CN1592244A - 一种用于无线局域网的混合自动重发请求方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种在无线局域网中由无线终端执行的混合自动重发请求方法，包括步骤：(a)接收数据帧，并检测所收到的数据帧是否满足通信质量的要求；(b)若该收到的数据帧不满足通信质量的要求，则存储该数据帧；(c)接收一个重发的数据帧，并从存储的数据帧中选择与该重发数据帧传送相同内容的数据帧；(d)将所述选出的数据帧和该重发的数据帧合并，以得到一个满足通信质量要求的数据帧。

Description

一种用于无线局域网的混合自动重发请求方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于无线局域网的混合自动重发请求方法及装置。
技术背景
无线局域网(WLAN)是一种数据通信***，因为它可以通过无线电波发射和接收数据，减少对有线连接的需要，同时混合了数据连接性和用户移动性的优点，且部署简单，所以它作为有线局域网的扩展或替代品可以广泛应用在大楼或校园内。
无线局域网是一种基于帧(数据分组)进行数据传输的通信***，它的一个主要性能要求是可靠的传输服务。但是，无线局域网中的无线链接是非常容易发生与位置相关的时变和突发的错误。为了减少无线链接的错误以获取可靠的传输服务，在无线局域网中广泛使用自动重发请求(ARQ)方法。
自动重发请求(ARQ)的工作原理为：当接收到来自发送方无线终端的一个数据帧时，接收方无线终端通过错误校验码(比如循环冗余校验码(CRC))检查该数据帧的可靠性，即：所传送的数据帧是否满足通信质量的要求。如果该数据帧不可靠，拒绝接收该数据帧，并且通过反馈信道要求发送方无线终端重新发送该数据帧，或者不向发送方无线终端发送确认消息以使它经过一定时间后重新发送该数据帧；如果该数据帧可靠，接收方无线终端接收该数据帧并向发送方无线终端发送一个确认消息。
图1是自动重发请求方法对数据帧的处理方法的示意图。如图所示，首先，接收方无线终端接收到数据帧10，对该数据帧包含的错误校验码(比如循环冗余校验码(CRC))进行校验但校验失败，该接收方无线终端于是抛弃数据帧10并要求发送方无线终端重新发送该数据帧。然后，该接收方无线终端接收到第一次重发的数据帧20，对其包含的错误校验码(比如循环冗余校验码(CRC))进行校验但校验还是失败，该接收方无线终端抛弃数据帧20并要求发送方无线终端再次重新发送该数据帧。最后，该接收方无线终端接收到第二次重发的数据帧30，对该数据帧包含的错误校验码(比如循环冗余校验码(CRC))进行校验，校验成功，该接收方无线终端接受数据帧30。
在信道传输质量良好时，因不可靠而要求重传的数据帧很少，无线局域网单位时间内传输的有效数据量很大，在这种情况下自动重发请求(ARQ)方法能同时保证无线局域网可靠的传输服务和很高的有效数据吞吐量。在信道传输质量很恶劣时，因不可靠而要求重传的数据帧很多，无线局域网单位时间内传输的有效数据量很小，在这种情况下自动重发请求(ARQ)方法虽然能保证无线局域网可靠的传输服务，但是不能提供无线局域网很高的有效数据吞吐量。
为了在各种信道传输质量下，无线局域网都能获得可靠的传输服务和很高的有效数据吞吐量，有必要为无线局域网提出一种更先进的自动重发请求(ARQ)方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于无线局域网的混合自动重发请求方法及装置。在该方法及装置中，保留不可靠的数据帧，并和后续收到的重新发送的传输相同数据内容的数据帧通过时间分极进行合并得到可靠的数据帧，以此来减少重发数据帧的数量，保证在给无线局域网提供可靠的传输服务的同时，能大幅度地提高无线局域网的有效数据的吞吐量。
按照本发明的一种在无线局域网中由无线终端执行的混合自动重发请求方法，包括步骤：(a)接收数据帧，并检测所收到的数据帧是否满足通信质量的要求；(b)若该收到的数据帧不满足通信质量的要求，则存储该数据帧；(c)接收一个重发的数据帧，并从存储的数据帧中选择与该重发数据帧传送相同内容的数据帧；(d)将所述选出的数据帧和该重发的数据帧合并，以得到一个满足通信质量要求的数据帧。
附图简述
图1是现有自动重发请求方法对数据帧的处理方法的示意图；
图2是本发明混合自动重发请求方法的原理示意图；
图3是本发明混合自动重发请求方法的基本状态机；
图4是本发明混合自动重发请求方法的流程图；
图5是实现本发明混合自动重发请求方法的一个***结构示意图。
发明详述
