TWI423612B - 端對端混合式自動重送請求方法及其系統 - Google Patents

端對端混合式自動重送請求方法及其系統 Download PDF

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Description

端對端混合式自動重送請求方法及其系統
本發明是有關於一種混合式自動重送請求方法，且特別是有關於在多躍式轉傳(multi-hop relay)的認知無線網路(cognitive radio networks)中使用的一種端對端混合式自動重送請求方法及其系統。
認知無線網路(cognitive radio network)技術被認為是用來提高無線通訊頻帶之使用效率(spectral utilization efficiency)的一種技術。認知無線網路中的每一節點，可以偵測具有許可式頻帶(licensed spectrum)的第一級無線網路(primary wireless network)中的鄰近節點是否正在使用一許可式頻帶，並利用鄰近第一級無線網路節點未使用許可式頻帶的空檔時間，轉傳資料至相鄰近之認知無線網路的其他節點。顯然地，利用認知無線網路可以在一限定頻寬(given bandwidth)中有效提昇傳輸處理量(throughput)，並相對地提高頻帶使用效率。
然而，在認知無線網路中，由一來源端傳送封包至一目的地端卻需要通過的一或多個多躍式轉傳通道(multi-hop relay channels)，而每一多躍式轉傳通道各自具有多個多躍式單向機會式無線鏈結(multi-hop uni-directional opportunistic wireless links)。所述之每一多躍式轉傳通道的每一單向機會式無線鏈結，僅能保證在一特定時間點可以獲得一單向傳輸機會，但是無法保證相反方向的傳輸機會。因此，認知無線網路的多躍式轉傳通道缺乏具有連結層(link layer)的錯誤控制(error control)機制以及連結層的自動重傳機制。
基於上述，假設認知無線網路中目的地端偵測到所接收的一封包有錯誤時，使用傳統之自動重送請求(automatic repeat request)會無法讓目的地端有效率地得到來源端重送的封包。如此一來，在多躍式轉傳通道持續變動的情況下，認知無線網路並無法有效率地運作，且無法明顯地提昇傳輸處理量以及頻帶使用效率。
承上所述，本發明之示範實施例提供一種端對端混合式自動重送請求方法及其系統，適用於認知無線網路。所述之方法在多個多躍式轉傳路徑之間採用編碼合作(coded cooperation)，而每一多躍式轉傳路徑上之多個節點，藉由所構成的多個無線鏈結，僅從來源端依序放大與轉傳一已編碼子封包至目的地端，以實現在認知無線網路中端對端的混合式自動重送請求，並進一步達到端對端的錯誤控制。
本發明所提出述的端對端混合式自動重送請求方法，還依據每一多躍式轉傳路徑的通道品質狀態，動態性調整每一已編碼子封包的信息比例，使得傳送至各多躍式轉傳路徑上的信息比例不相同，以有效利用穿刺編碼(puncture code)之遞增多餘量(Incremental Redundancy)的特性，在多躍式轉傳路徑的等效通訊品質狀態持續變動時，仍能達到較高的傳輸處理量。
本發明所提出述的端對端混合式自動重送請求方法，還依據每一多躍式轉傳路徑的通道品質狀態，動態性調整用以轉傳已編碼子封包之多躍式轉傳路徑的數目，選取具有較好等效通道品質的多躍式轉傳路徑，以有效利用空間分集(spatial diversity)的特性，在多躍式轉傳路徑(以下簡稱為路徑)的等效通訊品質狀態持續變動時，仍能達到較高的傳輸處理量。
根據本發明的一示範實施例，本發明提出一種端對端混合式自動重送請求方法，適用於包括至少一傳送端與至少一目的地端的一認知無線網路，來源端與目的地端之間有多個路徑且每一路徑包括多個無線鏈結，所述之方法包括以下步驟。在來源端，編碼一信息為一已編碼封包，分割此已編碼封包為多個已編碼子封包，並將此些已編碼子封包傳送至此些路徑。藉由每一路徑中的此些無線鏈結，依序放大與轉傳一已編碼子封包至目的地端。此外，在目的地端，結合此些已編碼子封包以解碼還原信息，並藉由此些路徑回覆一認可回應封包至來源端以通知是否成功地還原信息。
在本發明之一示範實施例中，上述之認知無線網路為具有多個節點的一第二級無線網路，且此第二級無線網路的每一節點僅在第一級無線網路中的鄰近節點無運作時，使用此許可式無線頻帶。另外，第二級無線網路中此些節點的其中之一欲傳送一信息時，此節點為來源端，而信息的目的地為目的地端。此外，此些節點中相鄰近二節點之間的一無線鏈結為一單向機會式無線鏈結，多個單向機會式無線鏈結構成一路徑，且此路徑具有一多躍式轉傳特性。
在本發明之一示範實施例中，上述之端對端混合式自動重送請求方法，更包括以下步驟。當來源端未知每一路徑的一等效通道品質時，在來源端，平均地分割已編碼封包至此些已編碼子封包中，並傳送此些已編碼子封包至此些路徑。
在本發明之一示範實施例中，上述之端對端混合式自動重送請求方法，更包括以下步驟。當來源端已知每一路徑的一等效通道品質時，在來源端，不平均地分割已編碼封包至此些已編碼子封包中，並傳送此些已編碼子封包至此些路徑。
在本發明之一示範實施例中，上述之端對端混合式自動重送請求方法，更包括以下步驟。在目的地端，將超過一預設延遲等待門檻值的一或多個子封包丟棄，並組合未超過預設延遲等待門檻值的一或多個子封包以解碼還原信息。
在本發明之一示範實施例中，上述之端對端混合式自動重送請求方法，更包括以下步驟。於一探測階段中，在來源端，使用所有路徑來傳送此些已編碼子封包，並在目的地端逐步減少用以接收此些已編碼子封包的此些路徑。另外，在目的地端，每一次解碼時放棄具有一最差等效端對端訊噪比的一路徑上的一已編碼子封包直到利用M -1個子封包無法成功地還原信息，並回覆來源端具有最佳等效端對端訊噪比的M 個路徑，而M 為正整數，且此時由所述之探測階段改變至一穩定階段。再者，於穩定階段中，當在來源端接收目的地端所回覆的一正面認可回應封包時，利用目的地端所回覆的M 個路徑來傳送對應此些M 個路徑的M 個已編碼子封包。另外，於穩定階段中，當在在來源端接收目的地端所回覆的一負面認可回應封包時，由穩定階段改變至探測階段。
