JP4755036B2 - 再送制御方法、再送制御装置および通信装置 - Google Patents

再送制御方法、再送制御装置および通信装置 Download PDF

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本発明は、送信エラーとなったパケットの再送を制御する再送制御方法に関するものであり、特に、無線回線を介して送信するパケットの再送を制御する再送制御方法、再送制御装置および通信装置に関するものである。
無線回線を介してパケットデータを送信する場合、電波伝搬環境に依存してビットエラーレートが悪化し、パケット送信エラーの発生率が上昇する。このビットエラーレートの悪化によるパケット送信エラーを補正するために、送信エラーとなったパケットデータを再送信(再送制御)する処理が通常行われている。一方、パケットデータの再送が発生すると、その再送のために使用するリソース分だけ、他の通信に対して割り当て可能なリソース量を消費することとなり、システム全体の通信効率が低下する。特に、移動端末がパケットデータを送受信する場合には、パケットデータの送受信中に移動することもあり、その影響で無線回線品質の劣化が続き、通信効率が低下する。
そのため、効率的なデータ再送を実現し、通信効率を向上させる技術が種々提案されている。たとえば、下記特許文献1に記載の技術は、無線回線品質の劣化を検出した場合、移動端末と対向装置間のパケットデータ送信を一時的に中断し、無線回線品質が回復した段階でパケットデータの送信を再開することで通信効率を改善している。
また、下記特許文献2に記載の技術においては、パケットの再送を行う場合、通常時とは異なる制御を行うことにより、再送処理に要する時間の短縮化を図り、通信効率を改善している。
特開2002−281047号公報 特開平9−224017号公報
上述したように、無線回線(無線区間)の通信において送信エラーが発生した場合には、無線区間(たとえば移動端末および移動端末が無線接続している基地局との間)で再送制御を行うことによりエラー補正を行なっている。一方、移動端末とインターネット等の有線ネットワークに接続された有線端末がパケットデータの送受信を行う場合にも、データの送信元端末と送信先端末との間で再送制御を行うことによりエラー補正を行っている。そのため、移動端末と有線端末との間でパケットデータを送信する場合には、無線区間に適用される再送制御と端末間の再送制御が二重に動作することになる。
ここで、端末間の再送制御の単位は、TCP/IPを使用する場合にはIPパケットである。一方、無線区間の再送制御の単位は無線回線の特性に依存してシステム単位に設定されており、多くの場合IPパケットよりも小さいデータブロックサイズが用いられる。そのため、無線区間での再送制御においてエラー補正ができなかった場合には、エラー補正できなかったデータブロックを含むIPパケットが相手端末へ送信され、IPパケットの送信エラーが発生する。その結果、相手端末からの再送要求に応じて、送信元端末は送信エラーとなったIPパケットを再送することとなる。この場合、無線区間において一旦は送信成功したデータブロックも送信元端末から再度送信されることとなり、通信効率が劣化する、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、データの送信元端末および宛先端末間の再送制御と無線区間に適用される再送制御が二重に動作する条件下において、無駄な再送の発生頻度を抑え、通信効率を向上させる再送制御方法、再送制御装置および通信装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、再送制御機能を備えた上位プロトコルから受け取ったデータユニットを、無線回線上の送信データ単位であるデータブロックに分割し、各データブロックに対して前記データユニットを識別するための識別情報を含んだヘッダおよび誤り訂正符号を付与して生成したデータパケットを、無線回線を介して送信する場合の再送制御方法であって、伝送路状態が基準値よりも劣化した場合に前記データパケットの送信相手先端末(相手先端末)から送られてくる、初送パケットの送信中断を指示する初送パケット送信中断指示を検出する初送パケット送信中断指示検出ステップと、前記初送パケット送信中断指示を検出した場合に、次の送信タイミングにおいて送信予定の初送パケットの送信を中止し、さらに、当該送信予定の初送パケットから、そのヘッダに含まれる識別情報を取得する識別情報取得ステップと、既に送信したデータパケットであって、かつ送達確認が終了していないデータパケットである再送待ちパケットの中から、前記識別情報取得ステップにおいて取得した識別情報とは異なる識別情報を含んだヘッダを有する再送待ちパケットを、再送パケットとして選択する再送パケット選択ステップと、前記次の送信タイミングにおいて、前記選択した再送パケットを前記相手先端末に対して送信する送信ステップと、を含み、伝送路状態が基準値よりも良化した場合に前記相手先端末から送られてくる、初送パケットの送信再開を指示する初送パケット送信再開指示を検出するまで、前記再送パケット選択ステップおよび前記送信ステップを繰り返し実行し、初送パケット送信再開指示を検出した場合に、初送パケットの送信を再開することを特徴とする。
この発明によれば、無線回線品質が劣化した場合、上位プロトコルにおけるデータの送信単位であるデータブロックの送信を中断し、それまでに送信を行ったデータユニットの中で、無線回線上で再送する必要のあるデータユニットの再送のみを行うこととしたので、上位プロトコルにおける再送が必要以上に発生するのを抑え、再送制御に必要な帯域を削減して通信効率を向上させることができる、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる再送制御方法および再送制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態.
