專利名稱：無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本發(fā)明的背景本發(fā)明一般地涉及通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸協(xié)議，尤其涉及在諸如無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境這樣的、低質(zhì)量或物理信道性能變化很大的網(wǎng)絡(luò)中，在減少帶寬需求的情況下改善傳輸性能的有效、可靠的分組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸協(xié)議。
在典型的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)參考模型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，定義了若干層且規(guī)定了協(xié)議棧。通常用于包括互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)的特別OSI模型協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)，特別是被稱為傳輸控制協(xié)議(TCP/IP)的補(bǔ)充IP。在所有包含IP和TCP/IP的OSI模型協(xié)議中，更高等級(jí)的層(例如，傳輸協(xié)議層)傳送分組數(shù)據(jù)到下面等級(jí)的層，例如，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層。接著，下面等級(jí)的層(例如，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議層)最終將數(shù)據(jù)中繼到數(shù)據(jù)鏈路層，它接下來將數(shù)據(jù)中繼到物理層，該物理層然后引導(dǎo)數(shù)據(jù)的物理傳輸。
例如，在這樣的通信中，首先，打算由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)根據(jù)OSI模型數(shù)據(jù)協(xié)議被格式化，其中包括一些定義的層，諸如物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層等等。在

圖1中列舉了這樣的一個(gè)OSI模型協(xié)議。在圖1所示的模型中，由設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)首先要由傳輸層來處理；該傳輸層上面能夠疊加一個(gè)具體到特定應(yīng)用的應(yīng)用層。典型地，在傳輸層中，定義傳輸機(jī)制以用來將數(shù)據(jù)分割成以后物理傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組。
傳輸層的數(shù)據(jù)接下來由一個(gè)互連的網(wǎng)絡(luò)層處理。該網(wǎng)絡(luò)層的一個(gè)例子是在諸如互聯(lián)網(wǎng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)今廣泛應(yīng)用的普通的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)層。互連的網(wǎng)絡(luò)層準(zhǔn)備將來自傳輸協(xié)議層的分組通過互連的網(wǎng)絡(luò)來傳輸。
接著，數(shù)據(jù)鏈路層準(zhǔn)備通過一個(gè)定義的網(wǎng)絡(luò)物理信道，諸如以太網(wǎng)鏈路或局域網(wǎng)的其他類型鏈路來物理傳輸數(shù)據(jù)。
最后，物理層將被處理數(shù)據(jù)實(shí)際發(fā)送到在特定的OSI模型實(shí)現(xiàn)下操作的網(wǎng)絡(luò)并通過該網(wǎng)絡(luò)來操作。
目前，在網(wǎng)絡(luò)通信中最通用的OSI模型的實(shí)現(xiàn)之一是TCP/IP。例如，互聯(lián)網(wǎng)通信典型地根據(jù)TCP/IP來進(jìn)行，而且這被認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。在TCP/IP中，只要設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)能夠使用符合TCP/IP的OSI模型層，物理層仍然是不變的并且獨(dú)立于設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)。
在TCP/IP中，網(wǎng)絡(luò)層是IP以及傳輸層是TCP。IP和TCP都是熟知的并且被定義為標(biāo)準(zhǔn)。在此標(biāo)準(zhǔn)下，協(xié)議的IP部分將數(shù)據(jù)分組路由到預(yù)定目標(biāo)。TCP部分執(zhí)行數(shù)據(jù)的完整性檢測(cè)以及在目標(biāo)端增強(qiáng)該分組到原始消息或文件的重建。
盡管TCP目前廣泛應(yīng)用于包括通過互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信，但是該協(xié)議起初被設(shè)計(jì)在可靠的且不變的信道和帶寬中，即主要是有線連接中使用。因此，朝著移動(dòng)以及無線設(shè)備和通信的通信方向的轉(zhuǎn)移并不是TCP協(xié)議定義的前提。TCP設(shè)計(jì)的前提和假設(shè)在無線環(huán)境下不再有同樣的應(yīng)用，同樣其它的和較新的較低質(zhì)量和可變的信道網(wǎng)絡(luò)也在發(fā)展。
因此，需要有一種適用于無線和其他更新的物理信道和應(yīng)用特性改進(jìn)的協(xié)議和方法。已經(jīng)設(shè)計(jì)出大量協(xié)議和方法以用來考慮特殊的應(yīng)用(例如，基于IP的語音，多媒體傳輸，衛(wèi)星協(xié)議，多址通信協(xié)議以及其他應(yīng)用)和在其中操作。盡管這些不同的設(shè)計(jì)可以在特殊應(yīng)用中提供一定的優(yōu)點(diǎn)，但是仍舊需要改進(jìn)的協(xié)議和方法用以考慮顯示可變帶寬和信道性能特性的無線和類似的網(wǎng)絡(luò)。
尤其對(duì)于無線通信，傳統(tǒng)的系統(tǒng)和方法(諸如TCP/IP協(xié)議)有一些缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)包括高的信號(hào)往返傳輸時(shí)間(RTT)，由于信道特性變化導(dǎo)致的RTT測(cè)量變化，大量分組丟失，高誤碼率，錯(cuò)誤假設(shè)數(shù)據(jù)丟失是由擁塞引起的而非低發(fā)送率引起，沒有預(yù)見到多信道的可能性，以及ARQ技術(shù)通常是很昂貴的。此外，某些近來的技術(shù)進(jìn)步，諸如計(jì)算機(jī)加速和錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)，能夠提供改善，但是，這些進(jìn)步先前沒有開發(fā)出它們的潛力。
總之，在本領(lǐng)域中以及在諸如無線網(wǎng)絡(luò)的低帶寬、劣質(zhì)量信道上需要一種改善的通信技術(shù)。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是一種在網(wǎng)絡(luò)上的通信方法。該方法包括以下步驟將有效載荷打包成一系列數(shù)據(jù)分組，在該系列的開始，中間和朝向結(jié)尾插入首分組，與首分組一起發(fā)送該系列，接收該系列數(shù)據(jù)分組中的至少一些和至少其中一個(gè)首分組，并且發(fā)送選自以下組的一個(gè)確認(rèn)所有的數(shù)據(jù)分組和至少一個(gè)首分組被接收；不是所有的數(shù)據(jù)分組被接收和至少一個(gè)首分組被接收；以及一些數(shù)據(jù)分組被接收，但沒有首分組被接收。
再一方面，本方法進(jìn)一步包括步驟如果確認(rèn)是所有的數(shù)據(jù)分組和至少一個(gè)首分組被接收，則終止該方法。
在另一方面，該方法進(jìn)一步包括步驟如果至少一個(gè)首分組被接收但不是所有的數(shù)據(jù)分組被接收，則標(biāo)識(shí)沒有接收的數(shù)據(jù)分組。該發(fā)送步驟的確認(rèn)包括未接收的數(shù)據(jù)分組的標(biāo)識(shí)符。該方法也包括僅僅重新發(fā)送未接收的數(shù)據(jù)分組的步驟。
再一方面，本方法包括步驟標(biāo)識(shí)一些數(shù)據(jù)分組被接收但沒有任何首分組被接收。發(fā)送步驟的確認(rèn)包括已接收數(shù)據(jù)分組的標(biāo)識(shí)符。本方法也包括步驟基于在確認(rèn)中的標(biāo)識(shí)符確定哪些數(shù)據(jù)分組沒有接收到，以及僅重發(fā)沒有接收到的首分組和數(shù)據(jù)分組。