根據本發明的一示範實施例，本發明提出一種端對端混合式自動重送請求方法，適用於包括至少一傳送端與至少一目的地端的一認知無線網路，來源端與目的地端之間有多個路徑且每一路徑包括多個無線鏈結，所述之方法包括以下步驟。在來源端，分割一已編碼封包為多個已編碼子封包，並傳送此些已編碼子封包至此些路徑。藉由每一路徑中的此些無線鏈結，依序放大與轉傳一已編碼子封包至目的地端。另外，在目的地端，結合此些已編碼子封包以解碼還原已編碼封包，並藉由此些路徑回覆一認可回應封包至來源端以通知是否成功地還原已編碼封包。
根據本發明的一示範實施例，本發明提出一種端對端混合式自動重送請求系統，適用於具有多個節點的一認知無線網路，而所述之系統包括一來源端、此些節點與一目的地端。來源端用以當欲傳送一信息至一目的地端時，編碼信息為一已編碼封包，分割已編碼封包為多個已編碼子封包，而來源端為認知無線網路中此些節點的其中之一。此些節點，用以依序放大與轉傳此些已編碼子封包至目的地端，以及放大與轉傳一認可回應封包至來源端，而此些節點構成介於來源端與目的地端之間的多個路徑，而來源端傳送此些已編碼子封包到此些路徑中。此外，目的地端，用以結合此些已編碼子封包以解碼還原信息，並藉由此些路徑回覆一認可回應封包至來源端以通知是否成功地還原信息。
根據本發明的一示範實施例，本發明提出一種端對端混合式自動重送請求系統，適用於具有多個節點的一認知無線網路，所述之系統包括一來源端、多個節點與一目的地端。來源端用以當欲傳送一已編碼封包至一目的地端時，分割已編碼封包為多個已編碼子封包，而來源端為認知無線網路中多個節點的其中之一。多個節點用以依序放大與轉傳此些已編碼子封包至目的地端，以及放大與轉傳一認可回應封包至來源端，而此些節點構成介於來源端與目的地端之間的多個路徑，而來源端傳送此些已編碼子封包到此些路徑中。此外，目的地端用以結合此些已編碼子封包以解碼還原已編碼封包，並藉由此些路徑回覆一認可回應封包至來源端以通知是否成功地還原已編碼封包。
基於上述，根據上述的示範實施例，本發明提供一種端對端混合式自動重送請求方法及其系統。所述的方法在來源端編碼信息為已編碼封包，分割已編碼封包為多個已編碼子封包，並傳送此些已編碼子封包至多個路徑。每一路徑上的多個節點，藉由多個無線鏈結依序放大與轉傳一已編碼子封包至目的地端。在目的地端結合此些已編碼子封包以解碼還原信息，並藉由此些路徑回覆一認可回應封包至來源端，以實現在認知無線網路中有效率的混合式自動重送請求，以及相對應的端對端錯誤控制。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明提出一種端對端混合式自動重送請求方法及其系統，適用於具有多個節點的一個認知無線網路。以下將以圖1介紹此認知無線網路的系統架構，以圖2A至圖2C介紹此認知無線網路系統中主要構成元件的細部功能，並以圖3至圖5介紹端對端混合式自動重送請求方法的細部技術內容。
圖1是根據本發明之一示範實施例所繪示一種認知無線網路的示意圖。此認知無線網路具有多個節點，此些節點包括至少一來源端節點S 、至少一目的地端節點D 與多個轉傳節點(relay node)R11 、R12 、…、、R21 、R22 、…、、R L 1 、R L 2 、…與等。從另一角度來看，此認知無線網路與至少一第一級無線網路(primary wireless network)共存，而此第一級無線網路包括在認知無線網路之多個節點週遭的多個節點101、102、103、104、105、106、107等。
請參照圖1，所述之第一級無線網路具有使用許可式頻帶(licensed spectrum)的第一優先使用權，而此認知無線網路相對於第一級無線網路來說，為一第二級無線網路，且此認知無線網路的每一個節點僅在相鄰近第一級無線網路中的節點無運作時，才使用此許可式無線頻帶。如此一來，可以提昇此許可式無線頻帶的頻帶使用效率(spectrum utilization efficiency)。然而，本發明並非限定於上述，所述之認知無線網路可以包括超過一來源端節點與對應的一目的地端節點，且可以包括超過L個無線鏈結(wireless links)。另外，第一級無線網路之部分節點可以為基地台(base station)或存取節點(access points)，而其餘節點可以為行動機台(mobile station)或無線機台(station)。因為本發明著重在認知無線網路中封包經過多個節點之間多躍式轉傳(multi-hop relay)的相關處理，所以在此不詳述第一級無線網路的細部技術內容。當認知無線網路中多個節點的其中之一欲傳送一信息時，此節點即為來源端節點S，而此信息之目的地為一目的地端節點D。
請繼續參照圖1，所述之認知無線網路中，多個節點之中相鄰近二節點之間的一無線鏈結，分別為如圖1中所示的一單向機會式無線鏈結(uni-directional opportunistic wireless links)h11 、h12 、…、、h21 、h22 、…、、h L 1 、h L 2 、…與等。多個單向機會式無線鏈結在來源端節點S 與目的地端節點D 之間，構成一多躍式轉傳路徑(以下簡稱為一路徑)，此即圖1中所示的多個路徑。因此，認知無線網路中每一路徑皆具有一種多躍式轉傳特性，但不具有連結層(link layer)的錯誤控制(error control)機制，以及連結層的自動重傳機制。以下將以圖2A~圖2C分別介紹來源端節點S 、目的地端節點D 與轉傳節點的主要功能與運作方式。
