发在敏感通路上的包，这种包是真正在敏感通路受到干扰，这就需要分布式的ARQ方案，也就是在每个通路上有分开的ARQ方案，为了使吞吐能力最佳，要求在中继站中扩展存贮容量以支持有效的ARQ方法。

按照本发明的一种实施方案，公开了一种方案，它使敏感通路上的重发降至最少，而同时在中继站中能以低的存贮要求取得高的吞吐能力。这就是一种末端对末端和分布式ARQ协议的组合。

本发明公开了一种方法，其中在敏感联接通路上的重发仅仅包括实实在在在该敏感通路上受到干扰的包。同时，联接敏感通路与非敏感通路的中继站中所需要的存贮容量下降了。在联结的敏感部分产生的差错将引起在联结的非敏感通路上的重发，然而这认为是不那么重要的，因为非敏感通路具有高的吞吐能力和/或低的成本。

按照本发明的一种实施方案，采用关联式检错编码及包编号方法，一种末端对末端的ARQ协议应用于两个末端站之间，这两个末端是通过敏感通路及至少一个非敏感通路联接起来的。末端站具有足够的处理能力及存贮容量来实现末端对末端的协议。在末端站之间的非敏感通路应用它们自己的“局部”ARQ，并把带有末端对末端编码及号码的包看作为一个新的信息包，它们自己的局部纠错编码及号码就叠加在这个包上。因此，局部ARQ将末端对末端的ARQ密封起来，将纠错编码及编号结果串联或一体。在敏感通路上传送的包只包含末端对末端的编码与编号。然而，在非敏感通路上传送的包另外包含局部的编码与编号，一个在非敏感与敏感通路之间的中继站，接收到来自非敏感通路的包，然后用局部的检错编码检验接收到的包的正确性。当该中继站确定包已被正确地接收到，中继站就确认局部号码，然后中继站将局部编码及号码拆下，将此包中继至敏感通路。如果该包没有在中继站被正确地接收，它就既不被确认，也不中继到敏感通路上，当中继站从敏感通路接收一个包，则中继站不检验接收到的包的正确性。而直接加上局部编码及号码，然后将包中继到非敏感通路。在作为目的地的末端站中，首先检验局部检错编码，如果正确，则局部号码为中继站确认。然后实施末端对末端的协议，看看该包是否也无差错地通过敏感通路，如果该包未被正确地接收，包的接收未被确认，则作为源的其它末端站就将该包重发。一旦包被正确地接收，目的地将通过对源确认末端对末端的包的编号来证实包已正确接收。

通过以下结合附图的描述将会使本领域的技术人员更容易理解本发明的这些和其它特征与优点，其中：

图1描述在局域网中级联连结上包的发送；

图2描述在膝上型与蜂窝系统之间级联连结上包的发送，通过短距离的RF联接连到一台蜂窝电话上；

图3描述一种末端对末端的ARQ协议；

图4描述一种分布式ARQ协议；和

图5描述一种按照本发明的实施方案的关联式ARQ协议。

传输联结很少由单一通路组成，通常，传输联结由级联通路的一个链路组成，其中，每个通路在吞吐能力(数据速率及通路质量)，以及传输成本方面各有自己的特性。

数据通信通常应用打包技术传递数据，数据被收集起来形成一个包，其中可以有一些普遍的信息，如源及目的地地址，发送优先权，以及序号，另外，一些检错编码形式，即：循环冗余校验CRC或前向纠错FEC，被加上使目的地能够辩认是否该包已被正确地接收。然后该包可以同步或异步方式发送到通路上，目的地检验包的正确性，然后分别包被正确接收或不正确接收的情况，或者发送带有包的编号的确认信号(ACK)，或者发送不确认信号(NAK)。当不确认信号产生后，源可用重发不正确包的方法作出响应，然而，在许多系统中，不确认信号未被采用，而是让源等待一个暂停周期，如果在暂停周期内未接收到确认信号，源自动地将该包重发，这种所谓的自动重复询问(ARQ)或自动重复请求要比采用不确认信号更可靠，因为，如果确认信号受干扰，源可将此包重发，可是，当不确认信号受干扰时，某些信号决不可能正确地到达目的地，应该注意的是确认消息并非必须分开返回，而是可以包含在回程数据流中，即所谓的骑背方式。

