專(zhuān)利名稱(chēng)：一種自適應(yīng)多播傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)鏈路層的多播傳輸方法。
技術(shù)背景無(wú)線(xiàn)通信是當(dāng)今通信領(lǐng)域內(nèi)最為活躍和發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一，無(wú) 線(xiàn)環(huán)境與有線(xiàn)環(huán)境相比，通常具有誤碼率高、帶寬低、時(shí)延大以及移動(dòng)頻 繁等特性。因此無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，需要靈活有效的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。針對(duì)無(wú)線(xiàn)鏈路上信息傳輸可靠性不高的特點(diǎn)，自動(dòng)重傳請(qǐng)求ARQ技術(shù) 通常被用來(lái)提高傳輸?shù)目煽啃?。ARQ使用數(shù)據(jù)幀作為傳輸單位，數(shù)據(jù)信息 在ARQ發(fā)端先被分成若干幀，然后進(jìn)行傳輸。利用反饋和計(jì)時(shí)器超時(shí)等方 法，發(fā)端能夠發(fā)現(xiàn)在傳輸中丟失的幀并自動(dòng)進(jìn)行重傳。接收端將接收到的 數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重排序，恢復(fù)成數(shù)據(jù)信息并提交給上層。ARQ可以向高層提供 可靠的鏈路傳輸服務(wù)，但其在提高可靠性的同時(shí)付出的代價(jià)是增加了鏈路 時(shí)延。尤其當(dāng)重傳次數(shù)較多時(shí)，ARQ會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)而可變的時(shí)延，同時(shí)占用數(shù) 據(jù)幀正常傳輸需要的鏈路資源。而且，在多播無(wú)線(xiàn)通信環(huán)境下，單一的信 源會(huì)同時(shí)給多個(gè)接收方提供數(shù)據(jù)流。如果在接受方數(shù)量龐大的情況下支持 ARQ，很有可能會(huì)出現(xiàn)信源不斷的處理接收方的ARQ消息，影響無(wú)線(xiàn)通信 系統(tǒng)的健壯性和正常通信業(yè)務(wù)的實(shí)施。噴泉碼最初就是為了解決可靠多播問(wèn)題而提出的。所謂噴泉碼，是指 該種編碼可以由k個(gè)原始數(shù)據(jù)分組生成任意數(shù)量的編碼分組，而接收方只 要收到其中任意m個(gè)編碼分組，即可通過(guò)譯碼以高概率成功恢復(fù)全部原始 數(shù)據(jù)分組。 一般情況下，這里的m略大于k。上述的噴泉碼編碼過(guò)程就如 同源源不斷產(chǎn)生水滴(編碼分組)的噴泉(編碼器),而我們只要用杯子(譯碼器)接收足夠數(shù)量的水滴,即可達(dá)到飲用(成功譯碼)的目的。基于噴泉碼的解決 方案由于單向組播沒(méi)有反饋，用戶(hù)增長(zhǎng)對(duì)于發(fā)送方來(lái)說(shuō)沒(méi)有任何影響，具有很強(qiáng)的健壯性。為了獲取k個(gè)原始分組，用戶(hù)需要接收m&k個(gè)編碼分組，接收效率接近于l，噴泉碼有著近乎理想的接收效率。噴泉碼同時(shí)還可以適 應(yīng)異質(zhì)用戶(hù)，即具有不同丟包率或帶寬的用戶(hù)互不影響，劣質(zhì)用戶(hù)不會(huì)牽制優(yōu)質(zhì)用戶(hù)。但是，在每一次編碼過(guò)程前，噴泉碼需要等待k個(gè)原始數(shù)據(jù)的到達(dá)，對(duì)于平均到達(dá)速率較低的具有突發(fā)特性的業(yè)務(wù)而言，噴泉碼的延 時(shí)將比較大。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種自適應(yīng)多播傳輸方法，縮短了無(wú)線(xiàn)通信中 的總時(shí)延，提高了傳輸效率。一種自適應(yīng)多播傳輸方法，按照以下步驟執(zhí)行(1) 信源接收待發(fā)送的數(shù)據(jù)包，初始化門(mén)限T。