図1は、本発明にかかる再送制御方法を実現する再送制御装置の構成例を示す図である。この再送制御装置は、分割部11と、誤り訂正符号付与部12と、制御情報付与部13と、送信バッファ14と、再送バッファ15と、送信部16と、送信制御部17と、受信信号解析部18と、を備えている。なお、この再送制御装置は、データを送信する側の無線通信装置を構成しており、送信機および受信機を備える構成の無線通信装置においては、送信機を構成する。
以下、本実施の形態の再送制御装置の動作について説明する。まず、通常時のパケットデータ送信動作を図1に基づいて説明する。
分割部11は、上位プロトコルから受信したデータブロックであるSDU(Service Data Unit)を無線回線上の送信データ単位となるデータブロック(1回の送信処理にて送信するデータブロック)に分割し、誤り訂正符号付与部12へ出力する。また、分割部11は、分割される前のSDUを識別するための情報(SDU識別情報)およびSDUの分割数についての情報(分割数情報)を制御情報付与部13へ出力する。誤り訂正符号付与部12は、分割部11から受け取ったデータブロックに対して誤り訂正符号を付与して、制御情報付与部13へ出力する。
制御情報付与部13は、上記分割部11から受け取ったSDU識別情報およびデータブロックに対するシーケンス番号を含んだヘッダ情報を生成し、生成したヘッダ情報に誤り訂正符号を付与してヘッダを生成する。そして、制御情報付与部13は、生成したヘッダを誤り訂正符号付与部12から受け取ったデータブロック(誤り訂正符号が付与されたデータブロック)に付与して、無線回線上の送信単位であるPDU(Packet Data Unit)を生成する。さらに、制御情報付与部13は、生成したPDUを送信バッファ14に格納する。なお、送信バッファに新しいPDUが格納されると、そのPDUに関する情報が送信制御部17へ通知される。
送信制御部17は、PDUが送信可能な状態になったタイミングにおいて送信部16に対してPDU送信指示を行う。送信部16は、送信制御部17から受けたPDU送信指示に従って、送信バッファ14に格納されているPDUを読み出し、PDUの送信相手先である相手端末へ初送PDUとして送信する。なお、ここでいう相手端末とは、本発明にかかる再送制御装置を備えた無線通信装置が無線接続する相手無線通信装置である。また、送信部16は、PDUを相手端末に送信した段階で、そのPDUを送信バッファ14から再送バッファ15に移す。
受信信号解析部18は、相手端末から信号を受信すると、その内容を解析する。解析の結果、受信信号が送達確認であれば、送達確認が示すPDUが構成するSDUの識別情報および当該PDUのシーケンス番号を保持しておく。ここで、同じSDUを構成するPDUの中で、それ以前に送達確認が取れていなかった最後のPDUを示す送達確認を受信した場合、送信制御部17は、当該SDUを構成するすべてのPDUを再送バッファ15から消去する。すなわち、再送バッファからPDUを消去する場合、個別に消去するのではなく同じSDUを構成するPDU全てを同時に消去する。
また、上記解析の結果、受信信号が再送要求(未達通知)であれば、受信信号解析部18は、送信制御部17に対して再送要求が示すPDUの送信を指示する。この場合、送信制御部17は、PDUが送信可能な状態になったタイミングにおいて上記受信信号解析部18から指示されたPDUの送信指示を送信部16に対して行う。送信部16は、送信制御部17からの指示内容に従い、再送バッファ15に格納されているPDUを読み出し、再送PDUとして相手端末へ送信する。これらの動作を実行した結果、全PDUの送達確認が取れた状態となれば再送バッファ15の中身は空となる。