有几种ARQ方案的形式，在最简单的方法中，源只发送一个包，然后等待对该包的确认。同样的包被周期性地重发，直到它被确认为止，这种停止-等待ARQ方法并不是很有效的，尤其是当联结中或在目的地的处理中有很大的延时时。一种具有较高吞吐率的ARQ方法连续发送包，但是存贮所发送的包直到它们被确认为止，在一个包被确认后，该包就从包的存贮目录中清除，如果该包在一个暂停周期内未被确认，它们就被重发。

本发明涉及这些ARQ协议如何被用在级联通路或联结的链路上，这些联结的两个例子示于图1和图2中。在图1中，示出了一个无线局域网LAN，一个服务器被联至有线的LAN，其中一台便携式计算机通过无线电通路联到同样的有线LAN上，在本例中，无线电通路是敏感通路，因为它具有较低的吞吐能力(低的数据速率，低的质量因而需要多次重发)。服务器及便携式计算机在本例中是末端站，中枢在无线通路及有线LAN间作为一个中继站，可以为几台便携式计算机服务。在图2中，便携式数据设备，如膝上型，PDA，组织者等，通过短距离的RF联结连到一台蜂窝电话上，再通过无线电通路联到蜂窝网络，在本例中，蜂窝通路在吞吐能力(数据速率及信号质量)及空中时间成本方面是敏感通路。蜂窝基站(或联到基站的中间工作单元)及数据设备起着末端站的作用，其中蜂窝电话起着中继站的作用。因为减少了吞吐量和/或成本，在有线LAN(a)或短距离RF通路(b)中发生的差错不应该在敏感通路上引起重发。

在上面描述过的通信系统中ARQ协议是用重发来纠错的。一种直接的前向ARQ方法采用末端对末端协议，正如图3所示，仅在末端站检验包，在图3中，虚线代表敏感通路，为末端对末端ARQ协议所需要的存贮容量仅在末端站中碰到，中继站只需中继从一个通路到另一个通路的信息，不需要对包做任何事，这种ARQ协议在上述的应用中是没有吸引力的，因为在非敏感通路中的差错将引起末端对末端的重发也包含敏感通路。这种缺点可采用图4所示的分布式ARQ协议来避免。在分布式协议中，敏感的与非敏感的通路各有自己的ARQ协议，重发只发生在实际产生误差的通路中，然而，正如图4中所指出的，现在中继站必须能够实施两种局部ARQ协议，包括重发帧的存贮，对于非敏感通路，这并不是问题，因为它的吞吐量高，回路延时小，缓存器要求也是有限的，因为较高的吞吐能力及确认前较短的延时需要很少的缓存。然而，对于敏感通路，需要有仔细推敲的存贮容量，可是，在一个有线LAN系统，需要同时服务许多便携式用户，在一个便携式电话中，额外的存贮要求及末端协议处理都不是有吸引力的。在图4中，两种ARQ方法存贮容量的差别用存贮器大小的差别来表明，在图3-5中，包的特性用大写字母I，D和N来表示，其中I是信息包，D是检错加上的数据，N是包的编号。在图3中只有一个包的类型，它包括末端对末端差错编码D_E和编码N_E，其中_E标明差错编码D及编号N是末端对末端协议的一部分。在图4中，有二种局部协议，对两种局部ARQ产生D_L1,N_L1，和D_12,N_L2，其中_L标明检错编码D及编号N是局部协议的一部分。在图4中，假定包的长度在两种通路上是一样的，这不是一种先决条件，例如，如果通路2的包为通路1分解成几个包，通路1可很好地传送D_L1(11)N_L1,D_L1(I2)N_L1,……,D_L1(In)N_L1。

