提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，在網(wǎng)絡(luò)通信中，當(dāng)通信質(zhì)量指示信號(hào)下降到某一門限以下時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的發(fā)送端媒體接入層MAC增加對(duì)一個(gè)物理幀層內(nèi)用戶數(shù)據(jù)載荷的有規(guī)律的重復(fù)、交織以及密集地均勻插入的循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC字節(jié)；同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的接收端媒體接入層MAC增加相應(yīng)解交織、去重復(fù)以及分段判斷循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC的方法保證信息的無錯(cuò)傳輸。有效提升在網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量較差時(shí)的通信可靠性，提高成功傳輸用戶數(shù)據(jù)載荷的概率，并避免因?yàn)榉磸?fù)請(qǐng)求重發(fā)而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)和終端設(shè)備的能耗。
【專利說明】提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，屬于無線局域網(wǎng)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的網(wǎng)絡(luò)通信覆蓋了通信技術(shù)的很大一方面，通常的網(wǎng)絡(luò)通信都遵循著OSI的分層模型，分層模型的最底層分別為MAC層(media access control layer,媒體接入層)和PHY層(physical layer，物理層)。在目前比較常見的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】中，藍(lán)牙和ZigBee的應(yīng)用越來越廣泛，在這些傳輸協(xié)議中，PHY在傳輸過程中對(duì)傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)載荷部分沒有特殊的FEC (forward error correction,前向糾錯(cuò))來進(jìn)行糾錯(cuò)保護(hù),僅僅依靠“檢錯(cuò)——重發(fā)”的機(jī)制來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。因此在鏈路質(zhì)量較差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大量的“等待”和“重發(fā)”過程，這些重發(fā)占用了寶貴的網(wǎng)絡(luò)資源同時(shí)也造成了巨大的傳輸延時(shí)，對(duì)于便攜設(shè)備來說這也意味著對(duì)電池能耗的浪費(fèi)。如何能自適應(yīng)地在鏈路質(zhì)量較差時(shí)對(duì)傳輸提供額外的保護(hù)來提高此時(shí)的可靠性同時(shí)在鏈路質(zhì)量較好時(shí)維持原來的性能是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的研究方向，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域都有積極的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，在鏈路質(zhì)量較差時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)通信可靠性并減少網(wǎng)絡(luò)中重傳的次數(shù)。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，在網(wǎng)絡(luò)通信中，當(dāng)通信質(zhì)量指示信號(hào)下降到某一門限以下時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的發(fā)送端媒體接入層MAC增加對(duì)一個(gè)物理幀層內(nèi)用戶數(shù)據(jù)載荷的有規(guī)律的重復(fù)、交織以及密集地均勻插入的循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC字節(jié)；同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的接收端媒體接入層MAC增加相應(yīng)解交織、去重復(fù)以及分段判斷循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC的方法保證信息的無錯(cuò)傳輸。