圖2A是根據本發明之一示範實施例所繪示一種認知無線網路中一來源端節點21(代表一來源端節點S )的功能方塊圖。請參照圖2A，來源端節點21至少包括以下單元，其為無線收發單元(wireless transceiver unit)211、無線頻帶偵測單元(wireless spectrum detector unit)212、封包分割單元(packet divider unit)213、通訊品質判斷單元214、記憶體單元215與處理器單元216。無線收發單元211，用以傳送一封包至鄰近的一轉傳節點，或由鄰近的一轉傳節點接收一封包。無線頻帶偵測單元212，連接至無線收發單元211，用以偵測相鄰近第一級無線網路中的一或多個節點是否在運作，以判斷可以使用許可式無線頻帶的時間點。封包分割單元213，連接至無線收發單元211，用以將一信息編碼為一已編碼封包，並依據一預設封包分割原則來將此已編碼封包進一步分割為一或多個已編碼子封包，並交由無線收發單元211傳送至鄰近的多個轉傳節點。通訊品質判斷單元214，用以判斷介於一來源端節點S與一目的地端節點D 之間多個路徑(或作轉傳路徑)的一等效端對端通訊品質，例如：等效端對端訊噪比(effective end-to-end signal-to-noise ratio，或作effective end-to-end SNR)。
請繼續參照圖2A，來源端節點21的記憶體單元215，連接至封包分割單元213，用以儲存所述之信息、已編碼封包與已編碼子封包等。處理器單元216連結於無線收發單元211、無線頻帶偵測單元212、封包分割單元213、通訊品質判斷單元214與記憶體單元215，並用以協調與控制上述此些單元。
圖2B是根據本發明之一示範實施例所繪示一種認知無線網路中一轉傳節點22的功能方塊圖。在認知無線網路中，一轉傳節點與另一轉傳節點之間採用一種單向機會式無線鏈結，且必須要在相鄰近之第一級無線網路中的一或多個節點沒有運作時，才能由一轉傳節點傳送一封包至另一轉傳節點。
如圖2B所示，轉傳節點22至少包括以下單元，其為無線收發單元221、無線頻帶偵測單元222、記憶體單元225與處理器單元226。無線收發單元221用以從一來源端節點S 或一鄰近的轉傳節點接收一封包，並放大與轉傳此封包至鄰近的另一轉傳節點或一目的地端節點D 。無線頻帶偵測單元222連接至無線收發單元221，用以偵測相鄰近第一級無線網路中的一或多個節點是否在運作，以判斷可以使用許可式無線頻帶的時間點。另外，轉傳節點22的記憶體單元225，連接至無線收發單元221，用以儲存所接收的封包。此外，處理器單元226連結於無線收發單元221、無線頻帶偵測單元222與記憶體單元225，並用以協調與控制上述此些單元。
圖2C是根據本發明之一示範實施例所繪示一種認知無線網路中一目的地端節點23(代表一目的地端節點D )的功能方塊圖。目的地端節點23至少包括以下單元，其為無線收發單元231、無線頻帶偵測單元232、封包合併單元233、通訊品質判斷單元234、計時器235、封包正確度判斷單元236、記憶體單元237與處理器單元238。
請參照圖2C，無線收發單元231，用以由鄰近的一轉傳節點接收一封包，或傳送一封包至一轉傳節點。無線頻帶偵測單元232連接至無線收發單元231，用以偵測相鄰近第一級無線網路中的一或多個節點是否在運作，以判斷可以使用許可式無線頻帶的時間點。封包合併單元233，連接至無線收發單元231，用以將所接收的已編碼子封包合併為一已編碼封包，並藉由一解碼動作還原此已編碼封包中的信息。通訊品質判斷單元234，連接至封包合併單元233，用以判斷介於一來源端節點S與一目的地端節點D 之間多個路徑(或作轉傳路徑)的等效端對端通訊品質，例如：等效端對端訊噪比。計時器235，連接至無線收發單元231與封包合併單元233，用以計時一預設延遲等待門檻值，而封包合併單元233將超過此預設延遲等待門檻值才接收到的已編碼子封包丟棄，僅合併在未達到預設延遲等待門檻值以前所接收到的已編碼子封包，以限制接收已編碼子封包的等待時間。封包正確度判斷單元236，連接至封包合併單元233與無線收發單元231，用以判斷是否成功還原信息，並根據是否成功還原信息來回覆一個認可回應封包(acknowledgement packet)至一來源端節點S 。
請繼續參照圖2C，目的地端節點23的記憶體單元237，用以連接至無線收發單元231與封包合併單元233，用以儲存多個已編碼子封包、經過合併所產生的一已編碼封包與由此已編碼封包所解碼而得的信息。處理器單元238，連接至無線收發單元231、無線頻帶偵測單元232、封包合併單元233、通訊品質判斷單元234、計時器235、封包正確度判斷單元236與記憶體單元237，並用以協調與控制上述此些單元。介紹完來源端節點21、轉傳節點22與目的地端節點23的主要功能之後，以下將以圖3來介紹端對端混合式自動重送請求方法的主要步驟。
圖3是根據本發明之一示範實施例所繪示一種端對端混合式自動重送請求方法300的流程圖。請同時參照圖1、圖2A至圖2C與圖3。此端對端混合式自動重送請求方法300適用於一認知無線網路，開始於步驟S302。在步驟S302中，在一來源端節點S ，利用封包分割單元213編碼一信息為一已編碼封包，分割此已編碼封包為多個已編碼子封包，並利用無線收發單元211傳送此些已編碼子封包至介於來源端節點S與一目的地端節點D 之間的多個路徑。所述之多個路徑即為如圖1中所示，來源端節點S 與目的地端節點D 之間多個轉傳節點所構成的多個多躍式轉傳路徑。在步驟S304中，一無線認知網路的多個節點(轉傳節點)，藉由上述之多個路徑中每一路徑的多個無線鏈結，依序放大與轉傳一已編碼子封包至目的地端節點D 。
在步驟S306中，在目的地端節點D ，利用封包合併單元233結合一或多個已編碼子封包以解碼還原信息，並藉由前述之多個路徑回覆一認可回應封包至來源端節點S 以通知是否成功地還原信息。若在目的地端節點D 沒有成功地還原信息，則來源端節點S 會接收一負面認可回應封包(negative acknowledgement packet)，並重新傳送在目的地端節點D 所缺少的至少一個已編碼子封包直到目的地端節點D 成功地還原信息。在步驟S306之後，端對端混合式自動重送請求方法300到此結束。