本发明提出的混合自动重发请求方法的核心思想为：保存收到的不可靠的数据帧，并把它和后续收到的重新发送的传送相同数据内容的数据帧各自与一个跟其可靠性相应的加权系数相乘，然后把加权后的各个数据帧按照最大比合并(MRC：Maximum Ratio Combining)原则，即：合并得到的数据帧的信噪比最大的原则，合成一个新的可靠的数据帧。
图2是本发明混合自动重发请求方法的原理示意图。如图所示，对于来自发送方无线终端的循环冗余校验码(CRC)校验失败的数据帧40和第一次重发的数据帧50，接收方无线终端不抛弃它们，而是将它们以及与它们各自相应的根据帧头计算得到的合并系数(即加权系数)保存在缓冲器T10中。在收到循环冗余校验码(CRC)校验失败的第二次重发的数据帧60后，首先根据数据帧60的帧头，计算得到与其相应的合并系数(即加权系数)，然后从缓冲器T10中获取数据帧40和50以及与它们相应的合并系数(即加权系数)，最后在最大比合并单元T20中数据帧40、50和60各自与它们相应的合并系数(即加权系数)相乘并按照最大比合并原则合并输出一个循环冗余校验码(CRC)校验成功的数据帧。
图3是本发明混合自动重发请求方法的基本状态机。如图所示，本发明混合自动重发请求方法的缺省工作状态为成功状态，即A状态。在收到一个数据帧后，混合自动重发请求方法对该数据帧的循环冗余校验码(CRC)进行校验，如果校验成功，继续在A状态下工作；如果校验失败，转到存储状态下工作，即在B状态下工作。在B状态下，混合自动重发请求方法存储校验失败的数据帧并等待接收重发的数据帧；在收到重发的数据帧后，把存储的校验失败的数据帧和所述收到的重发数据帧进行加权合并得到一个新的合并数据帧，如果该合并数据帧的循环冗余校验码(CRC)校验成功，混合自动重发请求方法返回A状态下工作；如果该合并数据帧的循环冗余校验码(CRC)校验失败，混合自动重发请求方法继续工作在B状态，保存所述收到的重发数据帧并等待接收下一个重新发送的数据帧。
下面结合附图4，以采用IEEE802.11协议的无线局域网为例，详细说明本发明的混合自动重发请求方法。
如图所示，当收到一个数据帧时，无线终端对包含在该数据帧的帧检测序列(FCS)字段中的循环冗余校验码(CRC)进行校验(步骤S10)，若CRC校验失败，则将该数据帧顺序存入一个缓冲器中(步骤S20)。其中在所存储的数据帧中，不包含该数据帧的导频数据(导频数据(preamble)是一个训练序列，用于数据的同步和信道估算)，导频数据部分由信道估算结果替代，以在后续对该数据帧进行合并加权时用作加权系数。除信道估算结果外，所存储的数据帧中还包括：PLCP头(物理层汇聚协议头)、MAC头(媒体访问控制头)、帧主体以及FCS字段，其中的PLCP头和MAC头在后续对该数据帧进行合并加权时用于识别该数据帧，上述的缓冲器中存储的数据帧的结构可参见附图5。
当收到一个新的重发的数据帧时(步骤30)，无线终端首先校验其CRC(步骤32)，若CRC校验失败，则从存储在缓冲器内的数据帧中选择与该重发的数据帧具有相同传送内容的数据帧(步骤35)，并且将所选出的数据帧与当前收到的数据帧，分别与其对应的加权系数相乘(步骤40)，然后，对经过加权后的各数据帧，采用最大比合并(MRC)的方法进行合并，以得到一个经过加权合并的数据帧(步骤50)。对该合并得到的数据帧，无线终端再次进行CRC校验(步骤60)，若CRC校验仍旧失败，则将该收到的新的重发的数据帧存储到缓冲器中，并等待接收下一个新的重发的数据帧(步骤70)；若CRC校验成功，则在输出该合并得到的数据帧的同时，指示一个缓冲器管理单元，将所选出的数据帧从缓冲器中删除(步骤80)。
在上述的混合自动重发请求方法中，采用了信道估算结果作为权重系数，对所收到的重发的数据帧和缓存的数据帧进行加权。由于信道估算模块是所有无线局域网终端的必要组成部分，因而，不需要增加额外的硬件资源即可以得到本发明混合自动重发请求方法所需要的加权系数。
此外，实现该方法并不需要对现有无线局域网作任何更改，也不需要增加复杂的计算单元，仅仅需要增加若干帧的缓冲单元。
对于附图4所述的混合自动重发请求方法，可以用软件模块实现，也可以用硬件模块实现。当用硬件模块实现时，该混合自动重发请求装置包括：一个检测单元，用于当收到一个数据帧时，对包含在该数据帧的帧检测序列(FCS)字段中的循环冗余校验码(CRC)进行校验；一个缓冲器单元，用于当CRC校验失败时存储该数据帧；一个帧识别单元，用于当收到一个新的重发的数据帧时，从存储在缓冲器内的数据帧中选择与该重发的数据帧具有相同传送内容的数据帧；一个加权单元，用于将所选出的数据帧与当前收到的数据帧，分别与对应的加权系数相乘；一个合并单元，用于对经过加权后的各数据帧，采用最大比合并(MRC)的方法进行合并，以得到一个经过加权合并的数据帧；一个缓冲器管理单元，用于当对合并得到的数据帧进行CRC校验且校验成功时，从缓冲器中删除上述选出的数据帧。