附圖簡(jiǎn)述圖1是現(xiàn)有技術(shù)的OSI模型協(xié)議棧。
圖2是包含不同的有線和無線連接的互連網(wǎng)絡(luò)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的協(xié)議棧。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案協(xié)議的用于發(fā)送的數(shù)據(jù)有效載荷。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案協(xié)議的用于發(fā)送的數(shù)據(jù)分組。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的協(xié)議，當(dāng)接收到首分組時(shí)通過接收設(shè)備發(fā)送的一個(gè)響應(yīng)消息。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的協(xié)議，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)分組而沒有接收到首分組時(shí)通過接收設(shè)備發(fā)送的一個(gè)響應(yīng)消息。
圖8是與圖3中的協(xié)議棧一起操作的無線資源管理器。
圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的協(xié)議的發(fā)送程序的流程圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在圖3的協(xié)議棧中傳輸層和物理層之間的示例性的物理連接的方框圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，更進(jìn)一步詳細(xì)描述與接收協(xié)議一起操作的可能情形的圖9中的程序的流程圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施方案的信道產(chǎn)生和操作的時(shí)序圖。
圖13是圖12中出現(xiàn)的操作的流程圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的協(xié)議的接收程序的流程圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的一種發(fā)送和接收情形的時(shí)序圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的另外一種發(fā)送和接收情形的時(shí)序圖。
圖17是另一根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的另外一種發(fā)送和接收情形的時(shí)序圖。
圖18a-c是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的在一個(gè)傳輸機(jī)制和一個(gè)數(shù)據(jù)試探機(jī)制之間示例性的相互作用的方框圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，在圖8的數(shù)據(jù)試探機(jī)制，傳輸機(jī)制和無線資源管理之間示例性的相互作用的時(shí)序圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖2是一個(gè)包含無線設(shè)備4，6和有線設(shè)備8，10的通信網(wǎng)絡(luò)2。該網(wǎng)絡(luò)2包括不同設(shè)備4，6，8，10間的互連通信鏈路12，以及其他設(shè)備和通信鏈路(未示出)。網(wǎng)絡(luò)2的一個(gè)實(shí)例是互聯(lián)網(wǎng)，盡管其他通信網(wǎng)絡(luò)諸如內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，LAN，WAN和其他網(wǎng)絡(luò)也可能包括在其中。
在網(wǎng)絡(luò)2中，設(shè)備8是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及設(shè)備10是一個(gè)顯示設(shè)備。這些設(shè)備中每一個(gè)通過有線連接到通信鏈路12，并且因此連接到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)2。設(shè)備4是一個(gè)移動(dòng)無線設(shè)備。設(shè)備6是一個(gè)固定無線設(shè)備，其通過有線連接到通信鏈路12。該移動(dòng)無線設(shè)備4和固定無線設(shè)備6能夠無線通信，例如，通過經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)蜂窩塔14來進(jìn)行蜂窩無線發(fā)送和接收。無線通信的模式是，例如，蜂窩無線環(huán)境中的蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD)，雖然它能夠替換地或者另外地是任何其他的無線模式，諸如模擬或數(shù)字蜂窩，射頻(RF)，微波，或其他模式。
在通過網(wǎng)絡(luò)2的通信中，該移動(dòng)無線設(shè)備4和固定無線設(shè)備6分別能夠根據(jù)專門的分組數(shù)據(jù)協(xié)議通信，如下分組數(shù)據(jù)通信協(xié)議參考圖3，無線設(shè)備4，6(圖2所示)根據(jù)圖象傳輸協(xié)議(ITP)20通信。該ITP協(xié)議20符合OSI模型(圖1所示)，但是對(duì)于無線和類似的減少帶寬和可變信道特性的較低質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)來說，已經(jīng)被改善。ITP協(xié)議20包括不同的層。
數(shù)據(jù)層22提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。傳輸層24用于將數(shù)據(jù)分割為想要的分組。網(wǎng)絡(luò)層26根據(jù)特定的特性通過特定網(wǎng)絡(luò)2傳輸來自傳輸層24的分組，所述特性是例如，互聯(lián)網(wǎng)或其它標(biāo)準(zhǔn)化或?qū)Ｓ芯W(wǎng)絡(luò)的特定協(xié)議組特性。數(shù)據(jù)鏈路層28通過特別定義的網(wǎng)絡(luò)物理信道(即，規(guī)定用于傳輸?shù)奈锢矶丝?來物理傳輸分組。最后，物理層30通過特定的通信信道，諸如網(wǎng)絡(luò)2的一個(gè)無線信道，進(jìn)行分組的實(shí)際發(fā)送。
從廣義的觀點(diǎn)來看，雖然ITP協(xié)議20有點(diǎn)類似其他的OSI模型協(xié)議，但是傳輸層24和物理層30的某些特性是獨(dú)特的。而且，ITP協(xié)議20提供了一個(gè)無線資源管理器32。無線資源管理器32提供在ITP協(xié)議20的傳輸層24和物理層30之間的相互作用，互連性以及通信?，F(xiàn)在將描述這些特性連同數(shù)據(jù)和分組格式。
發(fā)送的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分組格式參考圖4，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)有效載荷30被分離或打包成一系列數(shù)據(jù)分組40。根據(jù)ITP協(xié)議20的傳輸層24的處理來實(shí)施該分組化。傳輸層24將數(shù)據(jù)打包成具有特定格式的數(shù)據(jù)分組40。有效載荷30的第一“按序排列”的數(shù)據(jù)分組40是一個(gè)首分組41。首分組41總是包含一個(gè)特定的用于有效載荷30的標(biāo)識(shí)符，所謂的一個(gè)“有效載荷頭標(biāo)”或“首分組”。首分組41包含在有效載荷30中，按照次序，它在有效載荷30的開始，并且也通常在有效載荷30的中間和有效載荷30結(jié)尾處的最后一些數(shù)據(jù)分組40之一中被復(fù)制。下文將描述有效載荷30的數(shù)據(jù)分組40的特定格式。
