DE60114329T2 - TCP-berücksichtigendes lokales Wiederholungsverfahren für unzuverlässige Übertragungsnetze - Google Patents

TCP-berücksichtigendes lokales Wiederholungsverfahren für unzuverlässige Übertragungsnetze Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schema für erneute Übertragung in einem unzuverlässigen Netz. Genauer betrifft sie eine Art von TCP-berücksichtigenden Schema lokaler erneuter Übertragung für das Transportsteuerprotokoll (Transport Control Protocol, TCP). Das Schema sieht zuverlässige erneute Übertragung in einer unzuverlässigen Übertragungsverknüpfung vor und vermeidet effektiv die Störung zwischen unterschiedlichen Schichten vom Protokoll, sodass es TCP-Leistungsverhalten des unzuverlässigen Netzes stark verbessert.
  • Mit der raschen Entwicklung des Internet ist es gut möglich, die vereinte Plattform von Multimedia-Netzen in der Zukunft zu sein. Deshalb ist es sehr wichtig, auf das Internet mit verschiedenen Netztechnologien zuzugreifen, wobei unter ihnen Zugriff auf das Internet durch ein mobiles Kommunikationssystem realer ist. ITU unternimmt nun große Anstrengungen, internationale Standards des mobilen Kommunikationssystems dritter Generation (IMT2000) zu befördern, von dem erwartet wird, mobiles Computing und wandernden Zugriff zum Internet zu unterstützen. Es könnte gesagt werden, dass mit der Entwicklung von Netztechnologie und Unternehmen die unteren Schichten des Internet mehr und mehr vielfältig sind. Für die Erschaffer des Internet war es nicht vorhersehbar, dass die einfachen Annahmen der Netzcharakteristik in der beginnenden Stufe der Erschaffung bewirken, dass viele ihrer Kernprotokolle für die Vielfalt von gemischten Netzen in der Zukunft nicht adäquat sind, insbesondere für die TCP-Schicht.
  • TCP ist ursprünglich für Drahtverknüpfungsnetze ausgelegt und wurde im Internet weithin verwendet. Es sieht einen zuverlässigen Transportdienst für Anwendungen vor, wie etwa WWW-Browsing, Fernanmeldung (Telnet) und Dateitransfer (FTP) etc.
  • Viele der Basistechnologien, worauf das Protokoll basiert, sind jedoch aus heutiger Sicht unzuverlässig. Z.B. werden alle Paketverluste als das Ergebnis von Verstopfung betrachtet.
  • Allgemein gesagt wird TCP-Leistungsverhalten durch die technischen Schemata garantiert: die Verstopfungssteuerung und Fehlerbehebung. Die Verstopfungssteuerung basiert auf dem gleitenden Fensterschema, welches wiederholt verbessert wurde und nahezu perfekt ist. Die Grundidee von Fehlerbehebung ist die Rückkopplung von Bestätigung, mit dem Transfer begrenzter Rückkopplungsinformation, d.h. die ACK (Bestätigung) und NACK (Nicht-Bestätigung), um zu entscheiden, ob das Datenpaket erneut zu übertragen ist. Es kann aber nicht den Verstopfungsverlust und den Nicht-Verstopfungsverlust an sich unterscheiden. Dies bedeutet, dass ungeachtet dessen, ob Verlust Verstopfung oder Nicht-Verstopfung ist, die TCP-Quelle die Fenstergröße automatisch vergrößert, wenn ACK empfangen wird, und automatisch verkleinert, wenn NACK empfangen wird. Auf diese Weise wird die Fenstergröße zu dem Netzvolumen (Durchsatz) abgestimmt, um die Möglichkeit von Verstopfung zu verringern. In der Praxis von Übertragungsprozessen, insbesondere in dem unzuverlässigen Netz, wie etwa drahtloser Verknüpfung, ist dies, da die Fehlerrate in der drahtlosen Umgebung höher ist und Nicht-Verstopfungsverlust in einem schlechten Kanal schwerwiegend ist, ein falscher Trigger für Verstopfungssteuerung. Diese falsche Steuerung verursacht unnötige Abstimmung der Fenstergröße, sie verringert die Verfügbarkeit von Netzressourcen. Zur gleichen Zeit wie das Fenster schwerwiegend gestört wird, ist TCP-Leistungsverhalten schlechter. Deshalb steht TCP vielen Herausforderungen in einem unzuverlässigen Netz, wie etwa einem drahtlosen Netz, gegenüber.
  • Andererseits ist die Wiedergewinnungsfähigkeit von TCP für ein verloren gegangenes Paket begrenzt. Es gibt viele Verbesserungsvorschläge zum Erhöhen der Paketneuübertragungsrate und Effizienz, wie etwa TCP-New Reno (Literaturstelle [1] J. C. Hoe, Improving the Start-Up Behavior of a Congestion Control Scheme for TCP. In proceeding ACM SIGCOMM 96, August 1996) und TCP-SACK (Literaturstelle [2] Fall und S. Floyd, Simulation-based Comparisons of Tahoe, Reno and Sack TCP, Computer Communication Review, Juli 1996). Alle diese Vorschläge lösen das schwierige Problem nicht, das darin besteht, den Grund von Verlusten zu identifizieren. Falls das Bit für explizite Verlustbekanntgabe (ELN, Explicit Loss Notification) verwendet wird, um dieses Problem zu lösen (Literaturstelle [3] Harl, Balakrishnan, und Randy H. Katz, Explicit Loss Notification and Wireless Web Performance, Globecom 98, Sydney, Australia, November 1998), ist es notwendig, das Kernprotokoll vom Internet zu aktualisieren, sodass es nicht durchführbar ist.