藉由僅在來源端節點S編碼與分割信息為多個已編碼子封包，而在目的地端節點D 結合已編碼子封包以解碼還原信息，上述之端對端混合式自動重送請求方法300實現在網路層(network layer)或在一對話層次(session level)的端對端混合式自動重送請求，且不需要在各路徑中相鄰近二節點之間的鏈結層(link layer)進行錯誤控制與重送請求。因此，此端對端混合式自動重送請求方法300相較於傳統的自動重送請求方法，在認知無線網路運作時，會明顯地提高封包傳送效率與整體傳輸處理量(throughput)。介紹端對端混合式自動重送請求方法的主要步驟之後，以下將以圖4進一步介紹在步驟S302中，封包分割單元213分割一已編碼封包為多個已編碼子封包的細部動作，以及後續傳送至多個路徑的細部方法。
圖4是根據本發明之一示範實施例所繪示一種分割封包與丟棄封包方法400的流程圖。請同時參照圖1、圖2A至圖2C與圖4。此分割封包與丟棄封包方法400開始於步驟S402，在步驟S402中，確認來源端節點S 是否知道每一路徑的一等效通道品質，例如：等效端對端訊噪比。此等效通道品質可以在目的地端節點D 藉由接收與合併多個已編碼子封包並進行後續解碼動作後取得，並由目的地端節點D 藉由一認可回應封包回授(feedback)至來源端節點S 。在步驟S402之後，若來源端節點S已知每一路徑的一等效通道品質，則接續進行步驟S404。在步驟S402之後，若來源端節點S未知每一路徑的一等效通道品質，則接續進行步驟S406。在步驟S404中，在來源端節點S ，利用封包分割單元213不平均地分割已編碼封包為多個已編碼子封包中，並利用無線收發單元211傳送此些已編碼子封包至多個路徑。在步驟S406中，在來源端節點S ，利用封包分割單元213平均地分割已編碼封包為多個已編碼子封包中，並利用無線收發單元211傳送此些已編碼子封包至多個路徑。
在步驟S408中，在目的地端節點D ，從接收第一個已編碼子封包後開始利用計時器235以計時，而封包合併單元233將超過一預設延遲等待門檻值的一或多個已編碼子封包丟棄，並組合未超過預設延遲等待門檻值的一或多個已編碼子封包以解碼還原信息。在此所述之預設延遲等待門檻值可以設置為例如：0.5秒至0.7秒。然而本發明並非限定於此，還可以根據此認知無線網路的實際應用來設定所述之預設延遲等待門檻值。由於在認知無線網路中傳送封包的延遲時間為持續變動的，藉由步驟S408的動作可以限制等待由同一個已編碼封包分割出來之多個已編碼子封包的時間。在步驟S408之後，此分割封包與丟棄封包方法400到此結束。在此值得一提的是，在本示範實施例中，在來源端節點S 進行分割封包的動作，並且在目的地端節點D 進行丟棄封包的動作。然而本發明並不限定於上述，在其他實施例中也可以僅在來源端節點S 進行分割封包的動作，而不在目的地端節點D 進行丟棄封包的動作。
另外，在上述之步驟S404中，在來源端節點S ，由一已編碼封包經過不平均地分割為多個已編碼子封包，其中每一已編碼子封包具有原始已編碼封包的一比例是根據最小化以下等式(1)來獲得：
，其中，P out 為該來源端至該目的地端的一等效端對端中斷機率，P(x )為一機率函數，w i 為第i 個路徑的權重，w i 也代表在第i 個路徑上傳送之第i 個已編碼子封包具有原始已編碼封包的一比例，所有w i 的總合為1，γ eqi 為第i 個路徑的一等效端對端訊噪比(SNR)，而R 為所有路徑構成一等效通道(effective channel)的一整體信息率(information rate)。
從另一角度來看，在上述之步驟S404中，在來源端節點S 已知每一路徑的一等效通道品質。所以，在來源端節點S ，可以利用封包分割單元213將具有最多比例之已編碼封包的一已編碼子封包傳送至具有一最佳等效端對端訊噪比的一第一路徑，而將最少比例之已編碼封包的另一已編碼子封包傳送至具有一最差等效端對端訊噪比的一第二路徑。上述之最佳等效端對端訊噪比與最差等效端對端訊噪比僅為所有路徑的一相對比較數值，並非絕對數值。如此一來，可以有效利用來源端節點S 與目的地端節點D 之間多個路徑的空間分集(spatial diversity)，來提高所有路徑構成之等效通道的整體信息率，並進而降低來源端節點S 與目的地端節點D 之間的等效端對端中斷機率。
本發明所提供的端對端混合式自動重送請求方法還可以根據多個路徑的等效通訊品質狀態，於來源端節點S 動態性調整用以傳送已編碼子封包的路徑數目，以及於目的地端節點D 動態性調整用以接收並組合已編碼子封包的路徑數目。如此一來，可以有效地利用穿刺編碼(puncture code)之前向錯誤更正遞增多餘量(Forward Error Control Incremental Redundancy)的特性，在多躍式轉傳路徑的通訊品質狀態持續變動時，適應性調整編碼率以達到較高的傳輸處理量。以下將以圖5來介紹本發明基於端對端混合式自動重送請求方法300，進一步提出之探測(probe)階段與穩定(settling)階段所執行的編碼率適應(coding rate adaptation)方法。
圖5是根據本發明之一示範實施例所繪示一種編碼率適應方法500的流程圖。在本示範實施例中，此編碼率適應方法500為搭配上述之端對端混合式自動重送請求方法300以及分割封包與丟棄封包方法400一同進行。然而，在本發明之其他實施例中，此編碼率適應方法500還可以僅搭配端對端混合式自動重送請求方法300來進行。此編碼率適應方法500主要是在一探測階段(probe state)由目的地端節點D 逐次減少用以接收並組合已編碼子封包的路徑數目，並藉此動作來確認所需的最少路徑數目，以及相對應的此些路徑。此編碼率適應方法500在目的地端節點D所需之已編碼子封包的總數目持續不變動時，進入一穩定階段(settling state)，而在穩定階段中由來源端節點S 逐次減少用以傳送已編碼子封包的路徑數目。