參考圖5，在ITP協(xié)議20中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組40包括一個(gè)發(fā)送頭標(biāo)50。發(fā)送頭標(biāo)50包括一個(gè)8比特分組類型42，一個(gè)16比特序列ID44，和一個(gè)32比特的有效載荷ID46。根據(jù)ITP協(xié)議20在通信中發(fā)送頭標(biāo)50是每一個(gè)數(shù)據(jù)分組40的信息的第一個(gè)序列。分組類型42用于分組類型的確定。序列ID44表明在通信中發(fā)送的整個(gè)有效載荷30(圖4所示)的該數(shù)據(jù)分組40相對(duì)其它數(shù)據(jù)分組40的序列位置(圖4所示)。有效載荷ID46用于標(biāo)識(shí)特定的有效載荷30，特定數(shù)據(jù)分組40是該特定的有效載荷30的一部分。
此外，在特定有效載荷30的首分組41(即有效載荷頭標(biāo))的特定情況下，有效載荷ID46根據(jù)ITP協(xié)議20標(biāo)識(shí)已發(fā)送的特定有效載荷30的首分組41。這樣，有效載荷ID46就是一個(gè)特定的字段，其標(biāo)識(shí)了特定有效載荷30的每個(gè)確定的數(shù)據(jù)分組40。而且，當(dāng)有效載荷ID46是首分組41時(shí)，因?yàn)樗囟ㄓ行лd荷30的頭標(biāo)，所以唯一地標(biāo)識(shí)該確定的分組40。在特定的有效載荷30中的分組40的數(shù)量取決于有效載荷30的大小和數(shù)據(jù)分組40的大小。
如果打包器將一個(gè)有效載荷緩沖器中的數(shù)據(jù)分裂成N個(gè)分組，數(shù)字N在用于有效載荷30首分組41的數(shù)據(jù)分組40的數(shù)據(jù)字段48中被提供。由此，在有效載荷30的該唯一首分組41的數(shù)據(jù)字段48中提供的數(shù)字N標(biāo)識(shí)了在特定的有效載荷30中數(shù)據(jù)分組41的數(shù)量。同樣地，當(dāng)一個(gè)接收設(shè)備接收一個(gè)首分組41時(shí)，該接收設(shè)備能夠確定預(yù)期有多少分組41將來自發(fā)送和在特定的有效載荷30中。首分組41也可以包含其他的信息，包括直接來自有效載荷緩沖器的數(shù)據(jù)和其他的數(shù)據(jù)。
已接收的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分組格式圖6是一個(gè)方框圖，表示當(dāng)特定有效載荷30的首分組41已經(jīng)由接收設(shè)備52所接收，而其他數(shù)據(jù)分組40沒有被如此接收時(shí)，為響應(yīng)一個(gè)不完整有效載荷30(圖4所示)的接收，由接收設(shè)備52發(fā)送的重發(fā)請(qǐng)求消息分組50。分組50包括一個(gè)有效載荷標(biāo)識(shí)54，標(biāo)識(shí)討論中的有效載荷30。另外，分組50包括一個(gè)序列ID55和分組類型56標(biāo)識(shí)。分組50的一個(gè)消息字段58標(biāo)識(shí)了接收到的發(fā)送首分組41是由接收設(shè)備52接收的。另一組數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)了分組40，這些數(shù)據(jù)是接收設(shè)備52沒有接收到的和通過前向糾錯(cuò)，或數(shù)據(jù)試探，或類似處理所不能夠重建的。
圖7是一個(gè)方框圖，表示響應(yīng)其中特定有效載荷30的首分組41沒有被接收的一個(gè)不完整有效載荷30接收，由接收設(shè)備62發(fā)送重發(fā)分組60。分組60包括一個(gè)有效載荷標(biāo)識(shí)64，標(biāo)識(shí)在討論中的有效載荷30。分組62也包括序列ID63和分組類型標(biāo)識(shí)符65。因?yàn)榻邮赵O(shè)備62沒有接收首分組41，所以分組62的一個(gè)消息字段66標(biāo)識(shí)了接收設(shè)備62不知道有多少分組40在有效載荷30中。當(dāng)達(dá)到超時(shí)時(shí)，在接收設(shè)備62已經(jīng)開始接收一些數(shù)據(jù)分組40之后，由接收設(shè)備62發(fā)送重發(fā)分組60。消息字段62中的另外一個(gè)數(shù)據(jù)塊標(biāo)識(shí)了接收設(shè)備沒有接收的分組40，因此下一個(gè)發(fā)送將不重發(fā)那些已接收到的分組40。下一個(gè)發(fā)送僅重發(fā)先前沒有接收到的首分組41和那些分組40。
無線資源管理器圖8是圖3的無線資源管理器32的功能方框圖。無線資源管理器32包含一個(gè)傳輸層接口505，一個(gè)物理層接口510，一個(gè)信道特性數(shù)據(jù)庫(kù)520，以及一個(gè)無線單元特性數(shù)據(jù)庫(kù)530。傳輸層接口505通過ITP協(xié)議的傳輸層24(圖3所示)的傳輸機(jī)制的準(zhǔn)確定義的應(yīng)用程序接口(API)通信。該接口505也根據(jù)ITP協(xié)議與物理層接口510通信。物理層接口510允許無線資源管理器32通過無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的無線調(diào)制解調(diào)器中的無線資源管理器(RRM)實(shí)際地與一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(未示出)通信。該通信也通過物理層30可與其相互作用的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備明確定義的API發(fā)生。物理層接口510允許無線資源管理器32向無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備請(qǐng)求諸如，舉例來說，信道狀態(tài)、信道特性和其他特性的數(shù)據(jù)。正如以前提到的，該信息可被中繼到(參見圖3)傳輸層24以允許傳輸層24適應(yīng)于無線環(huán)境中變化的條件。
物理層接口510也允許無線資源管理器32請(qǐng)求無線單元改變它的特性。例如，無線資源管理器32可請(qǐng)求附屬的無線單元改變?cè)跓o線設(shè)備中的信道測(cè)試方式，目的在于減少對(duì)數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試方式的影響。或者，特別地，無線資源管理器可請(qǐng)求無線設(shè)備改變信道。當(dāng)然，大量的其他控制和信息機(jī)制是可能的，正如本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將了解和理解的。
除了接口505，510以外，無線資源管理器500進(jìn)一步包括信道特性數(shù)據(jù)庫(kù)520。該信道特性數(shù)據(jù)庫(kù)520是一個(gè)包含以下信息的數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)無線接收機(jī)的信息，與接收機(jī)相關(guān)的信道的信息，和其他信息諸如歷史錯(cuò)誤率，功率特性，以及其他與在無線環(huán)境中協(xié)議的操作相關(guān)的信息。信道特性數(shù)據(jù)庫(kù)520也適于包含蜂窩電話中繼，中繼覆蓋面，有關(guān)的信道信息和其他如上面提到的相關(guān)信息。
無線資源管理器32也包括無線單元特性數(shù)據(jù)庫(kù)530。無線單元特性數(shù)據(jù)庫(kù)530是一個(gè)包含在數(shù)據(jù)傳輸中采用的無線設(shè)備當(dāng)前操作特性信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。該信息可以包括諸如信道測(cè)試時(shí)間表，可用信道，與那些信道有關(guān)的功率，以及在數(shù)據(jù)協(xié)議中輔助的其他無線設(shè)備的詳細(xì)信息。
無線資源管理器32中的數(shù)據(jù)庫(kù)的使用考慮到在正在進(jìn)行的基礎(chǔ)上來監(jiān)視錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)以形成“噪聲分布”，該分布允許無線資源管理器32就給定的RF信道對(duì)高錯(cuò)誤率期間的持續(xù)時(shí)間和頻率作出有根據(jù)的推測(cè)。每一個(gè)RF信道將顯示出它自己的噪聲分布，并由IP協(xié)議收集和儲(chǔ)存這個(gè)分布的記錄。
當(dāng)物理層30已經(jīng)工作不穩(wěn)定或難以預(yù)料時(shí)，無線資源管理器32使用噪聲分布信息來控制傳輸層24。為了確定協(xié)議的可操作特性，諸如可使用的合適的FEC參數(shù)或合適的超時(shí)，通過傳輸層24也能夠請(qǐng)求該信息。未計(jì)劃的信道事件，諸如協(xié)議以外所產(chǎn)生的信道變化，也可以以相似的方式傳遞到傳輸層24。
應(yīng)該注意到無線資源管理器32可以作為獨(dú)立的資源實(shí)施，或者可以整體地或部分地存在于協(xié)議棧的傳輸層24或物理層30中。