  • Zusammengefasst besteht in einem gemischten Netz, insbesondere mit drahtlosen Netzen, das dringende Problem, das zu lösen ist, darin, das Verstopfungsverlustpaket und das Nicht-Verstopfungsverlustpaket zu unterscheiden, und die falsche Fenstergrößenabstimmung zu lösen, wenn ein Nicht-Verstopfungsverlustpaket erfasst wird.
  • Um diese Probleme zu lösen, wurden einige lokale Lösungen vorgeschlagen, wie etwa basierend auf Verknüpfungsschicht AIRMAIL (Literaturstelle [4] E. Ayanoglu, S. Paul, T. F. Laporta, K. K. Sabnaai und R. D. Gitlin, AIRMAIL: A Link-Layer protocol for Wireless Network. ACM ACM/Baltzer Wireless Networks Journal, 1: 47-60, Februar 1995) und andere ARQ/FEC (automatische Anforderung für erneute Übertragung (Automatic retransmission request), Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward error correction)). Mit erneuter Übertragung des verlorenen Paketes verbessern sie das TCP-Leistungsverhalten, aber mit diesen rein lokalen Lösungen wird eine große Menge von Overhead hinzugefügt und verringert die Effizienz. Literaturstelle [5] (H. Balakrishnan, S. Seshan und R. H. Katz, Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks, ACM Wireless Networks, Dezember 1995) schlägt ein Berücksichtigungskonzept vor, um dieses Problem zu lösen. Dieses Konzept wendet ein TCP/ACK- (Transportsteuerprotokoll/Bestätigung) Paket in einer Verknüpfungsschicht an, um lokale erneute Übertragung vorzusehen. Da es noch den Timer für Verlustpaketwiedergewinnung verwendet, ist es notwendig, die Rundlaufzeit genau zu schätzen. Mit einem Timer in einer Basisstation wird übrigens eine Menge von Systemressourcen verschwendet. Auf der TCP-Quellenseite kann, um ACK-Dopplung zu verhindern, ein unnötiger Timeout nicht vollständig vermieden werden.
  • Verstopfung oder erneute Übertragung bewirken, dass die Pakete außerhalb der Reihenfolge sind. Falls ein Paket außerhalb der Reihenfolge in einer drahtlosen Verknüpfung verloren geht, ist es unmöglich, es mit duplizierter ACK oder teilweiser ACK wiederzugewinnen. Eine gegenwärtige Lösung ist die Timeout-Neuübertragung, sie wird benötigt, um die Rundlaufzeit in einer drahtlosen Verknüpfung genau zu schätzen, es ist aber schwierig, dies für ein unzuverlässiges drahtloses Netz zu tun.
  • Eine andere Lösung besteht darin, ein reines Verknüpfungsschichtprotokoll zu verwenden, wie etwa eine automatische Anforderung für erneute Übertragung (ARQ, automatic retransmission request). In dieser Lösung kann das Protokoll jedem Paket eine Sequenzzahl geben, um die Ankunftsreihenfolge zu identifizieren und sie für Wiederherstellung von Verlusten zu verwenden, aber der Overhead wird geringere Effizienz verursachen.
  • In "A comparison of Mechanisms for Improving TCP Performance over Wireless Links" von Balakrishman et al, IEEE/ACM Transactions on Networking, IEEE Inc., New York, US, Vol. 5, Nr. 6, 1. Dezember 1997, Seiten 756-769, XP000734405, werden mehrere Schemata verglichen, die ausgelegt sind, das TCP in Netzen zu verbessern, wo Paketverluste wegen Verstopfung und anderen Gründen auftreten. Der Artikel offenbart ein Verfahren für lokale erneute Übertragung mit TCP zur Verwendung in Verbindung mit Datenpaketen, die von einem Internet-Netz durch ein mobiles Kommunikationssystem empfangen werden, wobei das mobile Kommunikationssystem dazu dient, die Datenpakete zu dem mobilen Endgerät in gekapselter Form zu übertragen und die Datenpakete wie übertragen für anschließende erneute Übertragung zu speichern, falls erforderlich.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein TCP-Lokalneuübertragungsverfahren zur Verwendung in Verbindung mit Datenpaketen vorgesehen, die von einem Internet-Netz durch ein mobiles Kommunikationssystem empfangen werden und zu einem mobilen Endgerät durch das mobile Kommunikationssystem zu übertragen sind, wobei das mobile Kommunikationssystem dazu dient, die Datenpakete zu dem mobilen Endgerät in gekapselter Form zu übertragen und die Datenpakete wie übertragen für eine anschließende erneute Übertragung zu speichern, falls erforderlich, gekennzeichnet durch die Schritte: (a) in dem mobilen Kommunikationssystem Empfangen eines Datenpaketes von dem Internet-Netz, wobei dem Datenpaket ein Zeitstempel gegeben wird umfassend eine jeweilige Zahl einer ersten lokalen Sequenz, Bilden des Datenpaketes enthaltend den Zeitstempel in ein Format für eine Übertragung zu dem mobilen Endgerät, Übertragen des gebildeten Datenpaketes zu dem mobilen Endge rät und Speichern einer Kopie des übertragenen Datenpaketes enthaltend den Zeitstempel in einem Puffer; (b) in dem mobilen Endgerät, Senden von Bestätigungsdaten von dem mobilen Endgerät zu dem mobilen Kommunikationssystem, wenn das mobile Endgerät das übertragene Datenpaket erfolgreich empfängt, wobei die Bestätigungsdaten enthalten eine Bestätigungszahl und einen Zeitstempel umfassend eine jeweilige Zahl einer zweiten lokalen Sequenz, die der Maximalzahl der ersten lokalen Sequenz entspricht, empfangen unter allen erfolgreich empfangenen entsprechenden Datenpaketen; und (c) in dem mobilen Kommunikationssystem Empfangen der Bestätigungsdaten, die von dem mobilen Endgerät gesendet werden, und Vergleichen der Zahl der zweiten lokalen Sequenz, die darin enthalten ist, mit den Zahlen der ersten lokalen Sequenz, gespeichert in dem Puffer, um das Datenpaket zu erfassen, das in dem mobilen Endgerät nicht erfolgreich empfangen wurde, und erneutes Übertragen des erfassten Datenpaketes.