[0005]進(jìn)一步地，上述的提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，鏈路質(zhì)量被判斷為不可靠時(shí)在MAC層增加一層對(duì)用戶數(shù)據(jù)幀的處理，通過將MAC希望發(fā)送的原始用戶數(shù)據(jù)幀分割成更短的分段并在每一段后增加本分段獨(dú)立的循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC字節(jié)，并且將每一分段復(fù)制多個(gè)副本，再通過交織的方法將所有分段及其副本按照既定的規(guī)律進(jìn)行交織形成新的用戶數(shù)據(jù)幀提交給物理層進(jìn)行傳輸；當(dāng)鏈路質(zhì)量被判斷為不可靠時(shí)在接收端的MAC層對(duì)接收到的用戶數(shù)據(jù)幀進(jìn)行與發(fā)端相反的解析、解交織與重組，僅僅保留CRC校驗(yàn)正確的分段并丟棄重復(fù)的副本，當(dāng)所有分段都有至少一個(gè)副本被無錯(cuò)接收時(shí)，即可無錯(cuò)恢復(fù)出發(fā)端MAC希望傳輸?shù)脑加脩魯?shù)據(jù)幀。
[0006]更進(jìn)一步地，上述的提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，在發(fā)送端，當(dāng)物理層從媒體接入層MAC收到一個(gè)MAC幀準(zhǔn)備進(jìn)行物理層封裝和傳輸時(shí)，首先檢查此時(shí)傳輸鏈路質(zhì)量是否劣于給定門限，如果不是，則進(jìn)行正常的物理層封裝并傳輸；如果是，則進(jìn)行如下處理:首先將用戶數(shù)據(jù)載荷按L字節(jié)長度分段形成K個(gè)不同子幀，在每個(gè)子幀后獨(dú)立插入相應(yīng)的長度為Lcrc字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，將整個(gè)長度為K* (L+Lcrc)*N字節(jié)長度的幀內(nèi)以交織方法進(jìn)行交織，在物理層幀頭信息中加入信息序列表示該幀經(jīng)過處理而后將該幀通過發(fā)送端物理層進(jìn)行發(fā)送；
在接收端，當(dāng)物理層接收到一個(gè)物理層幀后首先通過解析物理層幀的幀頭信息中是否指示存在特殊處理，如果沒有，則按照正常的物理幀處理方法處理該幀；反之，則在接收端進(jìn)行如下特殊處理:首先將整個(gè)長度為K* (L+Lcrc)*N字節(jié)長度的物理層用戶數(shù)據(jù)載荷段以交織方法解交織，每個(gè)子幀的N個(gè)副本中僅保留CRC正確的一個(gè)并丟棄其他N-1個(gè)副本，如果所有子幀都至少有一個(gè)無錯(cuò)的副本，則將子幀合并成為MAC幀；如果存在某一個(gè)或幾個(gè)子幀的全部副本都有錯(cuò)，則通知MAC層本幀接收失敗。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在:
①本發(fā)明方法有效提升在網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量較差時(shí)的通信可靠性，提高成功傳輸用戶數(shù)據(jù)載荷的概率，并避免因?yàn)榉磸?fù)請(qǐng)求重發(fā)而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)和終端設(shè)備的能耗；
②在媒體接入層MAC將原始用戶數(shù)據(jù)載荷分成長度更短的帶有獨(dú)立冗余校驗(yàn)字節(jié)的子幀，并使用重復(fù)的方法引入足夠的冗余子幀，再通過交織的方法將所有的重復(fù)的子幀在時(shí)間上分散開來；
③在發(fā)送端以及接收端的媒體接入層增加的特定幀處理與解析僅在鏈路質(zhì)量差于某一給定門限時(shí)才啟用，當(dāng)鏈路質(zhì)量優(yōu)于這個(gè)門限時(shí)不進(jìn)行特定的幀處理與解析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明:
圖1:本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，在通信質(zhì)量指示信號(hào)下降到某一門限以下時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的發(fā)送端媒體接入層MAC增加對(duì)一個(gè)物理幀層內(nèi)用戶數(shù)據(jù)載荷的有規(guī)律的重復(fù)、交織以及均勻插入更多的循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC字節(jié)；同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的接收端媒體接入層MAC增加相應(yīng)解交織、去重復(fù)以及分段判斷循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC。
[0010]提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，在網(wǎng)絡(luò)通信中，當(dāng)通信質(zhì)量指示信號(hào)下降到某一門限(事先確定的具體門限，該門限的具體值取決于不同種類的通信網(wǎng)絡(luò)以及期待的網(wǎng)絡(luò)通信效率)以下時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的發(fā)送端媒體接入層MAC增加對(duì)一個(gè)物理幀層內(nèi)用戶數(shù)據(jù)載荷的有規(guī)律的重復(fù)、交織以及密集地均勻插入的循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC字節(jié)；同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的接收端媒體接入層MAC增加相應(yīng)解交織、去重復(fù)以及分段判斷循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC的方法來保證信息的無錯(cuò)傳輸，避免頻繁的產(chǎn)生重發(fā)請(qǐng)求。