つづいて、無線伝送路状態が基準値より劣化したことを相手端末が検出し、相手端末からデータユニット送信中断指示を受けた場合のパケットデータ送信動作を、図1に基づいて説明する。初送パケット送信中断指示検出手段としての動作を行う受信信号解析部18は、上述した通常動作中の状態において無線通信の相手端末から受信した信号を解析する。受信信号の解析結果、受信信号がデータユニット送信中断指示信号であると判断した場合、受信信号解析部18は、送信制御部17に対して送信中断指示を行う。識別情報取得手段および再送パケット選択手段としての動作を行う送信制御部17は、送信中断指示を受けると、PDUが送信可能な状態になったタイミングにおいて送信バッファ14の先頭PDUのヘッダからSDU識別情報を読み取る。そして、送信制御部17は、読み取ったSDU識別情報とは異なる(読み取ったものよりも若く、先に送信した)SDU識別情報をヘッダ情報として持つPDUを再送バッファ15から選択し、選択したPDUを再送するように送信部16に対して指示を行う。すなわち、送信制御部17は、送信バッファ14の先頭PDUが構成するSDUよりも先に送信したSDUを構成するPDUを再送バッファ15から選択して送信するように、送信部16に対して指示を行う。
なお、データユニット送信再開指示を受けるまで、次回以降のPDUが送信可能な状態になったタイミングにおいても同様の処理を行う。
また、送信中断中であっても受信信号解析部18は、受信側からの信号を受け付けてその信号を解析する。受信信号の解析結果が送達確認である場合、当該送達確認が示すPDUが再送対象のPDUであれば通常動作と同様の処理を行う(送達確認が示すPDUを再送する)。ここで、再送対象のPDUとは、送信バッファ14の先頭PDUが構成するSDUよりも先に送信したSDUを構成するPDUであって、再送バッファ15に格納されているPDUを示す。
そして、同じSDUを構成するすべてのPDUの送達確認が取れた場合、送信制御部17は、当該SDUを構成するすべてのPDUを再送バッファ15から消去する。これに対して、上記送達確認が示すPDUが再送対象のPDUでない場合、送信制御部17は、当該PDUを再送バッファ15内に保持したままにするとともに、当該PDUのヘッダ情報に含まれているSDU識別情報を保持しておく。
つづいて、データユニット送信中断指示を受けた後、無線伝送路状態が基準値より良化したことを相手端末が検出し、相手端末からデータユニット送信再開指示を受けた場合のパケットデータ送信動作を、図1に基づいて説明する。送信中断中の状態において相手端末から信号を受信し、受信信号解析部18にて信号を解析した結果、データユニット送信再開指示信号であれば、受信信号解析部18は、送信制御部17に対して送信再開指示を行う。再送開始指示を受けると送信制御部17は、送信バッファ14の先頭PDUのヘッダに含まれているSDU識別情報を取得する。そして、送信制御部17は、当該取得したSDU識別情報よりも若い(先に送信した)SDU識別情報を持つPDUを再送バッファ15に保持している場合には、それら再送バッファ15に保持しているPDUの中で送達確認が取れていないPDUを再送データユニットとして送信するように、送信部16に対して指示を行う。一方、送信バッファ14の先頭PDUのヘッダに含まれているSDU識別情報と同一SDU識別情報をヘッダに含むPDUを再送する場合には、それまで(送信中断中)に送達確認を受信したかどうかによらず、SDUを構成する先頭PDUから順番に、再送バッファ15から読み出して送信する。そして、再送バッファ15内の全PDUを送信完了後、送信バッファ14内のPDUを送信するように、送信部16に対して指示を行う。
ここで、図2は、PDU送信動作の一例を示す図である。図2において、“SDU#”(M−2,M−1,M,M+1)はSDU識別子を示し、“PDU#”(N,N+1,…,N+13,N+14)はPDU識別子を示す。図2に示した動作例においては、PDU#N+6〜PDU#N+8およびPDU#N+10のPDU送信においてエラーが生じている。また、受信側の端末は、無線回線品質が劣化したと判断し、PDU#N+9のPDUを受信後に送信中断信号(データユニット送信中断指示信号)を送信側の端末に対して送信している。その後、受信側の端末は、無線回線品質が回復したと判断した時点で送信再開信号(データユニット送信再開指示信号)を送信側の端末に対して送信し、通常時の動作を再開している。なお、無線回線品質は、信号の受信レベル、データパケット(PDU)の受信誤り率、などの測定結果と、基準値との比較結果に基づいて判断するなど、一般的な方法を使用して判断する。