  • Diese Erfindung verwendet ein technisches Schema mit Zusammenarbeit von Transport- und Verknüpfungsschicht. Dies ist TCP-berücksichtigende lokale erneute Übertragung (Lokalneuübertragung). Sie verwendet Verknüpfungsschicht-Übertragungssequenz zusammen mit TCP-Quellenabgabesequenz, um das verlorene Datenpaket zu erfassen, dann unter Verwendung expliziter Neuübertragungsbekanntgabe (ERN, Explicit Retransmission Notification), um die falschen Aktionen der TCP-Quelle zu vermeiden. Die Erfindung basiert auf der TCP-berücksichtigenden lokalen erneuten Übertragung.
  • Die Erfindung ist wie folgt implementiert: ein lokaler Neuübertragungsmechanismus von TCP, der in einem unzuverlässigen Netz verwendet wird, ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:
    • A. Wenn der Zugangspunkt einer unzuverlässigen Verknüpfung ein neues TCP-Datenpaket von einer Internet-TCP-Quelle empfängt, fügt er das Paket in einen LAC-PDU-Kopf mit Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl ein. Das Paket ist zu einem LAC-PDU-Paket als "LAC-PDU-Kopf + IP-Kopf + TCP-Kopf + Daten" gekapselt, wird dann zu dem aktuellen Endgerät abgegeben;
    • B. Wenn das aktuelle Endgerät ein TCP-Datenpaket erfolgreich empfängt, erzeugt es ein Bestätigungspaket (ACK1), das eine Bestätigungszahl (AN) enthält. Es ist auch ein LAC-PDU-Kopf mit einem Zeitstempel einer zweiten lokalen Sequenzzahl eingefügt, d.h. das Bestätigungspaket ist zu einem LAC-PDU-Bestätigungspaket gekapselt und wird zurück zu dem Zugangspunkt der unzuverlässigen Verknüpfung abgegeben;
    • C. In dem Zugangspunkt der unzuverlässigen Verknüpfung wird eine Erfassung davon durchgeführt, ob es einen Datenpaketverlust gibt. Dies geschieht gemäß der Bestätigungszahl (AN), dem Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl, beide empfangen von dem Bestätigungspaket, und den Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl, die in dem Zugangspunkt gespeichert ist. Falls ein verlorenes Datenpaket erfasst wird, wird als Prozedur von Schritt A, sein Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl im LAC-PDU-Kopf aktualisiert, und neu übertragen. Wenn Verstopfungsverlust des Datenpaketes unmöglich ist, was der Bestätigungszahl (AN) vom Bestätigungspaket entspricht, wird das Bestätigungspaket (ACK1), wobei das Feld für explizite neue Übertragungsrückkopplung (ERN) markiert ist, zu der TCP-Quelle abgegeben.
  • Im oben erwähnten Schritt A wird, wenn ein LAC-PDU-Kopf mit einem Zeitstempel einer ersten lokalen Sequenzzahl eingefügt wird, zur gleichen Zeit eine Kopie des gekapselten LAC-PDU-Datenpaketes in einem Puffer gespeichert.
  • Der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl, wie oben erwähnt, ist Fixlängenbitfeld. Sein Wert erhöht sich sequenziell zusammen mit einer Erhöhung des abgegebenen Datenpaketes, beginnend von 0 mit 1 als Schrittlänge.
  • Während des gesamten Abgabeprozesses vom Zugangspunkt zum Endgerät ist die reale Abgabesequenz durch den Zeitstempelwert der ersten lokalen Sequenzzahl im TCP-Datenpaket eindeutig bestimmt.
  • Der Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl, wie oben erwähnt, ist auch ein Fixlängenbitfeld. Es zeichnet den maximalen Wert vom Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl unter allen erfolgreich empfangenen TCP-Datenpaketen im aktuellen Endgerät auf.