[0011]當(dāng)鏈路質(zhì)量劣于一個(gè)門限時(shí)傳輸?shù)膸徽_無誤的接收的概率會(huì)明顯變小，通信可靠度明顯下降，傳統(tǒng)的方法是在接收端發(fā)現(xiàn)傳輸幀接收錯(cuò)誤后通知發(fā)送端將錯(cuò)誤的幀重發(fā)，直到接收端能無錯(cuò)的接收成功為止，這樣的機(jī)制會(huì)消耗大量的網(wǎng)絡(luò)資源用于請(qǐng)求重發(fā)，因此降低了網(wǎng)絡(luò)通信的效率；
繼而，為了改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信的效率，并且不增加接收端的物理層復(fù)雜度，本發(fā)明提出了當(dāng)鏈路質(zhì)量被判斷為不可靠時(shí)在MAC層增加一層對(duì)用戶數(shù)據(jù)幀的處理，通過將MAC希望發(fā)送的原始用戶數(shù)據(jù)幀分割成更短的分段并在每一段后增加本分段獨(dú)立的循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC字節(jié)，并且將每一分段復(fù)制多個(gè)副本，再通過交織的方法將所有分段及其副本按照既定的規(guī)律進(jìn)行交織形成新的用戶數(shù)據(jù)幀提交給物理層進(jìn)行傳輸，由于這種處理是在MAC傳給物理層之前完成的，因此對(duì)于物理層是透明的；
最后，當(dāng)鏈路質(zhì)量被判斷為不可靠時(shí)在接收端的MAC層對(duì)接收到的用戶數(shù)據(jù)幀進(jìn)行與發(fā)端相反的解析、解交織與重組，其原則是僅僅保留CRC校驗(yàn)正確的分段并丟棄重復(fù)的副本，當(dāng)所有分段都有至少一個(gè)副本被無錯(cuò)接收時(shí)，即可無錯(cuò)恢復(fù)出發(fā)端MAC希望傳輸?shù)脑加脩魯?shù)據(jù)幀。
[0012]在發(fā)送端，當(dāng)物理層從媒體接入層MAC收到一個(gè)MAC幀準(zhǔn)備進(jìn)行物理層封裝和傳輸時(shí)，首先檢查此時(shí)傳輸鏈路質(zhì)量是否劣于給定門限，如果不是，則進(jìn)行正常的物理層封裝并傳輸；如果是，則進(jìn)行如下處理:首先將用戶數(shù)據(jù)載荷按L字節(jié)長度分段形成K個(gè)不同子幀，在每個(gè)子幀后獨(dú)立插入相應(yīng)的長度為Lcrc字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，將整個(gè)長度為K*(L+Lcrc)*N字節(jié)長度的幀內(nèi)以交織方法進(jìn)行交織，在物理層幀頭信息中加入信息序列表示該幀經(jīng)過處理而后將該幀通過發(fā)送端物理層進(jìn)行發(fā)送；
在接收端，當(dāng)物理層接收到一個(gè)物理層幀后首先通過解析物理層幀的幀頭信息中是否指示存在特殊處理，如果沒有，則按照正常的物理幀處理方法處理該幀；反之，則在接收端要進(jìn)行如下特殊處理:首先將整個(gè)長度為K* (L+Lcrc)*N字節(jié)長度的物理層用戶數(shù)據(jù)載荷段以交織方法解交織，每個(gè)子幀的N個(gè)副本中僅保留CRC正確的一個(gè)并丟棄其他N-1個(gè)副本，如果所有子幀都至少有一個(gè)無錯(cuò)的副本，則將子幀合并成為MAC幀；如果存在某一個(gè)或幾個(gè)子幀的全部副本都有錯(cuò)，則通知MAC層本幀接收失敗。
[0013]具體應(yīng)用時(shí)，如圖1所示，例如在IEEE802.15.4 2.4G標(biāo)準(zhǔn)下的zigbee網(wǎng)絡(luò)通信中，物理層在接收時(shí)總可以得到一個(gè)鏈路質(zhì)量指示(LQI)值，當(dāng)該值小于某一給定門限時(shí)，表示此事鏈路質(zhì)量不可靠，容易產(chǎn)生接收錯(cuò)誤，由于在Zigbee標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)傳輸錯(cuò)誤僅僅進(jìn)行檢測并不進(jìn)行糾錯(cuò)，因此當(dāng)鏈路質(zhì)量指示值較低時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生傳輸超時(shí)后產(chǎn)生大量的重發(fā)請(qǐng)求。在這種情況下，我們對(duì)MAC傳遞給物理層的用戶數(shù)據(jù)載荷進(jìn)行如上述的特殊處理后在發(fā)送，相應(yīng)地在接收端進(jìn)行逆向特殊處理。
[0014]在網(wǎng)絡(luò)通信傳輸中在物理層傳輸前首先對(duì)鏈路質(zhì)量是否足夠好進(jìn)行判斷，如果鏈路質(zhì)量被判斷為不好，則會(huì)在物理層組幀前對(duì)媒體接入層提供的用戶數(shù)據(jù)載荷進(jìn)行特殊的處理并在物理層幀頭信息中標(biāo)識(shí)出相關(guān)信息以示區(qū)別。當(dāng)接收端物理層收到該幀后通過查看物理層幀頭中是否含有標(biāo)識(shí)信息來分辨是否為特殊處理過的幀，如果是，則進(jìn)行相應(yīng)的處理恢復(fù)出發(fā)端試圖傳輸?shù)膽魯?shù)據(jù)載荷；如果不是，則按照正常物理幀的處理方法處理。通過在特殊條件下對(duì)傳輸?shù)奶厥馓幚?，減小了用戶數(shù)據(jù)載荷的傳輸錯(cuò)誤率，并避免因?yàn)榉磸?fù)請(qǐng)求重發(fā)而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)和終端設(shè)備的能耗浪費(fèi)。