(2) 信源記錄當(dāng)前緩存數(shù)據(jù)包的包數(shù)M，比較M與門(mén)限T的大小， 如果M〉T，進(jìn)入步驟(4)，否則進(jìn)入步驟(3);(3) 信源確定采用ARQ技術(shù)，進(jìn)入步驟(5);(4) 信源確定采用噴泉碼技術(shù)，進(jìn)入步驟(5);(5) 信源按照己確定的技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，向各接收方發(fā)送數(shù)據(jù) 包，本輪發(fā)送結(jié)束； ■(6) 各個(gè)接收方反饋接收數(shù)據(jù)情況信息給信源，信源進(jìn)入步驟(2)， 接收方若成功接收數(shù)據(jù)包，進(jìn)入步驟(7)，否則繼續(xù)等待；(7) 接收方解析數(shù)據(jù)包，判斷該數(shù)據(jù)包傳輸類(lèi)型，若屬于ARQ技術(shù)，進(jìn)入步驟(8);若屬于噴泉碼技術(shù)，進(jìn)入步驟(9);(8) 接收方按照ARQ技術(shù)進(jìn)行解碼，進(jìn)入步驟(10);(9) 接收方按照噴泉碼技術(shù)進(jìn)行解碼，進(jìn)入步驟(10);(10) 接收方將解碼得到的數(shù)據(jù)送交應(yīng)用處理，本輪接收結(jié)束。 所述發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包包括包頭和數(shù)據(jù)信息兩個(gè)部分，包頭中包含編碼方式，數(shù)據(jù)信息部分為傳送的有效數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明為將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)設(shè)置門(mén)限T，當(dāng)數(shù)據(jù)包數(shù)M《T時(shí)，代表 在某個(gè)小時(shí)間段內(nèi)，數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)到達(dá)速率比信源單個(gè)處理數(shù)據(jù)包的速率低，業(yè)務(wù)突發(fā)性不高，數(shù)據(jù)包基本不積壓，適合使用ARQ技術(shù)，簡(jiǎn)單快速 的傳輸數(shù)據(jù)，減少系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)；當(dāng)M〉T時(shí)，代表在某個(gè)小時(shí)間段內(nèi)，數(shù)據(jù) 信息業(yè)務(wù)到達(dá)速率比信源單個(gè)處理數(shù)據(jù)包的速率高，業(yè)務(wù)突發(fā)性強(qiáng)，導(dǎo)致 數(shù)據(jù)包積壓嚴(yán)重，此時(shí)用噴泉碼就可以很好地提高傳輸效率從而減小后面 包的進(jìn)一步積壓，適合使用噴泉碼技術(shù)，同時(shí)避免ARQ技術(shù)的反饋開(kāi)銷(xiāo)，. 增加系統(tǒng)的健壯性。本發(fā)明通過(guò)設(shè)定參數(shù)和自適應(yīng)方法，使ARQ和噴泉碼 兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，避開(kāi)其分別處于劣勢(shì)的傳輸環(huán)境，使 多播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高吞吐率低時(shí)延的傳輸性能，大大提高傳輸效率，增強(qiáng)系統(tǒng) 健壯性。


圖1為本發(fā)明的總體流程圖；圖2為ARQ技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸流程圖；圖3為噴泉碼技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸流程圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。設(shè)定信源的緩存長(zhǎng)度為20，信源為其緩存中將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù) M設(shè)定門(mén)限值T=3，將參數(shù)T作為兩種不同傳輸方式切換的主要判斷依據(jù)。當(dāng)M《3時(shí)，代表數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)到達(dá)速率比信源單個(gè)處理數(shù)據(jù)包的速率低，適合使用ARQ技術(shù)；當(dāng)M>3時(shí)，代表數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)到達(dá)速率比信源單個(gè) 處理數(shù)據(jù)包的速率高，適合使用噴泉碼技術(shù)。信源每次發(fā)送前先做判斷， 然后以相應(yīng)的方式發(fā)送數(shù)據(jù)。接收方收到數(shù)據(jù)信息后，解析包的一部分得 到編碼方式信息，然后以相應(yīng)的解碼方式將數(shù)據(jù)信息恢復(fù)，然后送交上層 應(yīng)用處理。本發(fā)明的信道環(huán)境采用erasure信道，即對(duì)于接收方而言，接收數(shù)據(jù)的 情況只有兩種正確接收和接收不到，沒(méi)有部分接收數(shù)據(jù)的情況。 