  • Wie oben erwähnt, wird im Zugangspunkt einer unzuverlässigen Verknüpfung ein verlorenes Datenpaket gemäß der Bestätigungszahl (AN), dem Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl, wobei beide vom empfangenen Bestätigungspaket kommen, und dem Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl, die in dem Zugangspunkt gespeichert ist, erfasst. Des weiteren wird eine Erfassung davon durchgeführt, ob das Datenpaket noch in dem Zugangspunkt der unzuverlässigen Verknüpfung ist, was der Bestätigungszahl (AN) des Bestätigungspaketes entspricht; falls ja, wird ein Vergleich zwischen zwei Zeitstempeln durchgeführt. Der Vergleich geschieht zwischen dem Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl in dem Datenpaket und dem Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl in dem Bestätigungspaket. Falls der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl kleiner als der Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl ist, ist das verlorene Datenpaket erfasst; dann wird der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl in dem LAC-PDU-Kopf aktualisiert und das Datenpaket wird erneut übertragen. Außerdem werden in dem Zugangspunkt der unzuverlässigen Verknüpfung die Datenpakete, deren Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl kleiner als die Bestätigungszahl (AN) ist, alle gelöscht.
  • Die Aktualisierung des Zeitstempels der ersten lokalen Sequenzzahl in dem LAC-PDU-Kopf des Datenpaketes, wie oben erwähnt, ersetzt den Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl mit der aktuellen Abgabesequenz, überträgt dann erneut.
  • Wie oben erwähnt, werden in dem Zugangspunkt der unzuverlässigen Verknüpfung die Datenpakete, deren TCP-Sequenzzahl kleiner als die Bestätigungszahl ist, alle in den folgenden Situationen gelöscht. Sie sind:
    ein Datenpaket, das der Bestätigungszahl (AN) des Bestätigungspaketes entspricht, ist nicht in dem Zugangspunkt einer unzuverlässigen Verknüpfung;
    der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl ist gleich oder größer dem Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl; nachdem ein Datenpaket verloren, aktualisiert und erneut übertragen ist.
  • Die explizite Neuübertragungs- (ERN) Rückkopplung, wie oben erwähnt, ist ein Einbitfeld. Wenn das Datenpaket, das der Bestätigungszahl (AN) entspricht, in dem Zugangspunkt einer unzuverlässigen Verknüpfung ist, wird das explizite Neuübertragungs- (ERN) Rückkopplungsbit des Bestätigungspaketes (ACK1), das zu der TCP-Quelle zu senden ist, gesetzt. Wenn die TCP-Quelle ein Bestätigungspaket (ACK1) mit gesetztem expliziten Neuübertragungs- (ERN) Rückkopplungsbit empfängt, geschehen zur gleichen Zeit schnelle erneute Übertragung oder Timeout-Neuübertragung des TCP-Datenpaketes, das dem Bestätigungspaket (ACK1) entspricht, nur wird das Datenpaket ohne jegliche Schrumpfungsoperation des Sendefensters erneut übertragen.
  • Die oben erwähnte Zeitstempellänge, für die erste lokale Sequenzzahl oder die zweite lokale Sequenzzahl, ist die maximale Paketzahl, die in dem Zugangspunkt der unzuverlässigen Verknüpfung gepuffert werden kann.
  • Die oben erwähnte Zeitstempellänge, für die erste lokale Sequenz oder die zweite lokale Sequenzzahl, ist ein Feld aus acht Bits, einschließlich eines Übertragungsbits für Überlauf.
  • In dem erwähnten Schritt A kann in einem LAC-PDU-Datenpaket der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl durch eine Transfersequenzzahl einer unteren Schicht ersetzt werden, und es wird eine entsprechende Beziehung zwischen der Sequenzzahl vom TCP-Datenpaket und seiner Transfersequenzzahl der unteren Schicht erstellt. Mit diesen Ersatz ist, im erwähnten Schritt B, der Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl die erfolgreich empfangene maximale Transfersequenzzahl der unteren Schicht in dem Endgerät.
  • Die Erfindung zielt auf eine Benutzerendgerätumgebung, wie etwa ein mobiles Endgerät. Mit einer unzulässigen Verknüpfung, wie etwa einer drahtlosen Verknüpfung, ist es mit einem Datennetz, wie etwa dem Internet, verbunden, und es wird eine TCP-Verbindung einer Richtung von einem entfernten Server zu einem drahtlosen Zugangspunkt dann zu dem mobilen Endgerät hergestellt. Die Erfindung löst ein Nicht-Verstopfungsverlustproblem des TCP-Datenpaketes, das außerhalb der Reihenfolge ist, in der unzuverlässigen Verknüpfung mit den folgen den Gedanken. Der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl wird verwendet, die reale Übertragungssequenz von TCP-Datenpaketen in dem unzuverlässigen Verknüpfungssegment zu identifizieren. Dann wird mit der Bestätigungszahl (AN) vom TCP-Bestätigungspaket und der entsprechenden ersten und zweiten lokalen Sequenzzahl das verlorene Datenpaket, das der Bestätigungszahl (AN) entspricht, erfasst. Falls es verloren ist, wird das Datenpaket lokal erneut übertragen. Zur gleichen Zeit wird mit expliziter Neuübertragungs- (ERN) Rückkopplung eine falsche Fensteraktion verhindert. Deshalb ist die Erfindung eine Art von Zusammenarbeit, zwischen dem Zeitstempel der lokalen Sequenzzahl und der Bestätigungszahl (AN), um das verlorene Datenpaket zu erfassen, und sie ist auch ein explizites Neuübertragungsrückkopplungsverfahren.
  • Die Vorteile dieser Erfindung sind wie folgt. Da das verlorene Datenpaket durch die Zusammenarbeit von TCP-Bestätigungspaket (ACK1) und lokalem Sequenzzahl-Zeitstempel erfasst wird, und es lokal erneut übertragen wird, so ohne den zusätzlichen Overhead der unteren Schicht für eine Steuerung, ist der Nicht-Verstopfungsverlust eines Datenpaketes Wiederherstellung durch erneute Übertragung in der Zeit. Sie hat Charakteristika schneller Wiederherstellung und hoher Effizienz. Sie stellt ein verlorenes TCP-Datenpaket, das außerhalb der Reihenfolge ist, effektiv wieder her.