图5示出了在无线终端中使用硬件模块实现本发明混合自动重发请求方法的一个***结构示意图。如图所示，当无线终端收到一个数据帧时，如果经过检测单元的校验，该数据帧的帧检测序列(FCS)字段中的循环冗余校验码(CRC)校验失败，则导频估算单元200对该数据帧的导频数据进行信道估算以得到信道估算结果，然后将信道估算结果作为加权系数替换该数据帧的导频数据，最后将变换过的该数据帧保存在缓冲器210中。当无线终端收到一个重发的数据帧时：(1)首先，导频估算单元200对该重发数据帧的导频数据进行信道估算得到信道估算结果，并将信道估算结果作为加权系数替换该数据帧的导频数据；(2)接着，帧识别单元220从缓冲器210中选择出PLCP头和MAC头与该重发数据帧的PLCP头和MAC头相同的数据帧(如图中虚线箭头L1和L2所示)；(3)然后最大比合并单元230将该重发数据帧的帧体以及从缓冲器210中选出来的数据帧的帧体(如图中虚线箭头L3所示)各自与其加权系数(如图中虚线箭头L4所示)相乘并按照最大比合并方法合并输出一个数据帧；(4)最后，在校验单元240中对该合并得到的数据帧进行循环冗余校验码(CRC)校验，如果校验失败，无线终端将该重发数据帧保存在缓冲器210中并等待新的重发数据帧；如果校验成功，无线终端输出该合并的数据帧，并且指示缓冲器管理单元250从缓冲器210中删除所述选出的数据帧。
有益效果
综上所述，本发明的用于无线局域网的混合自动重发请求方法及装置，通过保存接收到的不可靠的数据帧，并使它和后续收到的重新发送的传输相同数据内容的数据帧按照一定的规则进行组合得到可靠的数据帧，以此达到了减少重发数据帧数量，保证在给无线局域网提供可靠的传输服务的同时，大幅度地提高无线局域网的有效数据的吞吐量的目的。同时，实现该装置并不需要对现有无线局域网做任何更改。此外，该装置并不需要增加复杂的计算单元，仅仅增加若干帧的缓冲器单元。
本领域技术人员应当理解，本发明所公开的用于无线局域网的自动重发请求方法及装置，可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (13)

1、一种在无线局域网中由无线终端执行的混合自动重发请求方法，包括步骤：
(a)接收数据帧，并检测所收到的数据帧是否满足通信质量的要求；
(b)若该收到的数据帧不满足通信质量的要求，则存储该数据帧；
(c)接收一个重发的数据帧，并从存储的数据帧中选择与该重发数据帧传送相同内容的数据帧；
(d)将所述选出的数据帧和该重发的数据帧合并，以得到一个满足通信质量要求的数据帧。
2、如权利要求1所述的方法，还包括步骤：
(e)检测合并的数据帧是否满足通信质量的要求；
(f)若合并的数据帧不满足通信质量的要求，则存储所述重发的数据帧。
3、如权利要求2所述的方法，还包括步骤：
(g)若合并的数据帧满足通信质量的要求，则删除所述选出的数据帧。
4、如权利要求1至3中任意权利要求所述的方法，其中步骤(d)包括：
(i)将所述选出的数据帧和重发的数据帧分别与估算的加权系数相乘；
(ii)将加权后的所述选出的数据帧和加权后的重发的数据帧进行合并，以得到一个满足通信质量要求的数据帧。
5、如权利要求4所述的方法，其中所述的加权系数是根据数据帧中包含的与数据帧传送质量有关的信息而得到的。
6、如权利要求5所述的方法，其中所述的加权系数是根据数据帧中的导频数据计算的信道估算结果。
7、如权利要求4所述的方法，其中的合并方法采用的是最大比合并方法。
8、如权利要求1至3中任意权利要求所述的方法，其中所存储的数据帧至少包括数据帧识别信息和与数据帧传送质量有关的信息。
9、一种能够执行混合自动重发请求方法的无线终端，包括：
一个接收单元，用于接收数据帧；
一个检测单元，用于检测所收到的数据帧是否满足通信质量的要求；
一个存储单元，用于当该收到的数据帧不满足通信质量的要求时，存储该数据帧；
一个帧识别单元，用于从存储的数据帧中选择与收到的重发的数据帧传送相同内容的数据帧；
一个合并单元，用于将所述选出的数据帧和该重发的数据帧合并，以得到一个满足通信质量要求的数据帧。
10、如权利要求9所述的无线终端，还包括：
一个控制单元，用于当合并的数据帧满足通信质量的要求时，删除所述选出的数据帧。
11、如权利要求9或10所述的无线终端，其中所述合并单元还包括：
一个加权单元，用于将所述选出的数据帧和重发的数据帧分别与估算的加权系数相乘。
12、如权利要求11所述的无线终端，其中所述的加权系数是根据数据帧中的导频数据计算的信道估算结果。
13、如权利要求9或10所述的无线终端，其中所存储的数据帧至少包括数据帧识别信息和与数据帧传送质量有关的信息。
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