[发明专利]基于数字无线电窄带系统的R2UDP协议设计

说明书

技术领域

本发明是一种提高UDP协议在数字无线电窄带系统中传输性能的设计方法，属于无线通信和信息传播技术领域。

背景技术

在数字无线电窄带系统中，某些应用(如：配置文件，更新文件等)需要在空中传输大量的数据，该数据的发生没有一个专门的传输信道，而只能以较低的优先级与其他负载共享信道资源。这些数据在整个传输过程中由于信道速率低，数据丢包率高，而且常被与它共享信道的更高优先级的数据中断，所以传输将花费很长时间并且占用带宽的时间也比较长。

目前实现数据传输的方法主要有TCP传输控制协议和SCTP(Stream Control Transmission Protocol)流控制传输协议，以及UDP用户数据报议。TCP和SCTP协议都是面向连接的，保证了数据的可靠性，但是处理复杂、效率不高、占用资源较多、无法支持海量并发连接；UDP协议采用面向非连接的传输策略，速度快、效率高、可支持海量并发连接，但是存在可靠性差的缺点。而且这些协议主要适用于宽带领域，针对无线电系统窄带传输，则需要设计一个轻量级的、能够有效传输批量数据协议。

本发明是针对DMR(Digital Mobile Radio)应用中的PC端服务器和移动设备之间交换大尺寸配置数据文件设计的。控制站CS(Control Station)是无线电传输网络RAN(RadioAreaNetwork)和有线USB之间连接的数据路由器，它只透明传输不对数据做任何修改。该无线信道RAN具有三个特点：(1)低速率：OTA(OverTheAir)数据率低于9600bps；(2)易干扰：链路质量差；(3)低优先级：传输的配置文件具有较低的优先级，并且和高优先级应用(如：语音呼叫，短信传输)共享信道。系统架构图如图1所示。

在上述无线电系统中，USB链路具有高速且较好的链路质量，因此该传输系统的瓶颈是RAN的OTA链路性能。在两个端节点间的“传输时间”是个重要的参数。该参数受许多因素的影响：(1)由于射频衰减造成固有的无线信道高误码率的特性；(2)不同系统的往返延迟的变化；(3)当移动终端进行语音呼叫，或超过频率范围，或切换频道等，导致传输配置文件的成功率严重下降，传输信道变得不可用。

在无线电窄带系统中，批量数据传输所追求的是较短的传输时间和较少的带宽占用，因为长时间的信道被低优先级的数据应用占用，将影响其他高优先级数据的传输。为了实现这一目标，可在应用层即第七层协议上去实现，将原始的批量数据压缩、分段，传输被设计为“resilience”模式，即仅传输不成功的片段，不需要重新传输所有的数据。以这样的方式，能够节约带宽资源并且缩短整个传输时间。尽管在应用层上做相关处理在一定程度上获得了好处，但性能仍然不理想，主要的原因是每个片段可靠传输的效率较低。因此，需要在底层如传输层上设计一个传输数据更快且消耗的带宽资源更少的传输机制。

本发明针对数字无线电窄带系统点对点文件传输的特定应用，设计了R²UDP(Reduced Reliable UDP)，该协议创新地添加了可选择SBACK(Selective Bundled ACK)和智能探测帧(smart probe)，有效的改善了传输效率并节约了带宽，而且也减少了批量数据对共享信道传输的影响。

发明内容

本发明设计了一个适用于数字无线电窄带系统有效可靠的传输协议——R²UDP协议，该协议在效率和复杂性间达成了平衡。主要特点有：

●保证了每个UDP数据包传输的成功率；

●相比TCP，精简了协议复杂度，如确认拥塞机制和握手信号，从而缩短了传输时间并节约了带宽；

●简单、轻量级并且与已有的UDP协议兼容；

●提供了简化通用的用户API，如socket接口。

一、R²UDP基本原理及包格式

R²UDP是精简的UDP并且与已有的UDP包格式兼容。R²UDP的传输需要Fat发送端和Thin接收端。一个设备可以同时具备全双工发送和接收功能。发送端发送批量数据，主要功能是管理重传机制。接收端接收批量数据并返回ACK表明包成功接收。如图2所示，PC端作为发送端，移动终端作为接收端。传输网络为无线窄带系统。