  • Mit den angefügten Figuren wird im folgenden die Erfindung weiter erläutert.
  • 1 ist das Strukturdiagramm einer TCP-Verbindung einer Richtung in einem gemischten Netz mit drahtlosem Zugang.
  • 2 ist das Strukturdiagramm von Datenpaketübertragung von einem drahtlosen Zugangspunkt zu einem mobilen Endgerät.
  • 3 ist das entsprechende Beziehungsdiagramm zwischen TCP-Sequenzzahl und Zeitstempel einer ersten lokalen Sequenzzahl.
  • 4 ist das Plusdiagramm, das ein Bestätigungspaket (ACK1) verwendet, um Datenpaketverlust zu erfassen.
  • Unter Bezug auf 1 wird ein gemischtes Netz mit drahtlosem Zugang, z.B. ein mobiles Kommunikationssystem basierend auf IMT2000, gezeigt. 10 ist das internationale Zwischenverbindungsnetz (Internet-Netz), 20 ist ein entfernter Server, d.h. eine TCP-Quelle, vom Internet, 30 ist ein drahtloser (unzuverlässige Verknüpfung) Zugangspunktserver, 40 ist ein mobiles Endgerät (auch ein mobiler Computer, Benutzerendgerät oder Benutzercomputer). Der drahtlose Zugangsserver ist in einem mobilen Kommunikationssystem, das eine mobile Vermittlungseinrichtung, Funknetzsteuervorrichtung und Basisstation umfasst. Der drahtlose Zugangsserver kann in der mobilen Vermittlungseinrichtung, Funknetzsteuervorrichtung oder Basisstation eingerichtet sein. Ferner kann die Funktion vom drahtlosen Zugangsserver zu der mobilen Vermittlungseinrichtung, Funknetzsteuervorrichtung oder Basisstation ohne Einrichtung des drahtlosen Zugangsservers installiert sein.
  • Der Betrieb des drahtlosen Zugangspunktservers 30 ist wie folgt. Wenn er ein neues TCP-Datenpaket empfängt, das von TCP-Quelle 20 in Internet 10 kommt, kapselt er das Datenpaket in Verknüpfungszugangsteuerungs-Protokolldateneinheiten (LAC-PDU, Link Access Control-Protocol Data Units). Es gibt ein Fixlängenbitfeld in dem LAC-PDU-Kopf für jedes LAC-PDU-Datenpaket. Dieses Feld wird verwendet, um die reale Übertragungssequenzzahl aufzuzeichnen, d.h. Abgabesequenz, und wird als Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl bezeichnet. Die Struktur des LAC-PDU-Datenpaketes wird in 2 gezeigt. Sie ist "LAC-PDU-Kopf (mit Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl) + IP-Kopf + TCP-Kopf + DATEN". Wenn der Zeitstem pel der ersten lokalen Sequenzzahl ausgefüllt ist, wird das LAC-PDU-Datenpaket zur gleichen Zeit auch zu dem Puffer kopiert.
  • Während sich Datenpakete erhöhen, wird der Zeitstempelwert der ersten lokalen Sequenzzahl mit dem Schritt von 1 beginnend von 0 erhöht. Deshalb bewegt sich jedes TCP-Datenpaket vom drahtlosen Zugangspunktserver (Basisstation) 30 zum mobilen Endgerät 40, seine reale Übertragungssequenz ist durch den Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl im LAC-PDU-Datenpaket eindeutig definiert. Wie in 3 gezeigt, repräsentieren #1, #2, #4, #3 ... TCP-Datenpaket-Sequenzzahl, 0, 1, 2, 3,... repräsentieren den Zeitstempelwert der ersten lokalen Sequenzzahl entsprechend jeweils LAC-PDU-Datenpaket #1, #2, #4, #3,.... Sie werden entlang der Zeitachse t sequenziell abgegeben. In der internationalen Zwischenverbindung (d.h. Internet) oder einem Lokalbereichsnetz großen Maßstabs (d.h. WAN: Weitbereichsnetz, wide area network) gibt es viele Pfade, um zwischen einer Datenquelle und einem Endbenutzer zu verbinden, für eine Realisierung eines zuverlässigen Netzes. Dies bedeutet, dass falls der erste hergestellte Pfad eine Netzverstopfung aufweist, kann das System einen anderen Pfad wählen, um Daten abzugeben. Jeder Pfad hat jedoch eine unterschiedliche Abgabezeit. Somit verursacht während eines Datentransfers eine Pfadänderung Datenabgabe, die außerhalb der Reihenfolge ist. Als ein Ergebnis gibt es einen Fall, dass der drahtlose Zugangsserver TCP-Paketdaten nach der obigen Reihenfolge von #1, #2, #4, #3, ... empfängt.