壓縮回過來參考圖3，在ITP協(xié)議中，傳輸協(xié)議層24包含有很多功能單元，包括傳輸機(jī)制122，壓縮機(jī)制124，前向糾錯(cuò)(FEC)機(jī)制126，物理層管理器128，和數(shù)據(jù)試探管理器129。
壓縮機(jī)制124采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并壓縮它。該壓縮機(jī)制124能使用交互壓縮技術(shù)，適用于已接收的實(shí)際數(shù)據(jù)。例如，數(shù)據(jù)可包含圖形數(shù)據(jù)。傳輸層24能識(shí)別作為圖形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，并對(duì)該圖形數(shù)據(jù)實(shí)施一個(gè)小波變換?；蛘?，傳輸層24可以事先知道圖形數(shù)據(jù)的類型，并通過一組減小傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的基本函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)適應(yīng)性地實(shí)施小波變換。
前向糾錯(cuò)FEC機(jī)制126采用壓縮的數(shù)據(jù)并增加額外的數(shù)據(jù)量，允許接收機(jī)制在即使源數(shù)據(jù)丟失的情況下也能夠重新構(gòu)建到達(dá)的數(shù)據(jù)。該FEC機(jī)制126適合于在其到互連網(wǎng)絡(luò)140的連接以及通過該網(wǎng)絡(luò)的連接中存在的當(dāng)前條件。
在一個(gè)典型的FEC系統(tǒng)中，基于已知的差錯(cuò)率，產(chǎn)生一定量的額外數(shù)據(jù)并增加到發(fā)送中。對(duì)于數(shù)據(jù)量K，產(chǎn)生增加的數(shù)據(jù)量L，以至于總的實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)量為K+L＝N。在接收機(jī)設(shè)備端任何數(shù)據(jù)量K的取回對(duì)于接收機(jī)設(shè)備重新創(chuàng)建由發(fā)送設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)是足夠的。當(dāng)發(fā)送的差錯(cuò)率升高和降低時(shí)，數(shù)據(jù)量L可以動(dòng)態(tài)地改變以反映所期望的發(fā)送丟失。
傳輸機(jī)制在接收端，傳輸層24的傳輸機(jī)制122控制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的原始有效載荷的捆綁或打包以及重建。傳輸機(jī)制122也可在發(fā)送的接收端控制超時(shí)的計(jì)算。另外，傳輸機(jī)制122通過使用控制協(xié)議控制接收和發(fā)送端間的信息流。這些控制協(xié)議包括已接收有效載荷的指示，一個(gè)有效載荷不完整發(fā)送的指示，和在互連網(wǎng)絡(luò)12上的接收和發(fā)送側(cè)之間的控制機(jī)制的其它握手類型。
接收端的傳輸協(xié)議能跟蹤未接收的數(shù)據(jù)量。當(dāng)返回到發(fā)送協(xié)議時(shí)，該數(shù)據(jù)能使發(fā)送協(xié)議來適應(yīng)改變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如進(jìn)一步詳細(xì)地注釋。
另外，對(duì)于一個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)的多徑鏈路的情形，分組能被重新組織和區(qū)分優(yōu)先次序。如果，例如，至該互連網(wǎng)絡(luò)的鏈路通過一個(gè)無線鏈路，則高優(yōu)先級(jí)分組能在具有更高可能性通過該鏈路的一個(gè)信道上發(fā)送。較低優(yōu)先級(jí)分組可能被延遲或通過噪聲更大的信道發(fā)送。
物理層管理物理層管理器機(jī)制128使傳輸層24具有細(xì)調(diào)通過互連網(wǎng)絡(luò)12發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的能力(圖2所示)。物理層管理器128監(jiān)視物理層30，并提供傳輸層24有效載荷的實(shí)際發(fā)送狀態(tài)或物理層30中的有效載荷狀態(tài)的知識(shí)。
基于物理層30的狀態(tài)，傳輸層24能慢速發(fā)送，中止發(fā)送，改變FEC機(jī)制126的糾錯(cuò)參數(shù)，或其他這樣的動(dòng)作。在無線鏈路的情況下，物理層管理器機(jī)制128和傳輸機(jī)制122之間的相互作用，例如，允許IP協(xié)議20在一個(gè)更穩(wěn)定的信道上發(fā)送高優(yōu)先級(jí)分組。
在傳輸層24中中止操作的能力是特別重要的，當(dāng)物理層過載時(shí)，由于傳輸層24能簡(jiǎn)單地通過協(xié)議20阻止數(shù)據(jù)流動(dòng)。在發(fā)生物理延遲的情況下，傳統(tǒng)的協(xié)議不會(huì)并且不能使其向上層協(xié)議棧傳送。這就使得在傳統(tǒng)棧的更上層中，使緩沖器溢出變得更為普遍，并且能導(dǎo)致傳統(tǒng)協(xié)議操作的速度和有效性急劇下降。因此，本實(shí)施方案的物理層管理器機(jī)制128考慮到減少緩沖器溢出并允許協(xié)議20沒有通過協(xié)議20的滾雪球延遲地恢復(fù)操作。
物理層管理器機(jī)制128也能跟蹤適合物理層30發(fā)送特性的某些數(shù)據(jù)。尤其是，物理層管理器機(jī)制128基于來自接收協(xié)議的、指示未接收的數(shù)據(jù)量的傳輸?shù)慕邮諄砜紤]保持發(fā)送中的差錯(cuò)率。
數(shù)據(jù)試探ITP協(xié)議20的數(shù)據(jù)試探機(jī)制129考慮在接收端的數(shù)據(jù)重建，即使在FEC中必需的最小數(shù)據(jù)量沒有出現(xiàn)時(shí)。例如，在圖形數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)可能代表高能量和低能量部分。假如有關(guān)的高能量數(shù)據(jù)被恢復(fù)，則低能量數(shù)據(jù)丟失部分在它的丟失處可單獨(dú)地由高能量數(shù)據(jù)來重建。正如提到的，數(shù)據(jù)試探機(jī)制129對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)是高度特定的。
同樣，根據(jù)特定的數(shù)據(jù)和可能使用的數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)試探機(jī)制12a允許傳輸層24給每一個(gè)分組分配優(yōu)先級(jí)。這進(jìn)而又允許傳輸機(jī)制122和物理層管理器機(jī)制128在更穩(wěn)定信道或路徑上發(fā)送高優(yōu)先級(jí)分組。
更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)試探的描述在討論一般的發(fā)送和接收方案后將提供，如下文所述。
發(fā)送處理圖9是一個(gè)示例性的、可在圖3的ITP協(xié)議20中被實(shí)施的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的有效載荷30(圖4所示)的發(fā)送流程圖。在步驟210，數(shù)據(jù)以一個(gè)合適的格式壓縮。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解和理解的，該壓縮方案和特性是可基于數(shù)據(jù)本身而修改的。例如，對(duì)于圖像數(shù)據(jù)，壓縮可以以確定的方式最佳實(shí)現(xiàn)，而構(gòu)造的信息數(shù)據(jù)可以通過其他方式最佳地被壓縮等等。在步驟220，數(shù)據(jù)被打包成分組40(圖5所示)并且準(zhǔn)備通過互連網(wǎng)絡(luò)12(圖2所示)傳輸。在步驟230，分組40以優(yōu)先次序排序。在步驟235執(zhí)行FEC編碼。
在步驟240，將分組通過一個(gè)發(fā)送設(shè)備發(fā)送，諸如，舉例來說，移動(dòng)無線設(shè)備4(圖2所示)。另外，在步驟240，協(xié)議20監(jiān)視物理鏈路，即監(jiān)視發(fā)送的特定無線(或有線，可能情形)通信信道。分組40的發(fā)送可依靠監(jiān)視的鏈路參數(shù)被延遲，或重新排序，目的是優(yōu)化或確保滿意的發(fā)送結(jié)果。