図3は、図2に示したPDU送信動作例におけるPDU送信結果を示す図である。図3において、PDU#N〜PDU#N+11のPDUは、送信済みPDUを示し、PDU#+12〜PDU#N+17のPDUは、未送信のPDUを示している。また、PDU#N〜PDU#N+3のPDUは、全て正常に送信されたため再送バッファ15から既に消去されており、一方、PDU#N+4〜PDU#N+11のPDUは、再送バッファ15内に保持された状態である。また、PDU#+12〜PDU#N+17のPDUは、送信バッファ14に保持された状態である。
以上のような処理を行うことにより、データユニット送信中断中(送信側がデータユニット送信中断指示信号受信後、データユニット送信再開指示信号受信までの間)は、送信済みSDU(自身を構成する全てのPDUが再送バッファ15に移されたSDU)を構成するPDUの中で送信失敗したPDUのみが再送されることとなる。また、データユニット送信中断指示信号を受信した時点で送信途中のSDU(自身を構成する一部のPDUが送信バッファ14に残った状態のSDU)を構成するPDUについては、当該データユニット送信中断指示信号の受信以降は送信が中断されることとなる。これにより、無線環境が劣化した場合などは、送信済みSDUの完成を目的とするパケットのみを再送する。
一方、受信側(上記相手端末)においては、データユニット送信中断指示信号の送信後に受信したデータユニット(PDU)についてはSDUを構成するすべてのPDUを正常に受信するまで再送要求を出し続ける。また、正常に受信できたPDUについては送達確認を送信側に通知するが、データユニット送信中断指示信号を送信後に正常に受信できた全PDUの識別子を通知する。これは、無線回線品質の劣化等に伴い送達確認信号の欠落が発生することを回避するためである。なお、データユニット送信再開指示信号を送信した後は通常の動作に復帰する。
また、受信側においては、SDUが完成した段階で完成したSDUを上位プロトコルに対して転送するが、データユニット送信再開指示信号を送信後、既に正常に受信したPDUを再度受信する場合がある。このような場合、受信側は、再受信したPDUを廃棄する。
なお、データユニット送信中断指示信号は、無線回線品質が劣化した場合に送信されるため、その後のデータユニット送信中断中に送信される再送パケット(PDU)が受信側で正常に受信できる確率は低下する。そのため、データユニット送信中断中の状態において送信側は、PDUまたはSDUに付与する誤り訂正符号の訂正能力を強化して送信するようにしてもよい。これにより、無線回線の環境変化に対応し、送信エラーの発生率を抑えることができる。これを実現するために、再送制御装置は、たとえば、送信制御部17が再送バッファ15に保持しているPDUを取り出し、ヘッダおよび誤り訂正符号を削除したデータブロック(分割部11から出力された直後の状態)に戻してから誤り訂正符号付与部12へ渡す。そして、再度PDUを生成し直すように制御を行う。さらに、生成し直したPDUは制御情報付与部13から直接再送バッファ15へ格納する。というような処理を実行可能な構成とする。この場合、誤り訂正符号付与部12、制御情報付与部13および送信制御部17がパケット再生成手段を構成する。
また、データユニット送信中断中は送信するデータユニットを複数回に亘って連送するようにしてもよい。これにより、無線回線の環境の変化に対応し、データユニットの送信完了までに要する時間を短縮することができる。この場合には、上述した誤り訂正符号を強化する処理と併用するようにしてもよい。