按照本发明的一种实施方案，中继站的复杂性可通过对非敏感通路上应用一种局部ARQ方法来降低，在这种方法中，只需要很小数量的存贮。这可通过末端对末端ARQ协议包围局部ARQ协议来达到，如图5所示，除了在两个末端站之间的末端对末端协议外，一个局部ARQ协议用于非敏感通路上，末端对末端协议的包对于局部ARQ协议来说被认为是正常数据，给出了额外的纠错编码和编号。如果末端站A想发送一个信息包I，加上末端对末端协议的检错编码D_E和编号N_E，结果形成一个包D_E(I)N_E。现在，局部ARQ协议加上第二层检错编码D_L及编号N_L，产生一个包D_L(D_E(I)N_E)N_L，当中继站接收到这个包，首先检错编码D_L被检验，看看局部通路是否产生任何差错，如果该包被正确地接收，对站A局部编号N_L被确认，然后，中继站从包上拆下局部ARQ的通用部分(即D_L和N_L)该包被中继到敏感通路。如果该包未被正确接收，局部编号N_L未被确认，该包未被中继到敏感通路，然后该包由站A在非敏感通路上局部地重发，直到该包被正确接收及由中继站确认为止。

当被中继的包被末端站B收到时，用检错编码D_E来检验包的正确性，只有敏感通路上的差错可以影响此包，否则该包不可能被中继。然后其包被正确接收，则末端对末端协议包的编号N_E被确认于站A。如包未被正确接收，则必须在整个联结上重发。可是，因为局部通路是具有高吞吐能力的非敏感通路，这种额外的通信量对非敏感通路并不是一个问题。

现在将描述包在相反方向的传送。末端站B取得信息包I，加上末端对末端协议检错编码D_E以及编号N_E，产生D_E(I)N_E，然后，编好码的包通过敏感通路送到中继站，中继站并不检验是否该包已被正确接收，该包就像原来的样子，然后在包的周围加上第二层检错编码D_L及编号N_L，产生D_L(D_E(I)N_E)N_L，接收到包以后，末端站A首先通过检验检错编码D_L检查该包是否正确地通过最后的局部通路，如果检错编码是正确的，末端站A通过确认N_L对中继站确认(局部的)包的接收。

如果包的编号N_L未被确认，包仅由中继站重发，如果检错编码D_L是正确的，末端站A取得下一个ARQ层，检验末端对末端协议检错编码D_E，如果检错编码D_E是正确的，这就很清楚，该包正确地通过了整个的联结，可以对末端站B确认编号N_E的方式来确认包的接收。如果检错编码D_E不正确，很明显，在敏感通路中产生了一个差错，末端的包的编号N_E未被确认。结果，末端站B将该包重发，直到该包被末端站A确认为止。

在本发明的另一种实施方案中，中继站在从末端站B接收到的包中检验检错编码D_E，如果检出差错，就将该包丢掉，这样降低了在非敏感通路上的通信量，然而，在高吞吐量通路上发送不正确的包中的额外通用信息并不是一个问题。因而，在中继站中末端协议差错检验可能不需要给中继站增加负担。

这一点是确实的，即中继站仍需存贮与处理能力来实施局部ARQ方案，然而，由于局部通路上有较高的吞吐能力。对于局部ARQ的缓存器与处理的要求远少于对于末端对末端的ARQ。另外，由于局部ARQ是包含在末端对末端ARQ内，任何在局部处理过程中未检测到的差错将由末端对末端的处理过程加以解决。这点是明白的，即这种额外的安全措施应尽量少用，以便最大限度地减少在敏感通路上的额外的重发。可是，非敏感通路并非必须完全无差错，这将大大简化局部ARQ的实施，在这种基本方法基础上的一种可能的扩展是一种这样的系统，在其中末端对末端的包分为若干较小的子包，它们每个都局部地编码和编号，然后以高的速率通过局部通路发送，在中继站中，这些子包被收集及组装成一个单独的包，然后再在敏感通路上发送出去，还有另外一种在基本方法上的扩展是这样一种系统，其中几个末端对末端的包被收集与组装成一个大包，然后再局部地编码与编号，这个大包然后通过局部(非敏感)通路发送出去。在中继站中，正确接收到的组装包被分装成原来的末端对末端的包，然后在敏感通路上单独地中继及发送。

如果有较多的级联与敏感通路，这种包装处理过程可以继续。每次，在以前的包的周围建立一个新的ARQ信息的外壳，对于一个新的包装，整个包(信息+编码+号码)被认为是一个新的信息包，用这种方法，建立了一个ARQ方案的等级体系，每个ARQ方案的通用信息作为包的周围的层或外壳。一个一个地剥去ARQ的通用信息，处理站能确定差错发生在何处及对哪个站(中继站)可以确认此包。