圖10是執(zhí)行圖1協(xié)議20的一個(gè)可能的物理連接傳輸層24和物理層30的實(shí)例的方框圖。在本實(shí)例中，一個(gè)根據(jù)ITP協(xié)議20(圖3所示)的協(xié)議棧600，包括一個(gè)物理層30和一個(gè)傳輸層24。傳輸層24和物理層30之間的通信，例如，通過一對(duì)套接字630和640的方法實(shí)現(xiàn)。套接字630對(duì)于傳輸層24是開放的。套接字630按照傳統(tǒng)的方式同一個(gè)應(yīng)用層632連接。套接字640對(duì)棧642開放，其中棧642與物理層30通信。也正如傳統(tǒng)地，套接字640與一個(gè)應(yīng)用層644連接。套接字630，640直接通信，因此允許在ITP協(xié)議20操作的情況和條件下能夠在傳輸層24與物理層30之間協(xié)調(diào)。
在協(xié)議20啟動(dòng)后，套接字630，640分別在每個(gè)傳輸層610和物理層620產(chǎn)生。有關(guān)物理層30的信息，諸如無線物理鏈路情況下的信道特性，通過套接字630，640連接傳遞到傳輸層24。另外，請(qǐng)求改變物理層30的動(dòng)作，或關(guān)于物理層30的請(qǐng)求，由同樣的套接字630，640機(jī)制傳遞。在操作中，如果由于某些原因物理層30不能通過協(xié)議棧600保持?jǐn)?shù)據(jù)吞吐量，則物理層30通過由套接字630，640對(duì)建立的通信傳送該情況到傳輸層24。傳輸層24既可以保持與物理層30的激活通信也可以采用一個(gè)輪詢的機(jī)制。
物理層30可能傳送到傳輸層24的情況包含(但并不局限于此)諸如信道狀況，信道切換或跳變這樣的信息，和有關(guān)無線物理設(shè)備4(圖2所示)和互連網(wǎng)絡(luò)12之間通信鏈路的其他相關(guān)信息。這樣傳輸層214能使用該信息通過協(xié)議棧600管理數(shù)據(jù)通信。例如，如果信道特性確定在一個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)12中的無線物理設(shè)備4之間的鏈路中需要一個(gè)新的信道，則物理層30將該動(dòng)作通過套接字630和640傳遞到傳輸層24。作為響應(yīng)，傳輸層24將通過協(xié)議棧600減慢數(shù)據(jù)通信，為的是在包含于協(xié)議棧600的其他層中的任何輸入緩沖器中不產(chǎn)生溢出情形。
由于物理設(shè)備信道特性的改善，或由于信道切換的完成，所以該事件通過同樣的套接字對(duì)630和640被傳送到無線協(xié)議層610。當(dāng)通知該事件時(shí)，傳輸協(xié)議層610通過協(xié)議棧600重新使能或加速數(shù)據(jù)發(fā)送。
同樣，本發(fā)明預(yù)想了一個(gè)動(dòng)態(tài)通信協(xié)議棧。傳輸協(xié)議層610響應(yīng)在協(xié)議棧600和物理發(fā)送特性中的變換特性。同樣，能夠最小化在協(xié)議棧600內(nèi)部的數(shù)據(jù)的猛烈擺動(dòng)(thrash)。正如所預(yù)想的，在一個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中的最高層將用作通信系統(tǒng)的發(fā)送管理器。
參照?qǐng)D11，根據(jù)協(xié)議23的發(fā)送的圖9的方法200將在各種可替換的情形中進(jìn)一步細(xì)化和描述。特別是，方法200從壓縮發(fā)送數(shù)據(jù)的步驟210處開始。在步驟220中打包壓縮數(shù)據(jù)。步驟220包含一些如下的分步驟。
在步驟222中，方法200等待接收數(shù)據(jù)有效載荷。方法200在步驟224中接收該數(shù)據(jù)有效載荷。有效載荷數(shù)據(jù)接著在步驟226中被打包成N個(gè)分組。此后，在步驟228產(chǎn)生一個(gè)首分組。首分組接下來在步驟230復(fù)制并插入到開始，中間和朝向有效載荷分組序列的結(jié)尾。
一旦數(shù)據(jù)在步驟220中打包，以及在步驟230中分組被排序，就在步驟235執(zhí)行對(duì)有效載荷的FEC編碼?，F(xiàn)在，該分組準(zhǔn)備發(fā)送，緊接著就是發(fā)送分組的步驟240。發(fā)送的步驟240包括不同的步驟和能夠按照三種可能的路線進(jìn)行，它取決于發(fā)送的效率和完成情況。
在每一路線中，已經(jīng)被打包并插入首分組的有效載荷在步驟241發(fā)送。在步驟241發(fā)送之后，在步驟242中發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)等待周期。在步驟242的等待周期中，發(fā)送設(shè)備將推斷或被通知有效載荷是否已經(jīng)被接收。
如果接收設(shè)備接收有效載荷的所有分組，包括至少一個(gè)首分組，那么接收設(shè)備在步驟248中發(fā)送一個(gè)有效載荷被接收的確認(rèn)(ACK)到發(fā)送設(shè)備。其后，方法200返回到步驟220，并且特別地返回到等待下一個(gè)有效載荷的步驟222。
如果，在另一方面，接收設(shè)備在步驟241僅僅接收到一些發(fā)送的分組，同樣也接收至少一個(gè)首分組，那么接下來是步驟243。在步驟243中，接收設(shè)備將表明哪些分組被成功接收的消息發(fā)送到發(fā)送設(shè)備。在下一個(gè)步驟244，發(fā)送設(shè)備基于對(duì)來自步驟243消息的、接收設(shè)備已經(jīng)接收的特定分組的認(rèn)識(shí)，而確定哪些有效載荷的分組沒有被接收。發(fā)送設(shè)備然后在步驟246中準(zhǔn)備那些沒有被接收的分組以重新發(fā)送。在步驟247中，發(fā)送設(shè)備重發(fā)接收設(shè)備沒有接收的分組。方法200接著返回到步驟242并再次等待推斷或通過接收消息得知是否所有的分組已經(jīng)被或沒有被成功地接收。
在步驟242的等待周期中，如果接收設(shè)備沒有在步驟241的開始發(fā)送中接收到任何首分組，那么沒有接收到任何確認(rèn)或來自接收設(shè)備的其他消息的發(fā)送設(shè)備將產(chǎn)生一個(gè)超時(shí)。在步驟245中產(chǎn)生該超時(shí)。在步驟245中的超時(shí)之后，發(fā)送設(shè)備重發(fā)整個(gè)有效載荷，包括首分組，在步驟246中準(zhǔn)備發(fā)送的分組。在步驟247，接著將整個(gè)有效載荷和首分組重發(fā)。在步驟247之后，發(fā)送設(shè)備返回到等待確認(rèn)或超時(shí)的步驟242。
正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解和理解的，方法200將繼續(xù)，直到發(fā)送設(shè)備推斷出或由接收設(shè)備的返回消息得知該有效載荷，與至少一個(gè)首分組一起被接收設(shè)備接收。即使接收設(shè)備沒有接收某些分組，在步驟235中分組的FEC編碼在一定情形下也能允許接收設(shè)備重建丟失的分組。在這樣一種情況下，接收設(shè)備可處理該情形，就好象該重建的分組是最初接收的，并因此通過一個(gè)表明分組被接收的消息來通知發(fā)送設(shè)備，盡管事實(shí)上是通過FEC解碼重建的。
參考圖12，連同圖3，用未計(jì)劃事件的時(shí)序圖來示例未計(jì)劃的網(wǎng)絡(luò)事件情形，諸如，舉例來說通信信道中斷。在本例中未計(jì)劃事件請(qǐng)求一個(gè)通信信道改變。首先，在時(shí)間T1，信道改變發(fā)生，而中斷了數(shù)據(jù)分組P在信道1上的發(fā)送。該事件被協(xié)議20(或，可替換地，通過一些其他執(zhí)行相似功能的物理層機(jī)制)的無線資源管理器32(圖3所示)檢測(cè)到。無線資源管理器32將事件已經(jīng)發(fā)生的情況傳送到協(xié)議20的傳輸層24。信道改變花費(fèi)時(shí)間t1。不是根據(jù)協(xié)議20繼續(xù)發(fā)送，該發(fā)送可能導(dǎo)致協(xié)議20中的下面的緩沖器的溢出，相反，協(xié)議20的傳輸層24中止數(shù)據(jù)發(fā)送直到被無線資源管理器32通知有一個(gè)成功的信道改變。
僅僅在周期t1之后，以及一旦提供一個(gè)新的信道，協(xié)議20的傳輸層24將繼續(xù)處理以發(fā)送該要傳送的數(shù)據(jù)。在時(shí)間T2和T3處記錄信道改變。特別是在協(xié)議20中，僅在信道成功地改變之后，傳輸層24才繼續(xù)中繼用于物理傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。因此，通過協(xié)議20和無線資源管理器32的操作，可以避免整個(gè)協(xié)議20的雪崩一樣的失敗，以及在其他情況下需要的、與該失敗有關(guān)的重置時(shí)間。