請同時參照圖1、圖2A至圖2C與圖5，此編碼率適應方法500於步驟S502開始。在步驟S502中，在一探測階段中，在來源端節點S ，使用所有路徑(即L 個路徑)來傳送L 個已編碼子封包，而每一已編碼子封包對應到一路徑。亦即，L 個已編碼子封包與L 個路徑之間有一對一的對應關係。在步驟S504中，在目的地端節點D ，逐次減少用以接收多個已編碼子封包的多個路徑，直到利用M -1個子封包無法成功地還原信息，並藉由一認可回應封包來回覆來源端節點S 具有最佳等效端對端訊噪比的M 個路徑，其中M 為正整數且M 小於等於所有路徑之總合數目L 。更精確地說，在步驟S504中，目的地端節點D 在每一次解碼時，放棄具有一最差等效端對端訊噪比之一路徑上的一已編碼子封包直到利用M -1個已編碼子封包無法成功地還原信息。在此值得一提的是，從步驟S502轉換為步驟S504時，此編碼率適應方法500即由探測階段進入穩定階段。
在步驟S506中，在穩定階段中，在來源端節點S ，判斷否接收到目的地端節點D 所發出的一正面認可回應封包(positive acknowledgement packet)。若來源端節點S 接收到目的地端節點D 所發出的一正面認可回應封包，則在步驟S506之後，接續進行步驟S508。若來源端節點S 接收到目的地端節點D 所發出的一負面認可回應封包，則在步驟S506之後，返回進行步驟S502。在此值得一提的是，從步驟S506轉換為步驟S502時，此編碼率適應方法500即由穩定階段返回到探測階段。另外，從步驟S506轉換為步驟S502時，目的地端節點D 僅結合M 個已編碼子封包但並未成功地利用M 個已編碼子封包還原信息，所以發出的一負面認可回應封包回應來源端節點S 。同時間，在來源端節點S 實際上共有L 個已編碼子封包，因此，來源端節點S 將利用剩餘的“L -M ”個路徑，將目的地端節點D 沒有使用的“L -M ”個已編碼子封包傳送至目的地端節點D 。
在步驟S508中，在一穩定階段中，在來源端節點S，利用目的地端節點D 回覆的M 個路徑來傳送對應的M個已編碼子封包至目的地端節點D 。在步驟S508之後，則返回進行步驟S504。在此值得一提的是，上述之各步驟與步驟之間的進行方式為一概略描述。實際上，在步驟S504至步驟S506至步驟S508至步驟S504的一迴圈中，M 的數值保持不改變或減少，則取決於在步驟S504中目的地端節點D 實際上使用多少數量的已編碼子封包才成功還原信息。另外，此編碼率適應方法500停留在穩定階段的時間長度，即為進行步驟S504至步驟S506至步驟S508至步驟S504的迴圈次數。
舉例說明，假設在步驟S504中原本情況為“M =4”，且目的地端節點D 利用此些“M =4”個已編子封包成功地還原信息，則在步驟S506中，目的地端節點D傳送一正面認可回應封包至來源端節點S ，並接續進行步驟S508。此時，在步驟S508中，來源端節點S 會利用目的地端節點D 所回覆之“M =4”個路徑來傳送對應到下一個信息的4個已編子封包。此時，將有可能出現以下三種可能狀況。以下將舉此三種可能狀況，來進一步說明在步驟S504至步驟S506至步驟S508至步驟S504的一迴圈中M 值的改變方式。
第一種狀況為在步驟S504中，目的地端節點D實際上使用“M =3”個的已編碼子封包即成功地還原信息，則由步驟S50轉換至步驟S506時，M 值即改變為3，且目的地端節點D回覆“M =3”個路徑至來源端節點S ，並繼續進行步驟S506以及步驟S508。第二種狀況為在步驟S504中，目的地端節點D 仍需要使用“M =4”個的已編碼子封包即成功地還原信息，則由步驟S504轉換至步驟S506時，M 值維持為4，且目的地端節點D回覆“M =4”個路徑至來源端節點S，並繼續進行步驟S506以及步驟S508。
第三種狀況為在步驟S504中，目的地端節點D 利用“M =4”個的已編碼子封包無法成功地還原信息，則在步驟S506中，目的地端節點D 回覆一負面認可回應封包至來源端節點S。此時會由步驟S504進行至步驟S506並返回到步驟S502，但是來源端節點S 僅會把剩餘的“L-M ”個的已編碼子封包傳送至目的地端節點D ，讓目的地端節點D 結合原有之M 個的已編碼子封包與最新接收的“L-M ”個的已編碼子封包來還原信息。此即，目的地端節點D 結合所有L 個已編碼子封包來還原信息。若是在目的地端節點D 成功地還原信息，則繼續上述之步驟S504至步驟S506至步驟S508至步驟S504的迴圈，以在目的地端節點D 逐步減少已編碼子封包的數目，以取得適當的M 值。
在步驟S502中，若是在目的地端節點D ，結合了所有L 個已編碼子封包仍無法成功地還原信息，則來源端節點S 可以選擇放棄重新傳輸此已編碼封包，或是返回至步驟S502以重新執行此已編碼封包的傳輸動作。藉由在探測階段與穩定階段之間的交替運作，可以減少所利用之穿刺編碼的整體遞增多餘量，進而提高編碼率，使得認知無線網路達到較高的傳輸處理量。
綜上所述，根據上述的示範實施例，本發明提供一種端對端混合式自動重送請求方法及其系統。所述之方法在來源端編碼信息為已編碼封包，分割已編碼封包為多個已編碼子封包，並傳送此些已編碼子封包至多個路徑。每一路徑上的多個節點，藉由多個無線鏈結依序放大與轉傳一已編碼子封包至目的地端。在目的地端結合此些已編碼子封包以解碼還原信息，並藉由此些路徑回覆一認可回應封包至來源端，以實現在認知無線網路中的有效率混合式自動重送請求。另外，根據端對端之多個路徑的等效通訊品質狀態來調整分割已編碼封包的比例，並進一步藉由編碼率適應方法來提昇認知無線網路的傳輸處理量。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101~107．．．節點