  • Das mobile Endgerät 40 erzeugt ein Bestätigungspaket (ACK1) für jedes erfolgreich empfangene TCP-Datenpaket. Als das TCP-Datenpaket ist das Bestätigungspaket auch in einer LAC-PDU gekapselt. In dem Kopf dieses LAC-PDU-Paketes gibt es ein Feld für den Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl. Dieses Feld zeichnet den maximalen Zeitstempelwert der ersten lokalen Sequenzzahl für alle erfolgreich empfangenen TCP-Datenpakete auf. Das aktuelle mobile Endgerät sendet zu dem drahtlosen Zugangspunktserver (Basisstation) 30 Bestätigungspaket (ACK1) zurück, mit dem Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl und Bestätigungszahl. Es wird verwendet, um TCP-Datenpaketverlust in einer drahtlosen Verknüpfung zu erfassen. Das Erfassungsverfahren wird durch Bezug auf 4 weiter beschrieben. Die Bestätigungszahl bedeutet eine Zahl, die die nächste erwartete Sequenzzahl anzeigt. Auf eine rückhändige Art und Weise zeigt dies auch die TCP-Sequenzzahl des kontinuierlich empfangenen letzten TCP-Datenpaketes; sie zeigt die TCP-Sequenzzahl des kontinuierlich empfangenen letzten TCP-Datenpaketes plus 1.
  • Schritt 401 erfasst, ob es ein TCP-Datenpaket gibt, dessen Sequenzzahl der Bestätigungszahl (AN) von Bestätigungspaket (ACK1) in dem Puffer des drahtlosen Zugangspunktservers 30 (Basisstation) entspricht. Falls ja, wird dann Schritt 402 ausgeführt, anderenfalls Schritt 406. Schritt 402 erhält den Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl in den TCP-Datenpaket, den ts. Schritt 403 vergleicht ts mit dem Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl, dem tSmax, übertragen durch das Bestätigungspaket um zu erfassen, ob es is < tSmax gibt. Wenn es ts < tSmax gibt, werden Schritte 404 und 405 ausgeführt. Es bedeutet, dass das TCP-Datenpaket, das der Sequenzzahl des bestätigten Datenpaketes (AN) entspricht, verloren ist. Dann wird unter Ersetzen des Zeitstempels der ersten lokalen Sequenzzahl das TCP-Datenpaket erneut übertragen. Dies bedeutet einen neuen Zeitstempel, der eine aktuelle Übertragungssequenzzahl darstellt, ersetzt den Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl des LAC-PDU-Datenpaketes, was der Bestätigungszahl (AN) entspricht, und dann wird das aktualisierte LAC-PDU-Datenpaket erneut übertragen. Schritt 406 löscht alle TCP-Datenpakete, deren Sequenzzahl kleiner als AN ist, in dem drahtlosen Zugangspunktserver (Basisstation) 30, in den folgenden Situationen. Sie sind: es gibt kein TCP-Datenpaket, entsprechend der Sequenzzahl des bestätigten Datenpaketes (AN) im Bestätigungspaket (ACK1), in dem Puffer des drahtlosen Zugangspunktservers (Basisstation) 30; es gibt nicht ts < tSmax und danach werden Schritte 404 und 45 ausgeführt.
  • In der Erfindung ist ein explizites Neuübertragungs- (ERN) Rückkopplungs- (oder explizite Neuübertragungsbekanntgabe) Bit in den nicht verwendeten Bits (als 6 Bits) vom Bestätigungspaket- (ACK1) Kopf definiert. Wenn es ein TCP-Datenpaket gibt, entsprechend der Sequenzzahl des bestätigten Datenpaketes in dem Bestätigungspaket, in dem Puffer des drahtlosen Zugangspunktservers (Basisstation) 30, wird das explizite Neuübertragungs- (ERN) Rückkopplungsbit in diesem Bestätigungspaket gesetzt. Das Bestätigungspaket (ACK1), das die explizite Neuübertragungs- (ERN) Rückkopplung und die Sequenzzahl des bestätigten Datenpaketes AN enthält, wird zur TCP-Quelle 20 gesendet. Wenn die TCP-Quelle 20 ein Bestätigungspaket mit dem gesetzten expliziten Neuübertragungs- (ERN) Rückkopplungsbit empfängt, und das TCP-Datenpaket, entsprechend dem Bestätigungspaket (ACK1), in der schnellen Neuübertragung oder Timeout-Neuübertragung ist, gibt es keinerlei Operation, um die Fenstergröße zu verkleinern, es wird nur das TCP-Datenpaket erneut übertragen.
  • Der Zeitstempelwert der ersten oder zweiten lokalen Sequenzzahl ist fest. Seine Länge ist das mögliche Maximum gepufferter Datenpakete für eine TCP-Verbindung in dem drahtlosen Zugangspunkt (Basisstation). Falls eine TCP-Datenpaketlänge 576 Bytes ist, nimmt der Zeitstempel der lokalen Sequenzzahl einen Wert 0-127 an (im allgemeinen ist es für eine TCP-Verbindung genug), d.h. die Zeitstempellänge der Sequenzzahl ist 7 Bits.
  • Während sich ein Übertragungsdatenpaketzahl erhöht, tritt, wenn der Zeitstempelwert der lokalen Sequenzzahl seinen möglichen dargestellten maximalen Wert überschreitet, ein Überlauf auf und es wird beginnend von 0 erneut gezählt. In diesem Fall kann der Zeitstempel der lokalen Sequenzzahl die reale Datenpaket-Sequenzzahl nicht darstellen, sodass es in dieser Erfindung ein Übertragsbit gibt. Wenn ein Überlauf auftritt, wird das Übertragsbit komplementiert. Auf diese Weise kann in Schritt 403 eine richtige Prüfung für eine Beziehung von größer und kleiner von zwei Zeitstempeln einer lokalen Sequenzzahl durchgeführt werden, so wird eine 8-Länge vom Zeitstempel für eine lokale Sequenzzahl vorgeschlagen.