このように、本実施の形態においては、無線回線品質が劣化した場合、新しいデータユニットの送信(送信バッファに保持しているデータユニットの送信)を中断し、それまでに送信したデータユニットの中で、上位プロトコルから受け取ったデータブロックであって、送信済みのデータブロックを構成するデータユニットのみを再送することとした。これにより、上位プロトコルにおける再送が必要以上に発生するのを抑え、再送制御に必要な帯域を削減して通信効率を向上させることができる。
また、データユニット送信中断から正常動作に復帰後、受信側は、以前に正常受信していたものと同じデータユニット(PDU)を再度受信した場合には、再受信したものを廃棄することとした。これにより、SDU単位でデータ欠落が発生するのを防止することができる。
さらに、データユニット送信中断中は、誤り訂正能力を強化してPDU(またはSDU)を送信する、同一のPDUを複数回に亘って連送する、などを行うことにより、送達確率を向上させることができる。
以上のように、本発明にかかる再送制御方法は、無線回線を介して行うデータパケットの送信に有用であり、特に、無線回線品質が劣化した状態において行うデータパケット送信の再送制御方法に適している。
本発明にかかる再送制御方法を実現する再送制御装置の構成例を示す図である。 PDU送信動作の一例を示す図である。 図2に示したPDU送信動作例におけるPDU送信結果を示す図である。
符号の説明
11 分割部
12 誤り訂正符号付与部
13 制御情報付与部
14 送信バッファ
15 再送バッファ
16 送信部
17 送信制御部
18 受信信号解析部

Claims (11)

  1. 再送制御機能を備えた上位プロトコルから受け取ったデータユニットを、無線回線上の送信データ単位であるデータブロックに分割し、各データブロックに対して前記データユニットを識別するための識別情報を含んだヘッダおよび誤り訂正符号を付与して生成したデータパケットを、無線回線を介して送信する場合の再送制御方法であって、
    伝送路状態が基準値よりも劣化した場合に前記データパケットの送信相手先端末(相手先端末)から送られてくる、初送パケットの送信中断を指示する初送パケット送信中断指示を検出する初送パケット送信中断指示検出ステップと、
    前記初送パケット送信中断指示を検出した場合に、次の送信タイミングにおいて送信予定の初送パケットの送信を中止し、さらに、当該送信予定の初送パケットから、そのヘッダに含まれる識別情報を取得する識別情報取得ステップと、
    既に送信したデータパケットであって、かつ送達確認が終了していないデータパケットである再送待ちパケットの中から、前記識別情報取得ステップにおいて取得した識別情報とは異なる識別情報を含んだヘッダを有する再送待ちパケットを、再送パケットとして選択する再送パケット選択ステップと、
    前記次の送信タイミングにおいて、前記選択した再送パケットを前記相手先端末に対して送信する送信ステップと、
    を含み、
    伝送路状態が基準値よりも良化した場合に前記相手先端末から送られてくる、初送パケットの送信再開を指示する初送パケット送信再開指示を検出するまで、前記再送パケット選択ステップおよび前記送信ステップを繰り返し実行し、初送パケット送信再開指示を検出した場合に、初送パケットの送信を再開することを特徴とする再送制御方法。
  2. 初送パケットの送信を再開後、前記送信を中止したデータパケットに含まれる識別情報と同じ識別情報を含んだ全てのデータパケットを、当該識別情報が示すデータユニットの先頭データを含んだデータパケットから順番に送信することを特徴とする請求項1に記載の再送制御方法。
  3. さらに、前記再送パケット選択ステップにつづいて、
    前記選択した再送パケットを構成する誤り訂正符号をさらに訂正能力の高い誤り訂正符号へ変更して再送パケットを再生成するパケット再生成ステップ、
    を含み、