參考圖13，方法800在圖12未計(jì)劃事件的情形中發(fā)生。在步驟805中，在未計(jì)劃事件之前的操作中，協(xié)議20的傳輸層繼續(xù)中繼數(shù)據(jù)分組的傳輸。在步驟810中，未計(jì)劃事件發(fā)生，例如，需要一個(gè)信道改變。當(dāng)檢測(cè)到該事件時(shí)，傳輸層24在步驟820中延遲后來的任何數(shù)據(jù)的傳送，直到在步驟820中清除未計(jì)劃事件為止。當(dāng)未計(jì)劃事件清除后，通過協(xié)議20操作的正常傳輸在方框805中重新開始。
接收處理參考圖14，接收已發(fā)送信息的方法1400符合協(xié)議20(圖3所示)。在步驟1410，根據(jù)協(xié)議20操作的接收設(shè)備，等待發(fā)送到接收設(shè)備的一個(gè)有效載荷的初始分組的到達(dá)。在步驟1412，發(fā)送的分組到達(dá)并且被接收設(shè)備接收。在步驟1414，確定已接收的分組的有效載荷ID是否是有效的。如果有效載荷ID是有效的，即，一個(gè)特定有效載荷由有效載荷ID來表明，則在步驟1416中該已接收的分組與其他到達(dá)的分組一起累積。如果，另一方面，分組的有效載荷ID不是有效的，則在步驟1418中，開始有效載荷ID的有效載荷組裝。
接下來，在步驟1420中，創(chuàng)建一個(gè)接收分組列表。在步驟1420之后是增加分組到有效載荷已接收分組列表中的步驟1416。
在步驟1422，方法1400確定是否已完成接收有效載荷。如果沒有完成，那么在接下來的步驟1424中，一個(gè)有效載荷分組計(jì)數(shù)增加。此后，在步驟1426中，基于有效載荷中預(yù)期的總分組重新計(jì)算一個(gè)有效載荷超時(shí)，并且對(duì)于組裝有效載荷而重置該超時(shí)。方法1400接著返回到等待分組到達(dá)的步驟1410中。
如果在步驟1422中完成有效載荷，則在下一個(gè)步驟1428將一個(gè)有效載荷確認(rèn)(ACK)發(fā)送到發(fā)送設(shè)備。在步驟1430，將終止有效載荷組裝器操作。如果在根據(jù)方法200的發(fā)送過程中(圖9和圖11所示)，分組被FEC編碼，則步驟1440將分組解碼成合適數(shù)量的源分組。在步驟1442中，被組裝和解碼的有效載荷將被傳輸?shù)轿募酆象w重組。接收方法1400在結(jié)束任務(wù)的步驟1444中完成。
一旦一個(gè)第一分組在等待分組到達(dá)的步驟1410中被接收，那么步驟1450將以超時(shí)啟動(dòng)而開始。在步驟1450中，當(dāng)方法1400期望接收另外的分組時(shí)產(chǎn)生超時(shí)。如果超時(shí)步驟1450超出了整個(gè)超時(shí)周期，那么方法1400執(zhí)行在步驟1452中執(zhí)行數(shù)據(jù)試探分析以試圖構(gòu)造沒有接收到的分組。
在步驟1454中，方法1400確定沒有被接收的分組是否能由已經(jīng)接收的存在的分組恢復(fù)。如果分組能被恢復(fù)，那么，在步驟1456中將執(zhí)行數(shù)據(jù)試探合成。此后，在步驟1458中將有效載荷標(biāo)記為完成。方法1400然后進(jìn)入到步驟1422確定有效載荷是否是完整的。如果在步驟1454中，做出未被接收的分組不能由數(shù)據(jù)試探恢復(fù)的決定，那么方法1400將進(jìn)入到步驟1460。在步驟1460中，不管重試的最大次數(shù)是否到達(dá)，都將做出一個(gè)決定。如果由接收分組完成有效載荷的的最大重試次數(shù)已經(jīng)達(dá)到，那么在接下來的步驟1462中，建一個(gè)有效載荷接收失敗的記錄。在這種情況下，未完成的有效載荷被傳送到文件聚合體以便在步驟1442中重新組裝并且方法1400進(jìn)入到步驟1444以結(jié)束任務(wù)。
另一方面，如果在步驟1460中確定重試的最大次數(shù)沒有出現(xiàn)，那么步驟1464將確定是否任何的有效載荷首分組被接收。如果已經(jīng)接收了一個(gè)有效載荷首分組，那么在步驟1466將發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求給發(fā)送設(shè)備以重新發(fā)送丟失分組。如果沒有接收到首分組，那么，在接下來的步驟1468中，接收設(shè)備將一個(gè)消息發(fā)送到發(fā)送設(shè)備，表明哪些分組被接收到。在每一種情況下，步驟1466和1468之后都是步驟1426，在其中重新計(jì)算有效載荷接收超時(shí)并且在有效載荷組裝程式中重置超時(shí)。方法1400返回到等待分組到達(dá)的步驟1410。
應(yīng)該注意到接收協(xié)議能夠跟蹤沒有實(shí)際接收到的分組并同樣將此傳送回發(fā)送協(xié)議。這將增強(qiáng)發(fā)送協(xié)議的物理層管理器適應(yīng)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的能力。因此，當(dāng)協(xié)議能夠通過重建一個(gè)分組或類似的分組來減少重新發(fā)送時(shí)，將大量未被接收的分組傳送回起初的協(xié)議可能是有用的，目的是完全允許協(xié)議的自適應(yīng)性特性的有效操作。
圖15-17是詳盡示例性地描述根據(jù)圖13的協(xié)議20發(fā)送和接收間的相互作用的時(shí)序圖。參考圖15，定時(shí)線示出了根據(jù)協(xié)議20的發(fā)送和接收設(shè)備間的通信處理的一種可能結(jié)果。在時(shí)間t1處，發(fā)送設(shè)備通過協(xié)議20打包有效載荷緩沖器并且通過互連網(wǎng)絡(luò)將由此產(chǎn)生的分組發(fā)送到根據(jù)協(xié)議20操作的接收設(shè)備。在t1和t2之間的時(shí)間，接收協(xié)議接收一些指向它的分組。在時(shí)間t2處，接收協(xié)議接收所有的分組。同時(shí)，接收協(xié)議確認(rèn)有效載荷的發(fā)送。
參考圖16，定時(shí)線示出了另一個(gè)在采用協(xié)議20的發(fā)送和接收設(shè)備間的通信處理的可能結(jié)果。在時(shí)間t1處，發(fā)送設(shè)備通過協(xié)議20打包有效載荷緩沖器并且通過互連網(wǎng)絡(luò)將由此產(chǎn)生的分組發(fā)送到根據(jù)協(xié)議20操作的接收設(shè)備。在t1和t2之間的時(shí)間，接收協(xié)議接收一些由發(fā)送設(shè)備指向其的分組。然而，在這種情況下，接收協(xié)議接收至少一個(gè)首分組，但是并不是由發(fā)送協(xié)議發(fā)送的有效載荷的所有分組。
當(dāng)有效載荷的第一分組到達(dá)時(shí)，接收協(xié)議啟動(dòng)一個(gè)超時(shí)周期。在該超時(shí)結(jié)束時(shí)，在圖中時(shí)間t3，如果另一個(gè)分組未接收到，那么接收協(xié)議發(fā)送一個(gè)僅對(duì)丟失分組的重發(fā)請(qǐng)求。協(xié)議20基于實(shí)際接收到的分組信息以及包含有效載荷和被發(fā)送分組內(nèi)容詳盡信息的首分組的信息，來確定哪些分組丟失。在時(shí)間t3處，接收協(xié)議接收到首分組。首分組中的信息包含特定有效載荷中的被發(fā)送(和被接收協(xié)議期望)的分組的數(shù)量。
然后，接收協(xié)議確定沒有到達(dá)并需要通過發(fā)送協(xié)議重發(fā)的分組。接收協(xié)議形成一個(gè)對(duì)這些丟失分組的請(qǐng)求并在時(shí)間t3處將該用于特定的丟失分組重發(fā)的請(qǐng)求發(fā)送到發(fā)送設(shè)備。在時(shí)間t4處，發(fā)送協(xié)議接收丟失分組的重發(fā)請(qǐng)求。在時(shí)間t5處，發(fā)送協(xié)議重發(fā)由接收協(xié)議請(qǐng)求的丟失分組。
在時(shí)間t6，接收協(xié)議接收至少一些丟失分組，但不是全部。在接收丟失分組中的任何第一分組時(shí)，正如上面所述，接收設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)超時(shí)。在時(shí)間t7處，由接收協(xié)議啟動(dòng)的超時(shí)周期期滿，而并非所有丟失分組均已到達(dá)。這時(shí)，接收協(xié)議接著請(qǐng)求另外一個(gè)仍然丟失的分組的重新發(fā)送。
在時(shí)間t8處，發(fā)送協(xié)議接收到該重發(fā)請(qǐng)求。然后，發(fā)送協(xié)議在時(shí)間t9處重發(fā)請(qǐng)求的丟失分組。在時(shí)間t10處接收協(xié)議接收這些丟失分組。
