[发明专利]无线局域网内组播场景中最小丢包重传方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种具有反馈链路的组播场景丢包恢复中生成最少数量重传包的方法。

背景技术

信息高效可靠传输问题是任意通信系统都需要研究的重要问题。很多应用要求完全可靠的传输数据，即不能有数据包的丢失，例如文件传输，财务应用，电子邮件，远程主机访问等应用。丢失文件数据或财务交易数据的后果严重。与有线网络相比，在无线通信网络中，有很多因素例如衰落、干扰、多径效应和碰撞会导致无线传输丢包率增高，这就增加了传输的开销，而这种开销在无线组播场景中是比较严重的。目前，无线传输系统中都是采用直接重传的方式，即每个用户丢什么包就向该用户重传该包。例如在一个AP同时为三个用户服务的组播系统中，AP广播了三个数据包P1、P2和P3，用户一丢失P1，用户二丢失P2，用户三丢失P3，根据现有802.11机制需要向用户一重传P1，向用户二重传P2，向用户三重传P3，所以AP需要广播三个重传包。当组播网络内用户增加，链路状况的差异会造成各个用户丢包不同且极度分散，尤其是在高密度情况下，传统的丢包恢复机制会导致重传包的数量极大，严重的增加了系统的开销，传输效率大大降低。当信道条件很差或者网络很拥堵的情况下，这样极低的传输效率会导致重传次数增加，时延加大，甚至传输失败。因此，对无线传输系统组播场景下的丢包恢复进行最优化研究无疑具有重要意义。

近些年提出了一种基于网络编码的组播重传方法，AP只需要重传一个数据包，即将P1、P2和P3进行异或组合操作形成异或组合包Q。用户一将Q与已正确接收到的P2、P3进行异或解码则可以恢复出丢包P1，同理用户二和用户三也能以相应的方式恢复出各自丢包。许多无线传输系统中基于网络编码的组播重传策略的研究已经开展。Nguyen等人和Tran等人在《Wireless Broadcast Using Network Coding》提出了一种无线组播中基于网络编码的丢包重传策略，发送节点根据接收节点反馈的丢包信息，机会的选择不同接收节点丢失的数据包进行编码，进而使得不同的接收节点在正确接收到编码重传数据包后，能恢复出其丢失的数据包。然而这种方法灵活性不好，不能在无线多播场景下根据各个接收节点的实际情况发送其需要的重传数据包，仅仅将一个无线多播数据帧内的所有数据包先按照一定方式进行编码再广播给所有接收节点，对于丢包较少的接收节点，会接收到大量多余的重传数据包。中南大学肖潇等人在《一种低丢包率无线网络中基于网络编码的广播重传方法》和《基于网络编码的无线网络广播重传方法》中提出了基于网络编码的无线网络广播重传方法(BRANC),对将每个用户的i号丢包异或组合形成重传包依次发送，如果无法恢复出丢包则更换组合方式再次发送。使用该方法不能保证系统内重传包数量最低，而且重传次数较多。在某些特殊丢包情况下这种机制不能保证所有接收节点都能恢复出丢失的数据包，因为采用这种机制的编码方案，不能保证重传包之间是线性独立的，因此导致重传包数量增多和重传次数增加。北京邮电大学曹震的硕士论文中基于包比特移位设计了一种改进范德蒙矩阵的编码方案，运用此方案能够保证发送最少编码重传数据包后，所有接收节点都能恢复出丢失的数据包。但是这种方案在接收端恢复丢包时的复杂度极大，并且数据包中一旦有一个比特位发生误码，此误码会严重蔓延。本申请人之前也提出过相关申请CN201410097774.0，提出了组播场景下丢包重传机制的框架和流程，以及重传包帧格式的设计。该申请中使用的生成异或组合包的方法是将每个用户的第i个丢包异或组合生成第i个重传包，此方法在某些特殊丢包情况下无法保证重传包之间线性无关，因而用户无法正确恢复出丢包。例如一个AP向四个用户广播了四个数据包P1、P2、P3和P4，用户一丢失P1、P2，用户二丢失P1、P4，用户三丢失P2、P3，用户四丢失P1、P4。根据该申请中的方法生成的重传包为P1⊕P2⊕P3和P2⊕P3⊕P4，对于用户三来说，根据重传包和自身已接收到的数据包无法正确恢复出任何丢包。利用上述BRANC的方法可以正确恢复出丢包，但是需要发送三个重传包P1⊕P2⊕P3、P2⊕P3⊕P4和P1⊕P2，因此重传包数量并不是最低。

为此，本发明设计了一种多播场景下最小丢包重传方法，这种方法适用于所有丢包情况。对于上文所述的丢包情况，根据本发明的编码方法得到的重传包为P1⊕P3和P2⊕P4，AP将重传包数量压缩到二个。本发明可以保证在所有用户成功恢复出丢包的情况下，AP每次生成的重传包数量低至理论最低值。并且，由于本发明编码和解码都是简单地进行比特按位异或操作，因此编译码复杂度均很低，额外硬件开销几乎为零。

发明内容