無線網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸控制技術(shù)研究

陳欲科

（公誠管理咨詢有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引言

在有限的資源條件下，用無線網(wǎng)絡(luò)進行可靠傳輸是值得從業(yè)者深究和重視的問題。因為在當今的社會上，互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)的要求也越來越嚴格，許多的應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)上進行無線傳輸，這也就提高了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的性能要求，要求無線網(wǎng)絡(luò)具有很高的可靠性和低傳輸時延性[1]。隨著智能手機的推行，移動通信技術(shù)也得到了發(fā)展，但是在有限的資源條件下，要盡可能的發(fā)展技術(shù)，提高傳輸安全性，減少丟包問題的發(fā)生，同時也要發(fā)展恢復(fù)數(shù)據(jù)技術(shù)，減少丟包問題帶來的損失。

1 無線網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸機制

現(xiàn)在應(yīng)用對數(shù)據(jù)包的發(fā)送成功率要求較高，達到百分之百，但是一般情況下，由于無線網(wǎng)絡(luò)的布網(wǎng)簡單，受傳輸環(huán)境影響嚴重，發(fā)送成功率僅有百分之二十，所以，無線網(wǎng)絡(luò)的丟包率很高，遠遠大于有線網(wǎng)絡(luò)。環(huán)境因素的不穩(wěn)定容易導(dǎo)致路徑損耗、盲區(qū)衰落、多徑衰落，還需要其他的技術(shù)來保證無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，從目前的技術(shù)手段來說，主要有以下四種輔助手段[2]。

1.1 自動請求重傳（ARQ）

ARQ是一種自動請求重傳的機制，當傳輸失敗時，會收到NACK的反饋，發(fā)送端獲得反饋后，會自動重新傳輸數(shù)據(jù)，直到收到了ACK的反饋。ACK的反饋代表著發(fā)送成功。但是這種機制也存在著一定的問題，例如當傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點較多，同時向發(fā)送端進行反饋，會造成反饋風暴，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延時問題。

1.2 前向糾錯機制（FEC）

FEC是從一定數(shù)量的消息中恢復(fù)想要的信息，可以避免大量無效數(shù)據(jù)的重傳，它延遲性低，但是占用的帶寬資源更多，傳輸大量的信息可以擁有較高的糾錯信息能力，在傳輸開銷和傳輸效率間要尋求一個平衡，F(xiàn)EC和NACK結(jié)合起來使用可以達到這個平衡。在應(yīng)用方面FEC和ARQ適用于不同的場景，F(xiàn)EC更合適用在傳輸錯誤率高的情況下[3]。

1.3 混合方案

將ARQ和FEC結(jié)合起來，就是混合差錯控制技術(shù)，用FEC的機制可以避免反饋風暴的出現(xiàn)，再利用ARQ的方式，可以對傳輸出錯的數(shù)據(jù)進行糾錯重傳，提高傳達成功率。

1.4 網(wǎng)絡(luò)編碼

網(wǎng)絡(luò)編碼是利用路由器和編碼的信息交換技術(shù)，與傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)不同，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸是利用中間節(jié)點作為應(yīng)答器，對數(shù)據(jù)進行存儲和傳。網(wǎng)絡(luò)編碼中最重要的機制是當路徑中的節(jié)點收到信息時傳輸?shù)较乱惶瑢γ總€節(jié)點的信息都進行了網(wǎng)絡(luò)編碼，將網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬有效的利用起來，提高了利用率[4]。

2 無線網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸機制設(shè)計

像Tetry一樣，RQUDP以內(nèi)聯(lián)冗余率k發(fā)送數(shù)據(jù)，可以恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)包，且將數(shù)據(jù)進行平滑的傳輸。其目標是可靠的傳輸機制，且保證數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸?shù)綉?yīng)用程序。像這樣一種輕量、自適應(yīng)、可靠的傳輸機制可以實現(xiàn)為II型HARQ（增量冗余）、UDP傳輸代理或可靠的隧道（如RBSCP）[5]。

RQUDP可以恢復(fù)所有的數(shù)據(jù)，避免損失，當沒有可發(fā)送的數(shù)據(jù)時還會自動終止。它具有移動的編碼窗口，可以避免突然發(fā)生的不良情況與事件對數(shù)據(jù)傳輸制度的影響，還能限制接收端解碼的復(fù)雜性，可以憑借輕量級確認機制的連續(xù)包丟失率估計的冗余調(diào)整。