本领域的技术人员将会理解，本发明可以其它的特定的形式实施而不偏离其精神或基本特性，目前公开的实施方案无论从哪方面看都是为了说明问题而并非是限制，由附后面的权利要求书而不是以前面的描述来表明本发明的范围，而且来自等同意义与范围的所有改变都被认为是包含在其中。

Claims (11)

1．一种最大限度地减少在两个末端站之间包的重发的方法，包括的步骤有：

将信息划分成编号的包；

在第一末端站用第一种码对所说的包进行检错编码；

利用敏感通路将所说的包发送到中继站；

将所述的已编码的包存入所述的中继站中的存贮器中；

对所述的接收到的包进行局部检错编码和编号；

利用非敏感通路将所述的包发送到第二末端站；

对所述的包的局部检错码进行解码，如果局部编码被正确地解码，就确认接收；和

对所述的第一检错码进行解码，当第一检错码被正确地解码，则对所述的第一末端站发出确认信号。

2．按照权利要求1的最大限度地减少两个末端站之间包的重发的方法，还包括以下步骤：

当所述的中继站在发出所述的包以后的预定时间内并未收到确认信号，则从所述的中继站将所述的包重发到所述的第二末端站。

3．按照权利要求1的最大限度减少在两个末端站之间包的重发的方法，还包括以下步骤：

在发出所述的包以后预定的时间内，若所述的第一末端站并未接收到确认信号，则从所述的第一末端站将所述的包重发。

4．按照权利要求1的最大限度减少在两个末端站之间包的重发的方法，还包括以下步骤：

将第一检错码在所述的中继站解码，当第一检错码被正确地解码则确认包的接收。

5．按照权利要求1的最大限度减少在两个末端站之间包的重发的方法，其中所述的确认采用所述的编号。

6．一种最大限度减少在两个末端站之间包的重发的方法，包括以下步骤：

将信息至少划分成一个编号的包；

在第一末端站采用第一种码对所述的包进行检错编码；

采用一种局部码对所述的包进行检错编码和采用一种局部号码对所述的包进行编号；

在非敏感通路上将所述的已编码的包发送到中继站；

对所述的接收到的包的所述的局部检错编码进行解码，如果局部检错编码被正确解码，则确认对所述的包的接收；

从所述的已解码的包拆下所述的局部检错编码及所述的局部号码；

在敏感通路上将已拆过的包发往第二末端站；

将所述的第一检错码解码，如果第一检错码被正确地解码，则确认对所述的包的接收。

7．按照权利要求6的最大限度减少在两个末端站之间包的重发的方法，还包括以下步骤：

在发出所述的包以后的预定时间内，所述的第一末端站并未接收到确认信号，则将所述的包从所述的第一末端站重发到所述的中继站。

8．按照权利要求6的最大限度减少两个末端站之间包的重发的方法，其中所述的确认采用编号。

9．一种最大限度减少在一组通路与一组中间中继站上的两个末端站之间包的重发的方法，包括以下步骤：

将信息划分成编号的包；

在第一末端站采用第一种码对所述的包进行检错编码；

在有许多中间中继站联接的许多通路上将所述的包发往第二末端站，其中每个中继站对接收到的包加上不同的局部检错编码与编号，每个中继站对局部检错码解码，从接收到的包中拆下已解码的检错码。对于只在非敏感通路上接收到的包，如果局部检错码被正确解码，则发出确认信号到最后发送包的中继站；

对所述的包的局部检错码解码，如果局部检错码被正确地解码，对相应的中继站确认接收；和

对所述的第一检错码进行解码，当第一检错码被正确解码时，发出确认信号到所述的第一末端站。

10．按照权利要求9的最大限度减少两个末端站之间包的重发的方法，还包括以下步骤：

在发出所述的包以后的预定时间内，若所述的中继站并未接收到确认信号，则从所述的中继站之一将所述的包重发到所述的第二末端站。

11．按照权利要求9的最大限度减少两个末端站之间包的重发的方法，还包括以下步骤：

在发出所述的包以后的预定时间内，如所述的第一末端站并未接收到确认信号，则从所述的第一末端站将所述的包重发。

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