然后，在時(shí)間t10處接收協(xié)議發(fā)送一個(gè)完整有效載荷接收的確認(rèn)(ACK)。以下循環(huán)，即發(fā)送分組；在第一分組到達(dá)時(shí)接收協(xié)議啟動(dòng)一個(gè)超時(shí)；在超時(shí)周期終止時(shí)，如果一個(gè)首分組到達(dá)，則接收裝置請(qǐng)求僅重發(fā)特定的丟失分組；以及僅重發(fā)丟失分組，將重復(fù)直到全部的數(shù)據(jù)有效載荷被發(fā)送到接收設(shè)備。因此，接收設(shè)備利用包含在分組頭標(biāo)中的信息去主動(dòng)請(qǐng)求僅重發(fā)未被接收的所有分組。
應(yīng)該注意到接收協(xié)議同樣能試圖通過協(xié)議中實(shí)現(xiàn)的FEC重建丟失分組?；蛘撸搮f(xié)議能通過數(shù)據(jù)試探的使用來試圖重建某些數(shù)據(jù)，諸如圖形數(shù)據(jù)。
參考圖17，提供了圖3中協(xié)議20操作的一種情形的另一個(gè)定時(shí)線實(shí)例。在時(shí)間t1處，發(fā)送協(xié)議已經(jīng)格式化并打包將在互連網(wǎng)絡(luò)上傳遞到接收協(xié)議的有效載荷數(shù)據(jù)。該分組通過時(shí)間t1被發(fā)送到接收協(xié)議。
當(dāng)接收協(xié)議接收到有效載荷的第一分組時(shí)，接收協(xié)議啟動(dòng)超時(shí)周期。如果另一個(gè)分組在超時(shí)周期內(nèi)到達(dá)，則接收協(xié)議重新啟動(dòng)該超時(shí)周期。一旦超時(shí)期滿而未接收到分組時(shí)，接收協(xié)議將試圖確定是否全部的數(shù)據(jù)有效載荷被接收。
在時(shí)間t2處，接收協(xié)議接收一個(gè)分組同時(shí)啟動(dòng)超時(shí)周期。在時(shí)間t3處，接收協(xié)議已超時(shí)而未接收到首分組。這樣，接收協(xié)議不能確定特定有效載荷的分組數(shù)量并且不知道哪些分組未被接收，以便向發(fā)送協(xié)議請(qǐng)求丟失分組的重發(fā)。然而，接收協(xié)議啟動(dòng)一個(gè)到發(fā)送協(xié)議的請(qǐng)求以表明它沒有接收到特定有效載荷的分組頭標(biāo)，并且隨該請(qǐng)求一起發(fā)送該已接收分組的標(biāo)識(shí)信息。
在時(shí)間t4處，發(fā)送協(xié)議已經(jīng)接收到來自接收協(xié)議的、表明它沒有接收到特定有效載荷的所有分組以及該接收協(xié)議沒有接收到有效載荷的分組頭標(biāo)的請(qǐng)求。該發(fā)送協(xié)議利用接收協(xié)議接收到的分組的標(biāo)識(shí)信息，并且確定哪些分組將重發(fā)到接收協(xié)議。然后發(fā)送協(xié)議再次在時(shí)間t4和t5之間將丟失分組發(fā)送到接收協(xié)議。
如圖15-17所示，接收協(xié)議的至少一個(gè)分組的接收啟動(dòng)一個(gè)超時(shí)周期。如果接收協(xié)議確定它是一個(gè)丟失分組，那么它將請(qǐng)求發(fā)送協(xié)議重發(fā)這些丟失分組。如果接收協(xié)議接收到一個(gè)分組頭標(biāo)，它能夠使用該包含在分組頭標(biāo)中的信息明確地請(qǐng)求僅重發(fā)丟失分組。如果接收協(xié)議沒有接收到一個(gè)分組頭標(biāo)，它確定它未接收到所有的有關(guān)數(shù)據(jù)，則接收協(xié)議請(qǐng)求重發(fā)分組頭標(biāo)。在該請(qǐng)求內(nèi)，接收協(xié)議也列出了它已接收到的分組，這樣發(fā)送協(xié)議可以僅僅重發(fā)那些沒有接收到的數(shù)據(jù)分組和還沒有接收到的首分組。
應(yīng)該注意到，不像以前的數(shù)據(jù)協(xié)議，本發(fā)明中的超時(shí)值本質(zhì)上是動(dòng)態(tài)的。在傳輸協(xié)議層和物理層之間的通信允許該協(xié)議基于數(shù)據(jù)發(fā)送的歷史而動(dòng)態(tài)地得出一個(gè)合適的超時(shí)。在無線鏈路的情形下，信道的特性，接收和發(fā)送設(shè)備的特性，以及在不久以前的數(shù)據(jù)發(fā)送的實(shí)際次數(shù)，允許協(xié)議設(shè)置有效的超時(shí)。
接收協(xié)議的一個(gè)示例性的超時(shí)本質(zhì)上是動(dòng)態(tài)的，特別是在互連網(wǎng)絡(luò)的鏈路是無線的情形下。這樣的話，基于該無線鏈路特性能夠計(jì)算一個(gè)更有效的超時(shí)。此外，在協(xié)議中物理層管理器和傳輸機(jī)制之間的相互作用允許它以一種有效的方式操作。傳輸機(jī)制包括一個(gè)超時(shí)，允許一個(gè)接收協(xié)議有效地確定何時(shí)將一個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)重發(fā)的消息發(fā)送到發(fā)送協(xié)議。
接收協(xié)議計(jì)算并監(jiān)視該超時(shí)量度，并且在假設(shè)一些分組丟失和請(qǐng)求一個(gè)重發(fā)之前告知該接收協(xié)議一個(gè)有效載荷中的所有分組到達(dá)要等待多長(zhǎng)時(shí)間。該量度能夠被認(rèn)為是由無線鏈路的當(dāng)前條件造成的、平均或穩(wěn)定狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)性能延遲和瞬時(shí)性延遲效果的加權(quán)求和。
同樣，在本示例性的實(shí)施方案中，一個(gè)有效載荷超時(shí)能夠在一個(gè)如下的環(huán)境中表達(dá)TbursttimeoutWstaticT^bursttimeoutWdynamicf(x,...),]]>其中 和f(x，...)＝瞬時(shí)性發(fā)送延遲效果，和Wstatic＝靜態(tài)延遲近似效果加權(quán)，和Wdynamic＝瞬時(shí)性延遲效果加權(quán)，和Wstatic+Wdynamic＝1既然一個(gè)有效載荷的總的發(fā)送時(shí)間對(duì)于有效載荷的大小是偶然的，并且首分組不能保證將被第一個(gè)接收，所以當(dāng)一個(gè)非首分組到達(dá)時(shí)，當(dāng)前有效載荷的大小被假定是最后成功發(fā)送的有效載荷的大小。根據(jù)一個(gè)首分組和關(guān)于有效載荷大小的信息的接收，時(shí)序量度能被更接近地重新計(jì)算。當(dāng)先前沒有接收到任何有效載荷時(shí)，將使用一個(gè)自舉的缺省值。
在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，平均發(fā)送延遲的變化性可以認(rèn)為是與上述的加權(quán)W有關(guān)。在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的變化越大，整個(gè)分組延遲的瞬時(shí)性效果也越顯著。在有線環(huán)境下，Wdynamic接近于零。
在本示例性的實(shí)例中， 基于 其中Epptt(x)＝每個(gè)分組發(fā)送延遲的期望或平均值，和σpptt(x)＝每個(gè)分組發(fā)送延遲的標(biāo)準(zhǔn)偏移，和Ntpkts＝在下一個(gè)分組突發(fā)中期望的分組的總數(shù)量。
Epptt(x)和σpptt(x)由過去有效載荷接收性能計(jì)算。
對(duì)于每個(gè)接收的有效載荷，和對(duì)于每個(gè)中止的有效載荷，整個(gè)經(jīng)歷的累加時(shí)間被有效載荷中接收分組的數(shù)量相除得到有效載荷每個(gè)分組延遲的統(tǒng)計(jì)值。因此，標(biāo)準(zhǔn)偏移同樣被計(jì)算。這些數(shù)值作為傳輸協(xié)議的一個(gè)部分被記錄。每個(gè)分組發(fā)送時(shí)間的平均值被計(jì)算為所經(jīng)歷的每個(gè)分組統(tǒng)計(jì)的實(shí)際最后M延遲的移動(dòng)平均值并且再次作為傳輸協(xié)議的一部分儲(chǔ)存。
瞬時(shí)性的無線效果包括很多情況，包括地理上的，在一個(gè)蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)對(duì)小區(qū)的變化和其他情況。同樣，函數(shù)f(x，...)是具有網(wǎng)絡(luò)針對(duì)性的以及在所有網(wǎng)絡(luò)鏈路中是不同的。該函數(shù)是一個(gè)由不同瞬時(shí)性延遲的源組成的延遲加權(quán)求和。一個(gè)或多個(gè)不變的機(jī)制通常被嵌入到傳輸協(xié)議以監(jiān)視每個(gè)這些源的延遲。單函數(shù)能基于一個(gè)具體網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗(yàn)來硬件編碼，但是他們能可替換地以自動(dòng)方式，實(shí)時(shí)地或別的方式調(diào)整或?qū)С鰠⒖紙D180a-c，方框圖示出了傳輸機(jī)制和數(shù)據(jù)試探機(jī)制之間相互作用的示例性的結(jié)果。圖18a示出一個(gè)有效載荷的組成分組。圖18a中的分組根據(jù)有效載荷通常經(jīng)過協(xié)議20(圖3所示)的傳輸機(jī)制被分割的順序來編號(hào)?；诜纸M攜帶數(shù)據(jù)的相對(duì)重要性，將該分組通過試探機(jī)制排以優(yōu)先次序。