21．．．來源端節點
211、221、231．．．無線收發單元
212、222、232．．．無線頻帶偵測單元
213．．．封包分割單元
214、234．．．通訊品質判斷單元
215、225、238．．．記憶體單元
216、226、237．．．處理器單元
22．．．轉傳節點
23．．．目的地端節點
233．．．封包合併單元
235．．．計時器
236．．．封包正確度判斷單元
300．．．端對端混合式自動重送請求方法
400．．．分割封包與丟棄封包方法
500．．．編碼率適應方法
D ．．．目的地端節點
h11 、h12 、…、、h21 、h22 、…、、h L 1 、h L 2 、…、．．．無線鏈結
R11 、R12 、…、、R21 、R22 、…、、R L 1 、R L 2 、…、．．．轉傳節點
S ．．．來源端節點
S302~S206、S402~S408、S502~S510．．．步驟
圖1是根據本發明之一示範實施例所繪示一種認知無線網路的示意圖。
圖2A是根據本發明之一示範實施例所繪示一種認知無線網路中一來源端節點的功能方塊圖。
圖2B是根據本發明之一示範實施例所繪示一種認知無線網路中一轉傳節點的功能方塊圖。
圖2C是根據本發明之一示範實施例所繪示一種認知無線網路中一目的地端節點的功能方塊圖。
圖3是根據本發明之一示範實施例所繪示一種端對端混合式自動重送請求方法的流程圖。
圖4是根據本發明之一示範實施例所繪示一種分割封包與丟棄封包方法的流程圖。
圖5是根據本發明之一示範實施例所繪示一種編碼率適應方法的流程圖。
S302~S306．．．步驟

Claims (32)

  1. 一種端對端混合式自動重送請求方法，適用於包括至少一傳送端與至少一目的地端的一認知無線網路，該來源端與該目的地端之間有多個路徑且每一路徑包括多個無線鏈結，該方法包括：在該來源端，編碼一信息為一已編碼封包，分割該已編碼封包為多個已編碼子封包，其中每一已編碼子封包所包括的一信息比例是根據一通道品質狀態動態地調整；在該來源端，根據該通道品質狀態動態地調整用以轉傳該些已編碼子封包的該些路徑之數量，並將該些已編碼子封包傳送至該些路徑；藉由每一路徑中的該些無線鏈結，依序放大與轉傳一已編碼子封包至該目的地端；以及在該目的地端，結合該些已編碼子封包以解碼還原該信息，並藉由該些路徑回覆一認可回應封包至該來源端以通知是否成功地還原該信息。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，其中該認知無線網路與一第一級無線網路共存，而該第一級無線網路具有一許可式無線頻帶的一優先使用權。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，其中該認知無線網路為具有多個節點的一第二級無線網路，且該第二級無線網路中每一節點，僅在鄰近之該第一級無線網路的一或多個節點無運作時，使用 該許可式無線頻帶，其中該第二級無線網路中該些節點的其中之一欲傳送一信息時，該節點為該來源端，而該信息的一目的地為該目的地端，該些節點中相鄰近二節點之間的一無線鏈結為一單向機會式無線鏈結，多個單向機會式無線鏈結構成一路徑，且該路徑具有多躍式轉傳特性。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，在分割將該已編碼封包為該些已編碼子封包，並將該些已編碼子封包傳送至該些路徑的步驟中，該方法更包括：當該來源端未知每一路徑的該等效通道品質時，在該來源端，平均地分割該已編碼封包至該些已編碼子封包中，並傳送該些已編碼子封包至該些路徑。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，在分割將該已編碼封包為該些已編碼子封包，並將該些已編碼子封包傳送至該些路徑的步驟中，該方法更包括：當該來源端已知每一路徑的該等效通道品質時，在該來源端，不平均地分割該已編碼封包至該些已編碼子封包中，並傳送該些已編碼子封包至該些路徑。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，更包括：在該目的地端，將超過一預設延遲等待門檻值的一或多個子封包丟棄，並組合未超過該預設延遲等待門檻值的一或多個子封包以解碼還原該信息。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，更包括：於一探測階段中，在該來源端，使用所有路徑來傳送該些已編碼子封包；在該目的地端逐步減少用以接收該些已編碼子封包的該些路徑，其中，在該目的地端，每一次解碼時放棄具有一最差等效端對端訊噪比的一路徑上的一已編碼子封包直到利用M -1個子封包無法成功地還原該信息，並回覆該來源端具有最佳等效端對端訊噪比的M 個路徑，其中M 為正整數，且此時由該探測階段改變至一穩定階段；在該穩定階段中，當在該來源端接收該目的地端所回覆的一正面認可回應封包時，利用該目的地端所回覆的M 個路徑來傳送對應此些M 個路徑的M 個已編碼子封包；以及在該穩定階段中，當在該來源端接收該目的地端所回覆的一負面認可回應封包時，由該穩定階段改變至該探測階段。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，其中每一已編碼子封包具有該已編碼封包的一比例是根據最小化以下等式(1)來獲得： ，其中，P out 為該來源端至該目的地端的一等效端對端中斷機率，P(x )為一機率函數，w i 為第i 個路徑的權重，w i 也代表在第i 個路徑上傳送之第i 個已編碼子封包具有 該已編碼封包的一比例，所有w i 的總合為1，γ eqi 為第i 個路徑的一等效端對端訊噪比(SNR)，而R 為所有路徑構成一等效通道的一整體信息率。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，其中該來源端將最多比例之該已編碼封包的一已編碼子封包傳送至具有一最佳等效端對端訊噪比的一第一路徑，且將最少比例之該已編碼封包的另一已編碼子封包傳送至具有一最差等效端對端訊噪比的一第二路徑。