ARQ技術(shù)和噴泉碼技術(shù)的工作原理如下如圖2所示，ARQ技術(shù)發(fā)送端接收到上層數(shù)據(jù)(Packet Data Unit,簡(jiǎn) 稱(chēng)PDU)以后將其發(fā)送，ARQ技術(shù)接收端收到數(shù)據(jù)包以后，解碼該包，反饋 確認(rèn)信息正確接收信息ACK給發(fā)送端；ARQ技術(shù)發(fā)送端等待所有用戶(hù)都反饋 回來(lái)ACK信息以后，停止重發(fā)該包，繼續(xù)發(fā)送新的包；如此循環(huán)發(fā)送完接 收端需要的所有數(shù)據(jù)。如圖3所示，噴泉碼技術(shù)發(fā)送端接收到上層PDU以后，將包放入緩存 中，等待足夠數(shù)量的包組成一幀，隨機(jī)線(xiàn)性組合(如XOR操作)以后作為 一個(gè)組合數(shù)據(jù)包(Combined Packet,簡(jiǎn)稱(chēng)CP包)發(fā)送；噴泉碼技術(shù)接收 端用戶(hù)收到的包都是組合數(shù)據(jù)包，某一個(gè)用戶(hù)在接收到了一幀數(shù)量的組合 數(shù)據(jù)包以后，開(kāi)始判斷是否可以解碼出原始的一幀數(shù)據(jù)包，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)， 如果不行繼續(xù)接收直至可以恢復(fù)，然后發(fā)送一個(gè)ACK信息給發(fā)送端；發(fā)送 端等待收到所有用戶(hù)反饋信息以后，開(kāi)始下一幀發(fā)送；如此循環(huán)發(fā)送完接 收端需要的所有數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1、一種自適應(yīng)多播傳輸方法，按照以下步驟執(zhí)行(1)信源接收待發(fā)送的數(shù)據(jù)包，初始化門(mén)限T。(2)信源記錄當(dāng)前緩存數(shù)據(jù)包的包數(shù)M，比較M與門(mén)限T的大小，如果M＞T，進(jìn)入步驟(4)，否則進(jìn)入步驟(3)；(3)信源確定采用ARQ技術(shù)，進(jìn)入步驟(5)；(4)信源確定采用噴泉碼技術(shù)，進(jìn)入步驟(5)；(5)信源按照已確定的技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，向各接收方發(fā)送數(shù)據(jù)包，本輪發(fā)送結(jié)束；(6)各個(gè)接收方反饋接收數(shù)據(jù)情況信息給信源，信源進(jìn)入步驟(2)，接收方若成功接收數(shù)據(jù)包，進(jìn)入步驟(7)，否則繼續(xù)等待；(7)接收方解析數(shù)據(jù)包，判斷該數(shù)據(jù)包傳輸類(lèi)型，若屬于ARQ技術(shù)，進(jìn)入步驟(8)；若屬于噴泉碼技術(shù)，進(jìn)入步驟(9)；(8)接收方按照ARQ技術(shù)進(jìn)行解碼，進(jìn)入步驟(10)；(9)接收方按照噴泉碼技術(shù)進(jìn)行解碼，進(jìn)入步驟(10)；(10)接收方將解碼得到的數(shù)據(jù)送交應(yīng)用處理，本輪接收結(jié)束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)多播傳輸方法，其特征在于， 所述發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包包括包頭和數(shù)據(jù)信息兩個(gè)部分，包頭中包含編碼 方式，數(shù)據(jù)信息部分為傳送的有效數(shù)據(jù)信息。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自適應(yīng)多播傳輸方法，當(dāng)數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)到達(dá)速率小于或等于信源單個(gè)處理數(shù)據(jù)包的速率，信源采用ARQ技術(shù)向接收方傳送數(shù)據(jù)，否則采用噴泉碼技術(shù)傳送。本發(fā)明使ARQ和噴泉碼兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，避開(kāi)其分別處于劣勢(shì)的傳輸環(huán)境，使多播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高吞吐率低時(shí)延的傳輸性能，大大提高傳輸效率，增強(qiáng)系統(tǒng)健壯性。
文檔編號(hào)H04L1/18GK101330368SQ20081004767
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者劉應(yīng)狀, 周宗儀, 俊 孫, 張楊帆, 朱光喜, 林宏志, 王德勝 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)