自適應(yīng)冗余度的算法在此不做贅述，接下來將詳細介紹前兩種機制。

表1列出了本節(jié)中使用的不同符號。圖1展示了完整的數(shù)據(jù)交換過程，其中數(shù)據(jù)包為黑色，修復(fù)包為紅色，恢復(fù)包為灰色。大小為W=4的編碼窗口是發(fā)送方緩沖區(qū)中的紅色幀。

表1 本節(jié)不同符號的含義

圖1 完全可靠機制原理圖

2.1 基于反饋的完全可靠機制的設(shè)計

RQOUDP對NACK方案進行了改進，提供了一個可靠性良好的工作層，可以適應(yīng)各個環(huán)境，它獨立于包錯誤率（packet error rate, PER）和內(nèi)聯(lián)冗余比。確認包可以指定丟失的序列號列表，還可以指定接收包最高連續(xù)序列號。接收方未確認，發(fā)送方則會將沒確認的部分再次發(fā)送，直到被接收方確認，保證線性組合數(shù)據(jù)包的可靠性。在發(fā)送全部的數(shù)據(jù)以后，要在每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包里包含一個Flag，發(fā)送方設(shè)置為1，指示流的結(jié)束。當接收者開始解碼，就會自動使用ARQ的F flag進行結(jié)束，關(guān)閉對話框。這避免了反饋風暴的出現(xiàn)，提高了傳輸效率[6]。

它記錄窗口號、窗口總數(shù)以及窗口和內(nèi)存中的地址映射關(guān)系，調(diào)用發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)包。它從內(nèi)存獲取數(shù)據(jù)存儲信息，封裝數(shù)據(jù)到自定義數(shù)據(jù)幀中，并啟動封裝過程，與消息處理狀態(tài)機相似，在接收數(shù)據(jù)的過程中，可以直接用信息處理模塊對信息進行處理，接收和消息處理同時進行可以提高工作效率。當接收的信息和窗口與發(fā)送的一致，就會用接收窗口進行接收，如果不一致，接收端會利用NACK進行反饋。根據(jù)接收端的反饋，發(fā)送端會采取不同的方法，例如ACK代表需要重新傳輸，而NACK則代表需要先找回丟失數(shù)據(jù)再進行傳輸[7]。

2.2 滑動編碼窗口的設(shè)計

發(fā)生混亂時，可以采用接收端計算資源，在嵌入式系統(tǒng)中，使用大小為W的滑動編碼窗口對譯碼的復(fù)雜程度進行界限，這樣的窗口可以一直增長，直到達到最大的大小，比起傳統(tǒng)的有限大小的窗口更加靈活方便。在特殊情況發(fā)生時，編碼窗口可能會被阻礙，這時還是應(yīng)該繼續(xù)照常發(fā)送新的數(shù)據(jù)包，保證接收端可以平滑的接收數(shù)據(jù)。當編碼的窗口已經(jīng)滿了的時候，可以用不同的系數(shù)編碼同一組數(shù)據(jù)，使用多個修復(fù)包進行修復(fù)。在使用RaptorQ進行發(fā)送時，發(fā)送方設(shè)計符號來進行編碼，在反饋過程中，當出現(xiàn)傳輸延遲，且延遲較長，則會觸發(fā)重發(fā)，所以必須選擇RTO的一部分作為緩沖包的計時器，RTO是RTT的乘法，選擇RTO的時間會避免重新傳輸，重傳定時器與RTO的測量有關(guān)，它能測量網(wǎng)絡(luò)動態(tài)參數(shù)，及時反映網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)傳輸效率，避免數(shù)據(jù)的丟失。無線網(wǎng)絡(luò)傳播延遲長，延遲的時間可以用來收集符號應(yīng)用RaptorQ的編碼，一般來說，會選擇當前RTO時間的三分之一來作為延遲定時器[8]。

3 結(jié)語

在這個信息高速發(fā)達的時代，對計算機的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展要求也越來越高，保障數(shù)據(jù)信息的高效、安全、穩(wěn)定是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)必須滿足的問題，相關(guān)從業(yè)人員要深入研究如何完成數(shù)據(jù)在不同網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸，如何提高網(wǎng)絡(luò)傳輸之間的成功率，才能滿足如今時代發(fā)展的需求。