  • In der Erfindung wird ein Zeitstempel einer lokalen Sequenzzahl verwendet, um eine reale Sequenzzahl eines TCP-Datenpaketes zu identifizieren, das auf einer unzuverlässigen Verknüpfung übertragen wird, sodass eine beliebige andere äquivalente Art und Weise eingesetzt werden kann, falls sie die Funktion implementiert.
  • Die Implementierung dieser Erfindung kapselt ein TCP-Datenpaket und einen Zeitstempel einer lokalen Sequenzzahl gemeinsam in LAC-PDU, und überträgt dann. In vielen mobilen Kommunikationssystemen sehen sie eine Transferfunktion zum Übertragen einer Sequenzzahl in einer unteren Schicht (Datenverknüpfungsschicht, data link layer) vor. In diesem Fall kann die Erfassung von Datenpaketverlust unter den folgenden Bedingungen durchgeführt werden. Sie sind: entsprechende Beziehung zwischen Sequenzzahl von TCP-Datenpaket und Übertragungssequenzzahl seiner unteren Schicht ist hergestellt; das mobile Endgerät sendet zur Basisstation die maximale Übertragungssequenzzahl der unteren Schicht zurück, die sie empfängt. In der Praxis agiert die Übertragungssequenzzahl der unteren Schicht als die Funktion vom Zeitstempel der lokalen Sequenzzahl.
  • Die Erfindung kann in vielen zuverlässigen Datenkommunikationenen weithin verwendet werden, die auf ein Datennetz-Internet mit einer unzuverlässigen Verknüpfung zugreifen.
  • Die Schlüsselidee dieses technischen Schemas besteht im Kombinieren der Vorteile von TCP und Datenverknüpfungsschicht, um den Overhead der Datenverknüpfungsschicht zu verringern und effektive zuverlässige Übertragung für Pakete, die außerhalb der Reihenfolge sind, vorzusehen. In unserem Schema repräsentiert der Zeitstempel, der als Sequenzzahl einer Datenverknüpfungsschicht für die TCP-Sektion gesehen werden kann, die TCP-Sektionsübertragungssequenz in dem unzuverlässigen Verknüpfungszugangspunkt.
  • Mit Simulation ist unsere Schlussfolgerung wie folgt. Das technische Schema dieser Erfindung verbessert TCP-Leistungsverhalten eines unzuverlässigen Netzes, wie etwa eines drahtlosen Netzes, definitiv und beträchtlich.

Claims (14)

  1. TCP-Lokalneuübertragungsverfahren zur Verwendung in Verbindung mit Datenpaketen, die von einem Internet-Netz (10, 20) durch ein Mobilkommunikationssystem (30) empfangen werden und zu einem mobilen Endgerät (40) durch das Mobilkommunikationssystem (30) zu übertragen sind, wobei das Mobilkommunikationssystem dazu dient, die Datenpakete zu dem mobilen Endgerät in gekapselter Form zu übertragen und die Datenpakete wie übertragen für eine anschließende Neuübertragung zu speichern, falls erforderlich, gekennzeichnet durch die Schritte: a) in dem Mobilkommunikationssystem (30) Empfangen des Datenpaketes von dem Internet-Netz (10, 20), wobei dem Datenpaket ein Zeitstempel gegeben wird umfassend eine jeweilige Zahl einer ersten lokalen Sequenz, Bilden des Datenpaketes enthaltend den Zeitstempel in ein Format für eine Übertragung zu dem mobilen Endgerät (40), Übertragen des gebildeten Datenpaketes zu dem mobilen Endgerät und Speichern einer Kopie des übertragenen Datenpaketes enthaltend den Zeitstempel in einem Puffer; b) in dem mobilen Endgerät (40), Senden von Bestätigungsdaten von dem mobilen Endgerät zu dem Mobilkommunikationssystem, wenn das mobile Endgerät das übertragene Datenpaket erfolgreich empfängt, wobei die Bestätigungsdaten enthalten eine TCP-Bestätigungszahl und einen Zeitstempel umfassend eine jeweilige Zahl einer zweiten lokalen Sequenz, die der Maximalzahl der ers ten lokalen Sequenz entspricht, empfangen unter allen erfolgreich empfangenen entsprechenden Datenpaketen; und c) in dem Mobilkommunikationssystem (30) Empfangen der Bestätigungsdaten, die von dem mobilen Endgerät gesendet werden, und Vergleichen der Zahl der zweiten lokalen Sequenz, die darin enthält ist, mit den Zahlen der ersten lokalen Sequenz, gespeichert in dem Puffer, um das Datenpaket zu erfassen, das in dem mobilen Endgerät nicht erfolgreich empfangenen wurde, und erneutes Übertragen des erfassten Datenpaketes.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mobilkommunikationssystem (30) einen Server enthält und Einsetzen des Servers, um die Schritte zum Geben des Zeitstempels umfassend die jeweilige Zahl der ersten lokalen Sequenz zu empfangenen Datenpaketen, Bilden der Datenpakete in das Übertragungsformat und Speichern der Kopien der übertragenen Datenpakete durchzuführen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und enthaltend den Schritt zum Empfangen der Datenpakete von dem Internet-Netz in einem Zugangspunkt des Mobilkommunikationssystems, wobei in dem Schritt a) der Schritt zum Geben dem Datenpaket des Zeitstempels durch den Zugangspunkt durch Einfügen in einen LAC-PDU-Verknüpfungszugangsteuerungs-Protokolldateneinheiten-Kopf, der Zeitstempel umfassend die jeweilige Zahl der ersten lokalen Sequenz, ausgeführt wird, und der Schritt zum Bilden des Datenpaketes Kapseln des resultierenden Paketes zu einem LAC-PDU-Paket umfassend den LAC-PDU-Kopf, einen IP-Kopf, einen TCP-Kopf und Daten umfasst. Der Schritt b) besteht, in dem mobilen Endgerät, aus Erzeugen eines Bestätigungspaketes enthaltend die TCP-Bestätigungszahl, Einfügen der Bestätigungszahl in einen jeweiligen LAC-PDU-Kopf mit dem Zeitstempel der jeweiligen Zahl der zweiten lokalen Sequenzzahl. Die Neuübertragung von Schritt c) enthält in dem Zugangspunkt Aktualisieren des Zeitstempels der ersten lokalen Sequenzzahl im LAC-PDU-Kopf vor Neuübertragung.