    前記送信ステップでは、前記再生成した再送パケットを送信することを特徴とする請求項1または2に記載の再送制御方法。
  4. 前記送信ステップでは、送達確認が得られるまで、同一の再送パケットを連続再送することを特徴とする請求項1、2または3に記載の再送制御方法。
  5. さらに、
    前記相手先端末では、既に正常受信済みのデータパケットと同じデータパケットを再受信した場合、当該再受信したデータパケットを廃棄することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の再送制御方法。
  6. さらに、
    前記相手先端末では、前記初送パケット送信中断指示を行った後、既に正常受信済みのデータパケットとは異なるデータパケットを受信した場合、当該受信結果を示す送達確認または未達確認を返送することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の再送制御方法。
  7. 通信装置を構成し、再送制御機能を備えた上位プロトコルから受け取ったデータユニットを、無線回線上の送信データ単位であるデータブロックに分割し、各データブロックに対して前記データユニットを識別するための識別情報を含んだヘッダおよび誤り訂正符号を付与して生成したデータパケットを、無線回線を介して送信する場合の再送制御を行う再送制御装置であって、
    伝送路状態が基準値よりも劣化した場合に前記データパケットの送信相手先端末(相手先端末)から送られてくる、初送パケットの送信中断を指示する初送パケット送信中断指示を検出する初送パケット送信中断指示検出手段と、
    前記初送パケット送信中断指示を検出した場合に、次の送信タイミングにおいて送信予定の初送パケットの送信を中止し、当該送信予定の初送パケットから、そのヘッダに含まれる識別情報を取得する識別情報取得手段と、
    既に送信したデータパケットであって、送達確認が終了していないデータパケットである再送待ちパケットの中から、前記識別情報取得手段が取得した識別情報とは異なる識別情報を含んだヘッダを有する再送待ちパケットを、再送パケットとして選択する再送パケット選択手段と、
    前記次の送信タイミングにおいて、前記選択した再送パケットを前記相手先端末に対して送信する送信手段と、
    を備え、
    伝送路状態が基準値よりも良化した場合に前記相手先端末から送られてくる、初送パケットの送信再開を指示する初送パケット送信再開指示を検出するまで、前記再送パケット選択手段および前記送信手段が前記再送パケット選択処理および前記再送パケット送信処理を繰り返し実行し、初送パケット送信再開指示を検出した場合に、初送パケットの送信を再開することを特徴とする再送制御装置。
  8. 初送パケットの送信を再開後、
    前記送信パケット選択手段は、前記送信を中止したデータパケットに含まれる識別情報と同じ識別情報を含んだデータパケットを、当該識別情報が示すデータユニットの先頭データを含んだデータパケットから順番に選択し、
    前記送信手段は、前記送信パケット選択手段が選択したデータパケットを送信することを特徴とする請求項7に記載の再送制御装置。
  9. さらに、
    前記選択した再送パケットを構成する誤り訂正符号をさらに訂正能力の高い誤り訂正符号へ変更して再送パケットを再生成するパケット再生成手段、
    を備え、
    前記送信手段は、前記再生成した再送パケットを送信することを特徴とする請求項7または8に記載の再送制御装置。
  10. 前記送信手段は、送達確認が終了するまで、同一の再送パケットを連続再送することを特徴とする請求項7、8または9に記載の再送制御装置。
  11. 請求項7〜10のいずれか一つに記載の再送制御装置を備えることを特徴とする通信装置。
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