无线网络可靠传输控制技术研究

陈欲科

（公诚管理咨询有限公司，广东 东莞 523000）

0 引言

在有限的资源条件下，用无线网络进行可靠传输是值得从业者深究和重视的问题。因为在当今的社会上，互联网飞速发展，对网络的要求也越来越严格，许多的应用在无线网络上进行无线传输，这也就提高了无线网络技术的性能要求，要求无线网络具有很高的可靠性和低传输时延性[1]。随着智能手机的推行，移动通信技术也得到了发展，但是在有限的资源条件下，要尽可能的发展技术，提高传输安全性，减少丢包问题的发生，同时也要发展恢复数据技术，减少丢包问题带来的损失。

1 无线网络可靠传输机制

现在应用对数据包的发送成功率要求较高，达到百分之百，但是一般情况下，由于无线网络的布网简单，受传输环境影响严重，发送成功率仅有百分之二十，所以，无线网络的丢包率很高，远远大于有线网络。环境因素的不稳定容易导致路径损耗、盲区衰落、多径衰落，还需要其他的技术来保证无线网络传输的稳定性，从目前的技术手段来说，主要有以下四种辅助手段[2]。

1.1 自动请求重传（ARQ）

ARQ是一种自动请求重传的机制，当传输失败时，会收到NACK的反馈，发送端获得反馈后，会自动重新传输数据，直到收到了ACK的反馈。ACK的反馈代表着发送成功。但是这种机制也存在着一定的问题，例如当传输的网络通信节点较多，同时向发送端进行反馈，会造成反馈风暴，出现网络延时问题。

1.2 前向纠错机制（FEC）

FEC是从一定数量的消息中恢复想要的信息，可以避免大量无效数据的重传，它延迟性低，但是占用的带宽资源更多，传输大量的信息可以拥有较高的纠错信息能力，在传输开销和传输效率间要寻求一个平衡，FEC和NACK结合起来使用可以达到这个平衡。在应用方面FEC和ARQ适用于不同的场景，FEC更合适用在传输错误率高的情况下[3]。

1.3 混合方案

将ARQ和FEC结合起来，就是混合差错控制技术，用FEC的机制可以避免反馈风暴的出现，再利用ARQ的方式，可以对传输出错的数据进行纠错重传，提高传达成功率。

1.4 网络编码

网络编码是利用路由器和编码的信息交换技术，与传统的传输技术不同，传统数据的传输是利用中间节点作为应答器，对数据进行存储和传。网络编码中最重要的机制是当路径中的节点收到信息时传输到下一跳，对每个节点的信息都进行了网络编码，将网络链路带宽有效的利用起来，提高了利用率[4]。

2 无线网络可靠传输机制设计

像Tetry一样，RQUDP以内联冗余率k发送数据，可以恢复丢失的数据包，且将数据进行平滑的传输。其目标是可靠的传输机制，且保证数据连续传输到应用程序。像这样一种轻量、自适应、可靠的传输机制可以实现为II型HARQ（增量冗余）、UDP传输代理或可靠的隧道（如RBSCP）[5]。

RQUDP可以恢复所有的数据，避免损失，当没有可发送的数据时还会自动终止。它具有移动的编码窗口，可以避免突然发生的不良情况与事件对数据传输制度的影响，还能限制接收端解码的复杂性，可以凭借轻量级确认机制的连续包丢失率估计的冗余调整。

自适应冗余度的算法在此不做赘述，接下来将详细介绍前两种机制。

表1列出了本节中使用的不同符号。图1展示了完整的数据交换过程，其中数据包为黑色，修复包为红色，恢复包为灰色。大小为W=4的编码窗口是发送方缓冲区中的红色帧。

表1 本节不同符号的含义

图1 完全可靠机制原理图

2.1 基于反馈的完全可靠机制的设计

RQOUDP对NACK方案进行了改进，提供了一个可靠性良好的工作层，可以适应各个环境，它独立于包错误率（packet error rate, PER）和内联冗余比。确认包可以指定丢失的序列号列表，还可以指定接收包最高连续序列号。接收方未确认，发送方则会将没确认的部分再次发送，直到被接收方确认，保证线性组合数据包的可靠性。在发送全部的数据以后，要在每个发送的数据包里包含一个Flag，发送方设置为1，指示流的结束。当接收者开始解码，就会自动使用ARQ的F flag进行结束，关闭对话框。这避免了反馈风暴的出现，提高了传输效率[6]。

它记录窗口号、窗口总数以及窗口和内存中的地址映射关系，调用发送模块发送数据包。它从内存获取数据存储信息，封装数据到自定义数据帧中，并启动封装过程，与消息处理状态机相似，在接收数据的过程中，可以直接用信息处理模块对信息进行处理，接收和消息处理同时进行可以提高工作效率。当接收的信息和窗口与发送的一致，就会用接收窗口进行接收，如果不一致，接收端会利用NACK进行反馈。根据接收端的反馈，发送端会采取不同的方法，例如ACK代表需要重新传输，而NACK则代表需要先找回丢失数据再进行传输[7]。

2.2 滑动编码窗口的设计

发生混乱时，可以采用接收端计算资源，在嵌入式系统中，使用大小为W的滑动编码窗口对译码的复杂程度进行界限，这样的窗口可以一直增长，直到达到最大的大小，比起传统的有限大小的窗口更加灵活方便。在特殊情况发生时，编码窗口可能会被阻碍，这时还是应该继续照常发送新的数据包，保证接收端可以平滑的接收数据。当编码的窗口已经满了的时候，可以用不同的系数编码同一组数据，使用多个修复包进行修复。在使用RaptorQ进行发送时，发送方设计符号来进行编码，在反馈过程中，当出现传输延迟，且延迟较长，则会触发重发，所以必须选择RTO的一部分作为缓冲包的计时器，RTO是RTT的乘法，选择RTO的时间会避免重新传输，重传定时器与RTO的测量有关，它能测量网络动态参数，及时反映网络状态，保证数据传输效率，避免数据的丢失。无线网络传播延迟长，延迟的时间可以用来收集符号应用RaptorQ的编码，一般来说，会选择当前RTO时间的三分之一来作为延迟定时器[8]。

3 结语

在这个信息高速发达的时代，对计算机的网络通信技术的发展要求也越来越高，保障数据信息的高效、安全、稳定是网络通信技术必须满足的问题，相关从业人员要深入研究如何完成数据在不同网络之间的传输，如何提高网络传输之间的成功率，才能满足如今时代发展的需求。