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei, wenn wegen Verstopfungsverlust lokale Neuübertragung des erfassten Datenpaketes entsprechend der Bestätigungszahl des Bestätigungspaketes nicht möglich ist, Abgeben des Bestätigungspaketes mit einem markierten expliziten Neuübertragungsrückkopplungsfeld zu einer TCP-Quelle des Internet-Netzes.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl ein Fixlängenbitfeld ist, das sich im Wert sequenziell mit einem abgegebenen Datenpaket erhöht, beginnend von 0 mit 1 als Schrittlänge.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass während des gesamten Abgabeprozesses von dem Zugangspunkt zu dem mobilen Endgerät die reale Abgabesequenz durch den Zeitstempelwert der ersten lokalen Sequenzzahl im TCP-Datenpaket eindeutig bestimmt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl ein Fixlängenbitfeld ist, das den Maximalwert vom Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl unter allen erfolgreich empfangenen TCP-Datenpaketen in dem mobilen Endgerät aufzeichnet.
  8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, dass in dem Zugangspunkt ein verlorenes Datenpaket gemäß der TCP-Bestätigungszahl, dem Zeitstempel der zweiten 1o kalen Sequenzzahl, die beide vom empfangenen Bestätigungspaket kommen, und dem Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl, die in dem Zugangspunkt gespeichert ist, erfasst wird, wobei Erfassung dafür ausgeführt wird, ob das Datenpaket, das der Bestätigungszahl des Bestätigungspaketes entspricht, noch in dem Zugangspunkt ist, falls ja, ein Vergleich zwischen den zwei Zeitstempeln durchgeführt wird, wobei der Vergleich zwischen dem Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl in dem Datenpaket und dem Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl in dem Bestätigungspaket durchgeführt wird, wobei falls der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl kleiner als der Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl ist, ein verlorenes Datenpaket erfasst ist; und wobei der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl in dem LAC-PDU-Kopf dann aktualisiert wird und das Datenpaket neu übertragen wird, und wobei in dem Zugangspunkt die Datenpakete, deren Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl kleiner als die Bestätigungszahl ist, alle gelöscht werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass die Aktualisierung des Zeitstempels der ersten lokalen Sequenzzahl des LAC-PDU-Kopfes des Datenpaketes den Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl mit der aktuellen Abgabesequenz substituiert, und dann neu übertragen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass in dem Zugangspunkt die Datenpakete, deren TCP-Sequenzzahl kleiner als die Bestätigungszahl ist, alle in den folgenden Situationen gelöscht werden, nämlich: wenn ein Datenpaket, das einer Bestätigungszahl vom Bestätigungspaket entspricht, nicht in dem Zugangspunkt ist; wenn der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl gleich oder größer dem Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl ist; oder nachdem ein verlorenes Datenpaket erfasst, aktualisiert und neu übertragen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die explizite Neuübertragungsrückkopplung ein Einbitfeld ist, wobei wenn die TCP-Quelle ein Bestätigungspaket mit einem gesetzten expliziten Neuübertragungsrückkopplungsbit empfängt, in dem Zeitpunkt, wenn schnelle Neuübertragung oder Timeout-Neuübertragung des TCP-Datenpaketes entsprechend der Bestätigungszahl geschieht, nur das Datenpaket ohne jegliche Schrumpfungsoperationen eines Sendefensters neu übertragen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Zeitstempellänge, für die erste lokale Sequenzzahl oder die zweite lokale Sequenzzahl, die Maximalpaketzahl ist, die in dem Zugangspunkt gespeichert werden kann.
  13. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Zeitstempellänge, für die erste lokale Sequenz oder die zweite lokale Sequenzzahl, ein Feld von acht Bit ist, enthaltend ein Übertragsbit für einen Überlauf.
  14. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass in dem LAC-PDU-Datenpaket der Zeitstempel der ersten lokalen Sequenzzahl durch eine Transfersequenzzahl einer unteren Schicht substituiert wird, und eine entsprechende Beziehung zwischen einer Sequenzzahl des TCP-Datenpaketes und seiner Transfersequenzzahl einer unteren Schicht erstellt wird, und der Zeitstempel der zweiten lokalen Sequenzzahl die erfolgreich empfangene maximale Transfersequenzzahl der unteren Schicht in dem mobilen Endgerät ist.
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