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CN102684854B - Mac层arq参数的自适应调整方法 - Google Patents

Mac层arq参数的自适应调整方法 Download PDF

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CN102684854B CN201110054034.5A CN201110054034A CN102684854B CN 102684854 B CN102684854 B CN 102684854B CN 201110054034 A CN201110054034 A CN 201110054034A CN 102684854 B CN102684854 B CN 102684854B
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Abstract

本发明公开了一种MAC层ARQ参数的自适应调整方法,所述自适应调整方法包括步骤:S1:根据发送端接收到的NACK与ACK的比值将网络状况分为好、中和差三种情况;S2:在连接建立时,发送端根据物理层调制编码方式和服务质量QoS优先级,按照网络为好的情况来设置ARQ参数,发送DSA-REQ请求建立新的服务流;S3:在数据传输过程中,发送端启动一个定时器Tmonitor,统计预定时段内收到的NACK与ACK的个数,根据NACK与ACK的比值来估计网络状况,若网络状况或物理层调制编码方式发生改变,则通过DSC重新协商ARQ参数。根据本发明所采用的方法,可避免ARQ参数与网络状况及物理层调制编码方式失配的情况下,带来的性能急剧下降,提高了MAC层的吞吐量,使整个网络的性能达到最佳。

Description

MAC层ARQ参数的自适应调整方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,尤其涉及一种宽带无线接入系统中MAC(Media Access Control,媒体接入控制)层ARQ(AutomaticRepeat reQuest,自动重传请求)参数的自适应调整方法。
背景技术
宽带无线接入系统要求在多变的无线信道中实现可靠的链路,这个目标首先通过采用合适的传输和多址技术、优化的参数设计、智能化的链路自适应技术、可靠的信道编解码技术和先进的多天线技术来实现。但即使采用了上述措施,也难以完全避免传输错误。ARQ技术就是对可能出现误包进行修正的方法,即在发送端将上层的数据包分成小的子数据包,并发出。如果接收端发现某个子数据包未正确接收,则可以要求发送端重传。基于IEEE 802.16标准的WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access,全球微波互联接入)网络正在成为城域网范围内的宽带无线接入主导技术之一。在IEEE 802.16标准中,WirelessMAC-SCa、WirelessMAC-OFDM、WirelessMAC-OFDMA三种物理规范都支持ARQ机制,其中WirelessMAC-OFDMA还可选用混合ARQ,即FEC(Forward ErrorCorrection,前向纠错)+ARQ机制。
IEEE 802.16的MAC层采用的ARQ机制是选择性重传方式,即发送端维护一个缓存表,保存已经发送但是没有收到ARQ正反馈(ACK)的数据包及序号;接收端也维护一个对应于正确接收数据包的接收缓存表。发送完一个数据包后,发送端并不停下来等待响应,而是继续发送新的数据包。如果正确接收,接收端返回ACK,发送端删除对应的数据包;否则返回ARQ负反馈(NACK),发送端则重传对应的数据包,同时继续按当前顺序发送新的数据包;如果发送端未在规定时间内收到ACK或NACK则也将重传相应数据包。在发送端和接收端间建立连接时,就应该通过DSA(dynamic service addition,动态服务流创建)协商确定好ARQ的参数,在连接维持过程中可以通过DSC(dynamic service change,动态服务流修改)重新协商ARQ参数。ARQ参数主要包括ARQ块大小(ARQ_BLOCK_SIZE)、超时重传时间(ARQ_RETRY_TIMEOUT)、滑动窗口大小(ARQ_WINDOW_SIZE)、块可操作时间(ARQ_BLOCK_LIFETIME),这四个参数的设置对MAC层数据流的延时和吞吐量等性能影响尤为关键。而且他们的取值在不同网络状况、物理层调制编码方式以及服务质量(QoS)下有不同的最佳范围,一旦失配,MAC层性能将急剧下降,通常表现为吞吐量降低,延时增加。若上层数据流为TCP连接,其影响将继续扩散,导致整个TCP流吞吐量降至极低。而现有技术中并未提出怎样根据实时的网络状况、物理层调制编码方式以及服务质量(QoS)来设定最佳ARQ参数的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是,针对上述缺陷,如何提供一种MAC层ARQ参数的自适应调整方法,其能够减小网络MAC层数据流的延时并提高网络MAC层数据流的吞吐量。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供了一种MAC层ARQ参数的自适应调整方法,所述自适应调整方法包括步骤:
S1:根据发送端接收到的ARQ负反馈NACK与正反馈ACK的比值将网络状况分为好、中和差三种情况;
S2:在连接建立时,发送端根据物理层调制编码方式和服务质量QoS优先级,按照网络为好的情况来设置ARQ参数,发送DSA-REQ消息请求建立新的服务流;
S3:在数据传输过程中,发送端启动一个定时器Tmonitor,统计预定时段内收到的NACK与ACK的个数,根据NACK与ACK的比值来估计网络状况,若网络状况或物理层调制编码方式发生改变,则通过DSC重新协商ARQ参数。
优选地,步骤S3中所述发送端启动一个定时器Tmonitor,统计预定时段内收到的NACK与ACK的个数具体包括:如果发送端接收到包含ARQ反馈消息的数据MAC PDU,则判断是否为本连接的第一个ARQ反馈信息,如果是,则启动定时器Tmonitor,分别记录NACK与ACK的个数;否则,分别累加NACK与ACK的个数。
优选地,步骤S2具体包括:
在连接建立时,发送端根据QoS优先级分类规则,将需要发送的数据映射到不同的QoS队列中,建立其服务流ID,根据服务流特性,建立QoS参数集,判断该QoS参数集是否为已存在,如果为存在,开始传送数据;否则,判断是否已启动定时器T7,如果已启动,表明已发送过DSA-REQ,等待DSA-RSP,如果收到DSA-RSP,则删除定时器T7,将该服务流的QoS参数集设置为存在,发送DSA-ACK;否则,表明为一条新连接,则将其服务流ID映射到新的CID,并发送DSA-REQ管理消息,将其中Service flow encodings字段中的ARQ Enable设置为1,根据该连接所在的QoS优先级、物理层调制编码方式,按照网络状况为好的情况来设置ARQ参数,启动定时器T7,发送连接建立请求。
优选地,如果在连接建立时,发送端等待接收端回复消息的定时器T7超时,则按照网络状况为差的情况来调整ARQ参数,发送DSA-REQ,重新启动定时器T7,重新发送请求。
优选地,所述预定时段的长度为秒级。
优选地,所述ARQ参数至少包括:
ARQ块大小、超时重传时间、滑动窗口大小和块可操作时间。
优选地,所述步骤S1具体包括:
设NACK与ACK的比值为n,如果n<0.5%,判断网络状况为好;如果0.5%<n<1%,判断网络状况为中;如果n>1%,判断网络状况为差。
(三)有益效果
本发明提出了如何MAC层ARQ参数的自适应调整方法,其能够实时探知网络状况、物理层调制编码方式,并根据不同的网络状况,将ARQ参数设置为最佳值,从而提高网络MAC层数据流的延时和吞吐量等性能。
附图说明
图1是本发明实施例的MAC层ARQ参数的自适应调整方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明实施例的MAC层ARQ参数的自适应调整方法的流程图;如图1所述,所述自适应调整方法包括步骤:
S1:根据发送端接收到的NACK与ACK的比值将网络状况分为好、中和差三种情况;
例如,设NACK与ACK的比值为n,如果n<0.5%,判断网络状况为好;如果0.5%<n<1%,判断网络状况为中;如果n>1%,判断网络状况为差。
S2:在连接建立时,发送端根据物理层调制编码方式和服务质量(QoS)优先级,按照网络为好的情况来设置ARQ参数,发送DSA-REQ(dynamic service addition-request,动态服务流创建请求)消息请求建立新的服务流;
本步骤具体包括:在连接建立时,发送端根据QoS优先级分类规则,将需要发送的数据映射到不同的QoS队列中,建立其服务流ID(SFID),根据服务流特性,建立QoS参数集,判断该QoS参数集是否为已存在。如果为存在,开始传送数据;否则,判断是否已启动定时器T7(参见2004版IEEE 802.16标准),如果已启动,表明已发送过DSA-REQ(dynamic service addition-request,动态服务流创建请求),等待DSA-RSP(dynamic service addition-response,动态服务流创建应答),如果收到DSA-RSP,则删除定时器T7,将该服务流的QoS参数集设置为存在,发送DSA-ACK(dynamic serviceaddition-acknowledgement,动态服务流创建确认);否则,表明为一条新连接,则将其SFID映射到新的CID(connection identifier,连接标识符),并发送DSA-REQ管理消息,将其中Service flow encodings字段中的ARQ Enable设置为1,根据该连接所在的QoS优先级、物理层调制编码方式,按照网络状况为好的情况来设置ARQ参数。启动定时器T7。发送连接建立请求。