[0015]本發(fā)明方法有效提升在網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量較差時(shí)的通信可靠性，提高成功傳輸用戶數(shù)據(jù)載荷的概率，并避免因?yàn)榉磸?fù)請(qǐng)求重發(fā)而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)和終端設(shè)備的能耗；在媒體接入層MAC將原始用戶數(shù)據(jù)載荷分成長度更短的帶有獨(dú)立冗余校驗(yàn)字節(jié)的子幀，并使用重復(fù)的方法引入足夠的冗余子幀，再通過交織的方法將所有的重復(fù)的子幀在時(shí)間上分散開來；在發(fā)送端以及接收端的媒體接入層增加的特定幀處理與解析僅在鏈路質(zhì)量差于某一給定門限時(shí)才啟用，當(dāng)鏈路質(zhì)量優(yōu)于這個(gè)門限時(shí)不進(jìn)行特定的幀處理與解析。
[0016]需要理解到的是:以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，其特征在于:在網(wǎng)絡(luò)通信中，當(dāng)通信質(zhì)量指示信號(hào)下降到某一門限以下時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的發(fā)送端媒體接入層MAC增加對(duì)一個(gè)物理幀層內(nèi)用戶數(shù)據(jù)載荷的有規(guī)律的重復(fù)、交織以及密集地均勻插入的循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC字節(jié)；同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧的接收端媒體接入層MAC增加相應(yīng)解交織、去重復(fù)以及分段判斷循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC的方法保證信息的無錯(cuò)傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，其特征在于:鏈路質(zhì)量被判斷為不可靠時(shí)在MAC層增加一層對(duì)用戶數(shù)據(jù)幀的處理，通過將MAC希望發(fā)送的原始用戶數(shù)據(jù)幀分割成更短的分段并在每一段后增加本分段獨(dú)立的循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC字節(jié)，并且將每一分段復(fù)制多個(gè)副本，再通過交織的方法將所有分段及其副本按照既定的規(guī)律進(jìn)行交織形成新的用戶數(shù)據(jù)幀提交給物理層進(jìn)行傳輸；當(dāng)鏈路質(zhì)量被判斷為不可靠時(shí)在接收端的MAC層對(duì)接收到的用戶數(shù)據(jù)幀進(jìn)行與發(fā)端相反的解析、解交織與重組，僅僅保留CRC校驗(yàn)正確的分段并丟棄重復(fù)的副本，當(dāng)所有分段都有至少一個(gè)副本被無錯(cuò)接收時(shí)，即可無錯(cuò)恢復(fù)出發(fā)端MAC希望傳輸?shù)脑加脩魯?shù)據(jù)幀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的物理層自適應(yīng)處理方法，其特征在于:在發(fā)送端，當(dāng)物理層從媒體接入層MAC收到一個(gè)MAC幀準(zhǔn)備進(jìn)行物理層封裝和傳輸時(shí)，首先檢查此時(shí)傳輸鏈路質(zhì)量是否劣于給定門限，如果不是，則進(jìn)行正常的物理層封裝并傳輸；如果是，則進(jìn)行如下處理:首先將用戶數(shù)據(jù)載荷按L字節(jié)長度分段形成K個(gè)不同子幀，在每個(gè)子幀后獨(dú)立插入相應(yīng)的長度為Lcrc字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，將整個(gè)長度為K*(L+Lcrc)*N字節(jié)長度的幀內(nèi)以交織方法進(jìn)行交織，在物理層幀頭信息中加入信息序列表示該幀經(jīng)過處理而后將該幀通過發(fā)送端物理層進(jìn)行發(fā)送； 在接收端，當(dāng)物理層接收到一個(gè)物理層幀后首先通過解析物理層幀的幀頭信息中是否指示存在特殊處理，如果沒有，則按照正常的物理幀處理方法處理該幀；反之，則在接收端進(jìn)行如下特殊處理:首先將整個(gè)長度為K* (L+Lcrc)*N字節(jié)長度的物理層用戶數(shù)據(jù)載荷段以交織方法解交織，每個(gè)子幀的N個(gè)副本中僅保留CRC正確的一個(gè)并丟棄其他N-1個(gè)副本，如果所有子幀都至少有一個(gè)無錯(cuò)的副本，則將子幀合并成為MAC幀；如果存在某一個(gè)或幾個(gè)子幀的全部副本都有錯(cuò)，則通知MAC層本幀接收失敗。
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK103716130SQ201410009779
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】李宏 申請(qǐng)人:蘇州英菲泰爾電子科技有限公司