  10. 一種端對端混合式自動重送請求方法，適用於包括至少一傳送端與至少一目的地端的一認知無線網路，該來源端與該目的地端之間有多個路徑且每一路徑包括多個無線鏈結，該方法包括：在該來源端，分割一已編碼封包為多個已編碼子封包，其中每一已編碼子封包所包括的一信息比例是根據一通道品質狀態動態地調整；在該來源端，根據該通道品質狀態動態地調整用以轉傳該些已編碼子封包的該些路徑之數量，並傳送該些已編碼子封包至該些路徑；藉由每一路徑中的該些無線鏈結，依序放大與轉傳一已編碼子封包至該目的地端；以及在該目的地端，結合該些已編碼子封包以解碼還原該已編碼封包，並藉由該些路徑回覆一認可回應封包至該來源端以通知是否成功地還原該已編碼封包。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，其中該認知無線網路具有多個節點，且該第二級無線網路中每一節點，僅在鄰近之一第一級無線網路的一或多個節點無運作時，使用該許可式無線頻帶，其中該認知無線網路中該些節點的其中之一欲傳送一信息時，該節點為該來源端，而該信息的一目的地為該目的地端，該些節點中相鄰近二節點之間的一無線鏈結為一單向機會式無線鏈結，多個單向機會式無線鏈結構成一路徑，而該路徑具有多躍式轉傳特性。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，在分割將該已編碼封包為該些已編碼子封包，並將該些已編碼子封包傳送至該些路徑的步驟中，該方法更包括：在該來源端，根據每一路徑的該等效通道品質，選擇平均地分割或不平均地分割該已編碼封包至該些已編碼子封包中，並將該些已編碼子封包傳送至該些路徑。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，更包括：在該目的地端，根據一預設延遲等待門檻值，選擇性地丟棄一或多個已編碼子封包，並組合剩餘的一或多個已編碼子封包以解碼還原該已編碼封包。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，更包括：於一探測階段中，在該來源端，使用所有路徑來傳送 該些已編碼子封包；在該目的地端逐步減少用以接收該些已編碼子封包的該些路徑，其中，在該目的地端，每一次解碼時放棄具有一最差等效端對端訊噪比的一路徑上的一已編碼子封包直到利用M -1個子封包無法成功地還原該信息，並回覆該來源端具有最佳等效端對端訊噪比的M 個路徑，其中M 為正整數，且此時由該探測階段改變至一穩定階段；在該穩定階段中，當在該來源端接收該目的地端所回覆的一正面認可回應封包時，利用該目的地端所回覆的M 個路徑來傳送對應此些M 個路徑的M 個已編碼子封包；以及在該穩定階段中，當在該來源端接收該目的地端所回覆的一負面認可回應封包時，由該穩定階段改變至該探測階段。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，其中當不平均地分割該已編碼封包至該些已編碼子封包時，每一已編碼子封包具有該已編碼封包的一比例是根據最小化以下等式(1)來獲得： ，其中，P out 為來源端至該目的地端的一等效端對端中斷機率，P(x )為一機率函數，w i 為第i 個路徑的權重，w i 也代表在第i 個路徑上傳送之第i 個子封包具有該已編碼封包的一比例，所有w i 的總合為1，γ eqi 為第i 個路徑的一等效端對端訊噪比，而R 為所有路徑構成一等效通道的 一整體信息率。
  16. 一種端對端混合式自動重送請求系統，適用於具有多個節點的一認知無線網路，該系統包括：一來源端，用以當欲傳送一信息至一目的地端時，編碼該信息為一已編碼封包，分割該已編碼封包為多個已編碼子封包，其中每一已編碼子封包所包括的一信息比例是根據一通道品質狀態動態地調整，並根據該通道品質狀態動態地調整用以轉傳該些已編碼子封包的該些路徑之數量，其中該來源端為該認知無線網路中該些節點的其中之一；該些節點，用以依序放大與轉傳該些已編碼子封包至該目的地端，以及放大與轉傳一認可回應封包至該來源端，其中該些節點構成介於該來源端與該目的地端之間的多個路徑，而該來源端傳送該些已編碼子封包到該些路徑中；以及該目的地端，用以結合該些已編碼子封包以解碼還原該信息，並藉由該些路徑回覆一認可回應封包至該來源端以通知是否成功地還原該信息。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中該認知無線網路與一第一級無線網路共存，該第一級無線網路具有一許可式無線頻帶的一優先使用權，而該認知無線網路為一第二級無線網路，且該第二級無線網路中每一節點，僅在鄰近之該第一級無線網路的一或多個節點無運作時，使用該許可式無線頻帶。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中每一路徑包括多個無線鏈結，每一路徑中的該些節點僅分別依序放大與轉傳一已編碼子封包至該目的地端，該些節點中相鄰近二節點之間的一無線鏈結為一單向機會式無線鏈結，多個單向機會式無線鏈結構成一路徑，而該路徑具有多躍式轉傳特性。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中當該來源端未知每一路徑的該等效通道品質時，該來源端平均地分割該已編碼封包至該些已編碼子封包中，並傳送該些已編碼子封包至該些路徑。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中當該來源端已知每一路徑的該等效通道品質時，該來源端不平均地分割該已編碼封包至該些已編碼子封包中，並傳送該些已編碼子封包至該些路徑。