在本步骤中,如果在连接建立时,发送端等待接收端回复消息的定时器T7超时,则按照网络状况为差的情况来调整ARQ参数,发送DSA-REQ,重新启动定时器T7,重新发送请求。
S3:在数据传输过程中,发送端启动一个定时器Tmonitor,统计预定时段内收到的NACK与ACK的个数,根据NACK与ACK的比值来估计网络状况,若网络状况或物理层调制编码方式发生改变,则通过DSC重新协商ARQ参数;否则继续按之前的ARQ参数传输。
在本步骤中,如果网络状况与上一次监测的结果一样,并且物理层调制解调方式都未变,则重新启动定时器Tmonitor。否则,根据网络状况的判断结果,结合物理层调制编码方式重新设置Service flowencodings字段中的ARQ参数,发送DSC-REQ(dynamic service change-request,动态服务流修改请求)管理消息,启动定时器T7,如果收到DSC-RSP(dynamic service change-response,动态服务流修改应答),则删除定时器T7,发送DSC-ACK(dynamic service change-acknowledgement,动态服务流修改确认)。
其中,发送端启动一个定时器Tmonitor,统计预定时段内收到的NACK与ACK的个数具体包括:如果发送端接收到包含ARQ反馈消息的数据MAC PDU,则判断是否为本连接的第一个ARQ反馈信息,如果是,则启动定时器Tmonitor,分别记录NACK与ACK的个数;否则,分别累加NACK与ACK的个数。
所述预定时段的长度可以为秒级。
所述ARQ参数主要包括ARQ块大小、超时重传时间、滑动窗口大小、块可操作时间等。
接收端接收到MAC PDU后,对MAC PDU进行分类,如果为管理消息DSA-REQ,接受DSA-REQ中所有关于ARQ参数的配置,回复DSA-RSP,等待接收DSA-ACK;如果为管理消息DSC-REQ,接受DSC-REQ中所有关于ARQ参数的配置,回复DSC-RSP,等待接收DSC-ACK;如果为管理消息DSA-ACK,接收DSA-ACK,根据报文内容设置该服务流所有参数,开始接收和发送该服务流的数据;如果为管理消息DSC-ACK,接收DSC-ACK,根据报文内容修改该服务流的相关参数,继续接收和发送该服务流的数据;如果为数据MACPDU,根据MAC层ARQ接收机制接收ARQ块,并回复反馈报文。
下面以基于IEEE 802.16标准的WiMAX网络的上行数据流的传输为例对本发明所述的MAC层ARQ参数的自适应调整方法进行说明,其中发送端为用户台,接收端为基站。
连接建立过程中,用户台通过DSA消息与基站协商ARQ参数。
用户台根据QoS优先级分类规则,将需要发送的数据映射到不同的QoS队列中,建立其服务流ID(SFID),根据服务流特性,建立QoS参数集;判断该QoS参数集是否为已存在。此时为连接建立阶段,QoS参数集不存在,判断是否已启动定时器T7,此时为连接建立阶段,定时器T7未启动,表明为一条新连接,则将其SFID映射到新的CID,并发送DSA-REQ管理消息,将其中Service flowencodings字段中的ARQ Enable设置为1,根据该连接所在的QoS优先级、物理层调制编码方式,按照网络状况为好的情况来设置ARQ参数。启动定时器T7。
基站接收到MAC PDU后,对MAC PDU进行分类;此时收到的为管理消息DSA-REQ,则接受DSA-REQ中所有关于ARQ参数的配置,回复DSA-RSP。等待接收DSA-ACK。
如果用户台在T7超时前未接收到DSA-RSP消息,按照网络状况为差的情况重新设置ARQ参数,发送DSA-REQ,重新启动定时器T7,重新发送请求。
如果用户台在T7超时前接收到DSA-RSP消息,则删除定时器T7,将该服务流的QoS参数集设置为存在,发送DSA-ACK。
基站接收到DSA-ACK消息后,根据报文内容设置该服务流所有参数,开始接收和发送该服务流的数据。
在连接维持过程中,基站接收到该连接的数据MAC PDU后,对MAC PDU进行分类,此时收到的为数据MAC PDU,判断是否支持ARQ,此连接支持,根据MAC层ARQ接收机制接收ARQ块,并回复反馈报文。
用户台接收到MAC PDU后,对MAC PDU进行分类,此时收到的为包含ARQ反馈信息的数据MAC PDU报文且为本连接第一个ARQ反馈信息,启动定时器Tmonitor,记录NACK与ACK的个数。
用户台接收到MAC PDU后,对MAC PDU进行分类,此时收到的为包含ARQ反馈信息的数据MAC PDU报文但不是本连接第一个ARQ反馈信息,则累加NACK与ACK的个数。