在一個(gè)典型壓縮中，特別是對(duì)于圖形數(shù)據(jù)，較低頻率或較低能量可由相關(guān)較高能量的系數(shù)來重建。這樣在壓縮期間，數(shù)據(jù)的系數(shù)基于數(shù)據(jù)的內(nèi)容被分配一個(gè)相對(duì)的優(yōu)先次序。越容易近似或復(fù)制的數(shù)據(jù)被分配一個(gè)比更難復(fù)制的數(shù)據(jù)更低的等級(jí)。
這樣，在圖18a中，更重要或更高加權(quán)的分組是分組0和分組N-1。下一個(gè)最重要的是分組N，等等直到最不重要的數(shù)據(jù)分組，分組2。數(shù)據(jù)試探以一種與包含于其中的數(shù)據(jù)的重要性一致的方式對(duì)該分組編碼。
在圖18b中，傳輸機(jī)制根據(jù)包含在其中的數(shù)據(jù)的相關(guān)加權(quán)來對(duì)分組重新排序。這樣，分組N-1被移到第二時(shí)隙。也可以進(jìn)行分組的重新編號(hào)，以便允許接收協(xié)議更充分評(píng)定信息的重要性。同樣，可以保留分組起初的編號(hào)順序。
在圖18b中，分組N-1的內(nèi)容與分組1的內(nèi)容互換。這樣，新的分組1等于或低于分組0的重要性，并且等于或高于分組2的重要性。然而，分組1的內(nèi)部字段表示了該分組的自然排序仍在第N-1位置。如果必要的話，這允許分組的第一排序得以保存。
參考圖18c，方框圖指出了在接收協(xié)議接收的圖18a-b中的分組的排序。在試圖重建有效載荷的過程中，接收協(xié)議已經(jīng)正確地推斷出分組N-3被發(fā)送，原來的分組1丟失。協(xié)議使用分組的重新排序確定在有效載荷的重建中發(fā)送分組N-3不超過“D”重要性。這樣，該協(xié)議就容易確定分組N-3的丟失對(duì)于最后有效載荷的重建來說是可接受的。也要注意到有效載荷也可能以圖18a的原來順序組裝，因?yàn)樵瓉淼挠行лd荷標(biāo)志在數(shù)據(jù)中仍然存在。
這種包含在分組中的數(shù)據(jù)重要性的排序同樣有利于分組的物理發(fā)送的有效性。傳輸協(xié)議能夠包含一種手段以便在具有良好特性的發(fā)送信道上優(yōu)先發(fā)送重要分組。這樣，如果在發(fā)送分組的過程中，一個(gè)突然出現(xiàn)的情形導(dǎo)致發(fā)送信道惡化，那么傳輸協(xié)議層能夠重新引導(dǎo)次重要的分組發(fā)送，這樣等待一個(gè)無缺陷的信道來發(fā)送更重要的數(shù)據(jù)。
參考圖19，時(shí)序圖示出了在協(xié)議20(圖3所示)的數(shù)據(jù)試探，傳輸機(jī)制和物理層管理器之間的示例性相互作用。首先，在時(shí)間t1處使得能夠發(fā)送A，并且具有好的發(fā)送特性，正如圖19中由高等級(jí)所指示的。同樣，傳輸機(jī)制控制由數(shù)據(jù)試探機(jī)制確定的更高優(yōu)先級(jí)分組在該時(shí)間期間發(fā)送。因此，最高優(yōu)先級(jí)的分組，分組1和2在該時(shí)間發(fā)送。
意外的，在時(shí)間t2處，發(fā)送信道特性改變成如圖19中低等級(jí)指示的低質(zhì)量。物理層管理器將該改變指示到傳輸機(jī)制。然后傳輸機(jī)制在信道上不再發(fā)送任何更多的高優(yōu)先級(jí)的分組。這是因?yàn)槿藗兿胍邇?yōu)先級(jí)的分組享有更高的被接收協(xié)議接收的可能性。同樣，基于低發(fā)送質(zhì)量，傳輸機(jī)制控制最不重要的分組在該時(shí)間發(fā)送。因此，分組N在該周期被發(fā)送。
在時(shí)間t3處，信道特性變好，但是不如在時(shí)間t1時(shí)最好的那樣。在協(xié)議20中物理層管理器將這種改變指示到傳輸機(jī)制。由于傳輸特性已經(jīng)改善，傳輸協(xié)議使得能夠發(fā)送更高重要性分組。換句話說，傳輸協(xié)議能夠等待直到最佳情形出現(xiàn)，正如在t1處所示的。然后，傳輸機(jī)制控制發(fā)送中等重要性的分組，諸如分組5?；诹己眯诺捞匦缘拇嬖?，能夠預(yù)見預(yù)見分組的優(yōu)先級(jí)設(shè)置和發(fā)送這些分組之間相互作用的許多不同的方案。
當(dāng)前方案能夠容易地?cái)U(kuò)展到許多的信道。由于物理層管理器包含了一個(gè)不同信道特性的數(shù)據(jù)庫(kù)，所以優(yōu)先級(jí)分組的發(fā)送可以在傳輸協(xié)議等待一個(gè)較佳信道而不是較佳的信道條件時(shí)被延遲。當(dāng)然，其他的替換也是可能的。
盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施，但是，在上述公開的內(nèi)容和某些情況下的大范圍修改，改變以及替代是預(yù)期的，本發(fā)明的一些特性可以在不相應(yīng)使用其他特性的情況下使用。因此，所附權(quán)利要求被廣義地和在某種意義上與本發(fā)明范圍相一致地解釋是恰當(dāng)?shù)摹?br> 權(quán)利要求
1.一種在網(wǎng)絡(luò)上通信的方法，包括步驟將一個(gè)有效載荷打包成一系列的數(shù)據(jù)分組；在該系列的開始，中間和朝向結(jié)尾插入首分組；與首分組一起發(fā)送該系列；接收至少該序列數(shù)據(jù)分組中的一些以及該首分組中的至少一個(gè)；和發(fā)送一個(gè)選自以下組的確認(rèn)所有的數(shù)據(jù)分組和至少一個(gè)首分組已接收；并非所有的數(shù)據(jù)分組已接收以及至少一個(gè)首分組已接收；以及一些數(shù)據(jù)分組已接收，但是沒有首分組已接收。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該方法進(jìn)一步包括步驟如果該確認(rèn)是所有的數(shù)據(jù)分組和至少一個(gè)首分組被接收，則終止該方法。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該方法進(jìn)一步包括步驟如果至少一個(gè)首分組被接收而不是所有的數(shù)據(jù)分組被接收，則標(biāo)識(shí)未接收到的數(shù)據(jù)分組；其中發(fā)送步驟的確認(rèn)包括未接收到的數(shù)據(jù)分組的標(biāo)識(shí)符；和僅重發(fā)未接收到的數(shù)據(jù)分組。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該方法進(jìn)一步包括步驟標(biāo)識(shí)已接收一些數(shù)據(jù)分組，但沒有接收任何首分組；其中發(fā)送步驟的確認(rèn)包括已接收數(shù)據(jù)分組的標(biāo)識(shí)符；基于該確認(rèn)中的標(biāo)識(shí)符確定哪些數(shù)據(jù)分組未被接收；僅重發(fā)未被接收的首分組和數(shù)據(jù)分組。
全文摘要
一種在網(wǎng)絡(luò)上通信的方法，特別適用于在低質(zhì)量或物理信道性能變化很大的通信網(wǎng)絡(luò)，例如無線網(wǎng)絡(luò)(2)中，在減少帶寬需求的情況下改善傳輸性能。該方法包括步驟將有效載荷(30)打包成一系列數(shù)據(jù)分組(42)，在該系列的開始，中間，以及朝向結(jié)尾插入首分組(41)，與首分組(41)一起發(fā)送該系列，接收該系列分組(42)中的至少一些以及至少其中一個(gè)首分組(41)，以及發(fā)送一個(gè)確認(rèn)(60)。該確認(rèn)(60)可以是所有的數(shù)據(jù)分組和至少一個(gè)首分組已接收；不是所有的數(shù)據(jù)分組被接收以及至少一個(gè)首分組被接收；或者某些數(shù)據(jù)分組被接收，但沒有首分組被接收。由于這些分組未被接收到而進(jìn)行的數(shù)據(jù)分組和首分組的重發(fā)將被最小化，以便限制傳送整個(gè)數(shù)據(jù)有效載荷所必需的通信的數(shù)量。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1426647SQ01806939
公開日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2001年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月21日
發(fā)明者E·阿科斯塔 申請(qǐng)人:布羅德克勞德通訊公司