[发明专利]一种LTE-WLAN异构无线网络系统中的跨层ARQ方法

说明书

技术领域

本发明涉及异构无线网络环境中的数据传输问题，尤其涉及3GPP长期演进技术（LTE）和无线局域网（WLAN）互联系统架构下多模终端在两者之间进行切换时保证数据传输质量的跨层自动重传请求 (ARQ)技术。

背景技术

近年来，互联网、通信技术迅猛发展，人们的生活品质逐步提高，多样化的智能终端开始普及，人们对通信网络的容量、速率、灵活性以及质量的需求日益增长，而单一模式的通信网络已无法满足现有需求，许多蜂窝网络供应商开始为无线通信资源的短缺而感到十分焦虑。另一方面，未来无线网络将是以室内通信为其主要应用场景，根据只有空间传输损耗计算法则，传输距离缩短一半，则功耗变为原来1/4,因此，室内覆盖通信方式符合绿色通信的主流；而对于高速移动或室外通信，我们还必须借助宏基站的覆盖。因此，为了在较小改动和较低花费的前提下提高无线通信网络的容量，同时实现以室内覆盖为主的微蜂窝或皮蜂窝等高速短距覆盖与以室外覆盖为主的宏小区之间的互联互通，异构网络融合的概念被提出，即将多种不同模式的接入技术融合在一起形成新型的异构网络。在各种异构网络融合技术中，无线局域网（IEEE 802.11 WLAN）和蜂窝网（GSM、GPRS、CDMA、LTE）的融合受到人们关注，相对于蜂窝网，WLAN具有更高的数据传输速率，但其覆盖范围相对较小，且一般不支持移动性，适用于室内覆盖通信；另一方面，和WLAN相比，蜂窝网的覆盖范围更广，支持用户具有更灵活的移动性，但其数据传输速率相对较低，适用于高速移动或室外通信。因此，如果我们能有效地整合WLAN和蜂窝网，用户和蜂窝网络供应商便能充分利用这些网络的互补性。特别是，蜂窝网可以通过和WLAN共享链路负载来容纳更多的用户，同时为用户提供更高的数据传输速率，并且可以给用户提供灵活的接入网络选择，实现室内覆盖通信和高速移动或室外通信的无缝结合。

在LTE-WLAN异构无线网络环境中，为了充分利用各链路资源并且为用户提供最好的数据服务，终端会在LTE网络和WLAN网络之间切换数据传输路径，两条路径时延特性的不同可能会造成IP数据包的乱序到达；终端在切换路径的过程中，连续传输的数据包会被暂时打断，部分数据包可能会因此而滞留在切换之前的原路径中，从而导致IP数据包的丢失。而IP数据包的乱序或丢包均会导致传输控制协议(TCP)链接进入拥塞控制状态，执行快恢复或慢启动过程，从而严重影响链路传输性能。

ARQ协议的确认和重传机制不仅能够在出现差错时让发送方重传出错的数据，同时也保证了接收方数据的按序提交。为了保证无线链路的可靠传输，LTE协议的媒体接入控制(MAC)层应用了混合自动重传请求(HARQ)协议，无线链路控制(RLC)层则应用了ARQ协议，IEEE 802.11协议的数据链路层同样应用了ARQ协议。但是数据链路层的ARQ协议并不能解决终端在LTE-WLAN异构无线网络环境中切换时造成的数据包丢失或乱序到达的问题，因此，我们需要在LTE-WLAN异构无线网络系统中应用跨层ARQ方法。

发明内容

本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种LTE-WLAN异构无线网络系统中的跨层ARQ方法，本发明能够有效地解决多模终端在LTE-WLAN异构无线网络系统中进行切换时造成的数据包丢失或乱序到达的问题，从而保证数据传输质量和系统性能。

本发明在LTE-WLAN异构无线网络系统的终端以及网关的数据链路层和网络层之间分别添加虚拟网卡，对上为应用层虚拟一个固定IP，避免因终端在不同网络之间切换而造成IP地址发生变化，对下屏蔽底层不同物理链路的影响；跨层ARQ模块位于终端及网关的虚拟网卡和实际物理网卡之间，其实现包含以下步骤：

（A）发送端

发送端维护一个发送窗口，发送窗口在循环队列中移动，其长度固定为循环队列的一定比例；发送窗口中数据包的状态分为三种：NOT_SEND，即未发送；SEND_NOT_RESPONSE，即已发送但未收到确认；SEND_AND_RESPONSE，即已发送且收到确认；

发送端包含三个并行的处理流程：发送数据包、接收确认字符(ACK)信息、更新发送状态；

（1）发送数据包处理流程的具体步骤为：

（1.1）从虚拟网卡提供的缓冲区中读取一定数目的IP数据包，并写入发送窗口所在的循环队列；