  21. 如申請專利範圍第18項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中該目的地端將超過一預設延遲等待門檻值的一或多個已編碼子封包丟棄，並組合未超過該預設延遲等待門檻值的一或多個已編碼子封包以解碼還原該信息。
  22. 如申請專利範圍第18項所述的該端對端混合式自動重送請系統，其中該來源端在一探測階段中，使用所有路徑來傳送該些已編碼子封包，而該目的地端逐步減少用以接收該些子封包的該些路徑，其中，該目的地端於每一次解碼時放棄具有一最差等效端對端訊噪比的一路徑上的 一子封包直到利用M -1個子封包無法成功地還原該信息，並回覆該來源端具有最佳等效端對端訊噪比的M 個路徑，其中M 為正整數，且此時由該探測階段改變至一穩定階段。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的該端對端混合式自動重送請系統，其中在該穩定階段中，當該來源端接收該目的地端所回覆的一正面認可回應封包時，該來源端利用該目的地端所回覆的M 個路徑來傳送對應此些M 個路徑的M 個已編碼子封包至該目的地端；以及在該穩定階段中，當在該來源端接收該目的地端所回覆的一負面認可回應封包時，由該穩定階段改變至該探測階段。
  24. 如申請專利範圍第20項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中每一已編碼子封包具有該已編碼封包的一比例是根據最小化以下等式(1)來獲得： ，其中，P out 為來源端至該目的地端之一等效端對端中斷機率，P(x )為一機率函數，w i 為第i 個路徑的權重，w i 也代表在第i 個路徑上傳送之第i 個子封包具有該已編碼封包的一比例，所有w i 的總合為1，γ eqi 為第i 個路徑的一等效端對端訊噪比，而R 為所有路徑構成之一等效通道的一整體信息率。
  25. 如申請專利範圍第20項所述的該端對端混合式自動重送請求方法，其中該來源端將最多比例的該已編碼封包分配至具有一最佳等效端對端訊噪比的一第一路徑，且 將最少比例的該已編碼封包分配至分配至具有一最差等效端對端訊噪比的一第二路徑。
  26. 一種端對端混合式自動重送請求系統，適用於具有多個節點的一認知無線網路，該系統包括：一來源端，用以當欲傳送一已編碼封包至一目的地端時，分割該已編碼封包為多個已編碼子封包，其中每一已編碼子封包所包括的一信息比例是根據一通道品質狀態動態地調整，並根據該通道品質狀態動態地調整用以轉傳該些已編碼子封包的該些路徑之數量，其中該來源端為該認知無線網路中該些節點的其中之一；該些節點，用以依序放大與轉傳該些已編碼子封包至該目的地端，以及放大與轉傳一認可回應封包至該來源端，其中該些節點構成介於該來源端與該目的地端之間的多個路徑，而該來源端傳送該些已編碼子封包到該些路徑中；以及該目的地端，用以結合該些已編碼子封包以解碼還原該已編碼封包，並藉由該些路徑回覆一認可回應封包至該來源端以通知是否成功地還原該已編碼封包。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中該認知無線網路具有多個節點，且該第二級無線網路中每一節點，僅在鄰近之一第一級無線網路的一或多個節點無運作時，使用該許可式無線頻帶，其中該些節點中相鄰近二節點之間的一無線鏈結為一單向機會式無線鏈結，多個單向機會式無線鏈結構成一路徑， 而該路徑具有多躍式轉傳特性。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中該來源端根據每一路徑的該等效通道品質，選擇平均地分割或不平均地分割該已編碼封包至該些已編碼子封包中，並將該些已編碼子封包傳送至該些路徑。
  29. 如申請專利範圍第27項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中該目的地端根據一預設延遲等待門檻值，選擇丟棄一或多個已編碼子封包，並組合剩餘的一或多個已編碼子封包以解碼還原該已編碼封包。
  30. 如申請專利範圍第27項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中該來源端在一探測階段中，使用所有路徑來傳送該些已編碼子封包，而該目的地端逐步減少用以接收該些子封包的該些路徑，其中，該目的地端於每一次解碼時放棄具有一最差等效端對端訊噪比的一路徑上的一子封包直到利用M -1個子封包無法成功地還原該信息，並回覆該來源端具有最佳等效端對端訊噪比的M 個路徑，其中M 為正整數，且此時由該探測階段改變至一穩定階段。
  31. 如申請專利範圍第30項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中在該穩定階段中，當該來源端接收該目的地端所回覆的一正面認可回應封包時，該來源端利用該目的地端所回覆的M 個路徑來傳送對應此些M 個路徑的M 個已編碼子封包至該目的地端；以及在該穩定階段 中，當在該來源端接收該目的地端所回覆的一負面認可回應封包時，由該穩定階段改變至該探測階段。
  32. 如申請專利範圍第28項所述的該端對端混合式自動重送請求系統，其中當不平均地分割該已編碼封包至該些已編碼子封包時，每一已編碼子封包具有該已編碼封包的一比例是根據最小化以下等式(1)來獲得： ，其中，P out 為來源端至該目的地端之一等效端對端中斷機率，P(x )為一機率函數，w i 為第i 個路徑的權重，w i 也代表在第i 個路徑上傳送之第i 個子封包具有該已編碼封包的一比例，所有w i 的總合為1，γ eqi 為第i 個路徑的一等效端對端訊噪比，而R 為所有路徑構成之一等效通道的一整體信息率。
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