在连接维持过程中,当Tmonitor超时,计算定时器Tmonitor超时这段时间内,NACK与ACK的比值n,如果n<0.5%,判断网络状况为好;如果0.5%<n<1%,判断网络状况为中;如果n>1%,判断网络状况为差;用户台需检测网络状况或物理层调制编码方式是否发生变化,如果网络状况与上一次监测的结果一样,并且物理层调制解调方式都未变,则重新启动定时器Tmonitor;否则,根据网络状况的判断结果,结合物理层调制编码方式重新设置Service flow encodings字段中的ARQ相关参数,发送DSC-REQ管理消息,启动定时器T7。
在连接维持过程中,当用户台检测到网络状况或物理层调制编码方式发生变化,将发送DSC-REQ管理消息给基站:基站接收到MACPDU后,对MAC PDU进行分类,此时收到的为管理消息DSC-REQ,则接受DSC-REQ中所有关于ARQ参数的配置,回复DSC-RSP,等待接收DSC-ACK。
如果用户台在T7超时前未接收到DSC-RSP消息,按照网络状况为差的情况重新设置ARQ参数,发送DSA-REQ,重新启动定时器T7。
如果用户台在T7超时前接收到MAC PDU,对MAC PDU进行分类,此时收到的为管理消息DSC-RSP,则删除定时器T7;发送DSC-ACK;基站接收到MAC PDU后,对MAC PDU进行分类,此时收到的为管理消息DSC-ACK,根据报文内容修改该服务流的相关参数,继续接收和发送该服务流的数据。
综上所述,本发明公开了一种MAC层ARQ参数的自适应调整方法,根据本发明所采用的方法,可根据MAC层收到的ARQ反馈信息实时监测网络状况,并随着网络状况和物理层调制编码方式的改变更新ARQ参数,使得其参数配置取得最佳值,避免了ARQ参数与网络状况及物理层调制编码方式失配的情况下,带来的性能急剧下降,提高了MAC层的吞吐量,使整个网络的性能达到最佳。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种MAC层ARQ参数的自适应调整方法,其特征在于,所述自适应调整方法包括步骤:
S1:根据发送端接收到的NACK与ACK的比值将网络状况分为好、中和差三种情况;
S2:在连接建立时,发送端根据物理层调制编码方式和服务质量QoS优先级,按照网络为好的情况来设置ARQ参数,发送DSA-REQ消息请求建立新的服务流;
S3:在数据传输过程中,发送端启动一个定时器Tmonitor,统计预定时段内收到的NACK与ACK的个数,根据NACK与ACK的比值来估计网络状况,若网络状况或物理层调制编码方式发生改变,则通过DSC重新协商ARQ参数;
步骤S2具体包括:
在连接建立时,发送端根据QoS优先级分类规则,将需要发送的数据映射到不同的QoS队列中,建立其服务流ID,根据服务流特性,建立QoS参数集,判断该QoS参数集是否为已存在,如果为存在,开始传送数据;否则,判断是否已启动定时器T7,如果已启动,表明已发送过DSA-REQ,等待DSA-RSP,如果收到DSA-RSP,则删除定时器T7,将该服务流的QoS参数集设置为存在,发送DSA-ACK;否则,表明为一条新连接,则将其服务流ID映射到新的CID,并发送DSA-REQ管理消息,将其中Service flow encodings字段中的ARQEnable设置为1,根据该连接所在的QoS优先级、物理层调制编码方式,按照网络状况为好的情况来设置ARQ参数,启动定时器T7,发送连接建立请求。
2.根据权利要求1所述的自适应调整方法,其特征在于,步骤S3中所述发送端启动一个定时器Tmonitor,统计预定时段内收到的NACK与ACK的个数具体包括:如果发送端接收到包含ARQ反馈消息的数据MAC PDU,则判断是否为本连接的第一个ARQ反馈信息,如果是,则启动定时器Tmonitor,分别记录NACK与ACK的个数;否则,分别累加NACK与ACK的个数。
3.根据权利要求1所述的自适应调整方法,其特征在于,如果在连接建立时,发送端等待接收端回复消息的定时器T7超时,则按照网络状况为差的情况来调整ARQ参数,发送DSA-REQ,重新启动定时器T7,重新发送请求。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的自适应调整方法,其特征在于,所述预定时段的长度为秒级。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的自适应调整方法,其特征在于,所述ARQ参数至少包括:
ARQ块大小、超时重传时间、滑动窗口大小和块可操作时间。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的自适应调整方法,其特征在于,所述步骤S1具体包括:
设NACK与ACK的比值为n,如果n<0.5%,判断网络状况为好;如果0.5%<n<1%,判断网络状况为中;如果n>1%,判断网络状况为差。
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