СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
METHOD AND SYSTEM FOR DATA TRANSFER IN DATA TRANSFER NETWORK

Данное изобретение относится к способу и системе для передачи данных в сети передачи данных.
В сетях передачи данных шум в канале передачи и межканальные помехи могут вызывать ошибки при передаче, которые необходимо принимать во внимание. В случае многопользовательских приложений эти ошибки передачи вызывают повышение коэффициента ошибок в пакетах (Packet Error Rate, PER) и, следовательно, большую задержку пакета из-за повторной передачи. Это также ведет к ухудшению пропускной способности в сети передачи данных. Поэтому основной задачей в многопользовательских приложениях является уменьшение ошибок и задержек при передаче в сети передачи данных и содействие в соблюдении параметров качества обслуживания (Quality of Service, QoS) для определенного пользователя.
Из уровня техники известны процессы автоматического запроса повторной передачи (Automatic Repeat Request, ARQ). Традиционный процесс автоматического запроса повторной передачи обнаруживает ошибки передачи на уровне управления доступом к среде передачи (Medium Access Control, MAC), используя проверку при помощи циклического кода с избыточностью (Cyclic Redundancy Check, CRC). Приемник отбрасывает ошибочные пакеты и передает запрос повторной передачи передатчику, если проверка при помощи циклического кода терпит неудачу.
Кроме того, из уровня техники известны процессы гибридного автоматического запроса повторной передачи (Hybrid Automatic Repeat Request, H-ARQ). Процессы H-ARQ являются адаптивным методом уменьшения задержки из-за ошибочных или потерянных пакетов при передаче данных, эти процессы могут значительно улучшать пропускную способность системы. Цель H-ARQ состоит в том, чтобы обеспечить простой механизм, объединяющий прямую коррекцию ошибок (Forward Error Correction, FEC), использующую выигрыш за счет кодирования, и основной механизм автоматического запроса повторной передачи, чтобы выполнить ограничения качества QoS.
Ограничения качества QoS, которые обычно должны быть выполнены, представляют собой задержку, джиттер, максимизацию пропускной способности и надежности передачи данных, которые являются важными, например, для передачи речи по протоколу Интернет (Internet Protocol, IP) или приложений видеоконференцсвязи.
Кроме того, из уровня техники известен вариант, при котором ошибочные пакеты не отбрасывают, а комбинируют с пакетами, которые были приняты после запроса повторной передачи. В этой связи имеются главным образом два популярных способа объединения, а именно, комбинирование без увеличения избыточности (Chase Combining, СС) и возрастающая избыточность (Incremental Redundancy, IR). В случае комбинирования без увеличения избыточности приемник комбинирует передаваемые последовательно ошибочные пакеты, чтобы уменьшить скорость кода, что аналогично кодированию с повторением. Приемник может использовать определенный выигрыш за счет кодирования, как показано на фиг.1. На фиг.1 101 обозначает первую передачу, 102 - первую повторную передачу и 103 - вторую повторную передачу. Выигрыш за счет кодирования, который достигается первой повторной передачей, показан как 111, а выигрыш за счет кодирования, который достигается второй повторной передачей, показан как 112. Очевидно, что с каждой повторной передачей уменьшается скорость кода и улучшается отношение сигнал/шум. Однако величина улучшения с каждой повторной передачей уменьшается.
В случае возрастающей избыточности передатчик передает сначала систематические биты, а затем передает избыточные биты (биты контроля четности) для дальнейших повторных передач, если необходимо, и таким образом улучшает декодирование пакета.
Обычно механизм ARQ реализуется на уровне MAC сети передачи данных. Идея H-ARQ состоит в том, что для дополнительного уменьшения задержки в системе между уровнем MAC и физическим уровнем механизм ARQ должен находиться как можно ближе к физическому уровню системы, что делает возможными более быстрые повторные передачи. Система связи может иметь оба механизма, ARQ и H-ARQ, позволяющих улучшить передачу данных.
Согласно процессу H-ARQ, использующему комбинирование без увеличения избыточности, ошибочные пакеты данных повторно передаются и комбинируются в приемнике, чтобы уменьшать скорость кода до тех пор, пока возможно декодирование, имеющее определенное отношение сигнал/шум. Как показано на фиг.1, увеличение отношения сигнал/шум уменьшается для последующих повторных передач. Кроме того, комбинирование выполняется с использованием принятых символов или, альтернативно, с использованием мягкого комбинирования битов после демодулятора, которое предусматривает независимые схемы модуляции и кодирования (Modulation and Coding Schemes, MCS), и, следовательно, различное распределение ресурсов для оригинала и многочисленных копий, принятых при попытках повторной передачи. В реализациях H-ARQ известного уровня техники повторная передача H-ARQ использует одну и ту же схему модуляции и кодирования (Modulation and Coding Scheme, MCS) и пространственный режим (передача с мультиплексированием или с разнесением) для ее повторных передач.
Проблемой автоматического запроса повторной передачи является то, что при повторных передах возрастает задержка.
В случаях, когда низкая вероятность ошибки в пакете должна быть достигнута в беспроводном соединении при обеспечении низких задержек, способ автоматического запроса повторной передачи обладает рядом проблем. Примерами являются, например, приложения реального времени, подобные передачи речи по протоколу IP или разговорам по видеотелефону в сети универсальной мобильной системы связи (Universal Mobile Telecommunications System, UMTS). Поэтому в технологии долгосрочной эволюции (Long Term Evolution, LTE) UMTS рассматривают максимум 3 повторные передачи.
-3
-3
В сетях UMTS планировщик обычно предоставляет ресурсы для пользователей или соединений передачи данных на основании оптимизированной рабочей точки для процесса H-ARQ, чтобы увеличить пропускную способность с приемлемой потерей пакетов после максимального числа повторных передач. Это означает, что рабочая точка выбирается так, чтобы коэффициент ошибок в пакетах после третьей повторной передачи был приемлемым для приложения, использующего соединение. Например, загрузка файла по протоколу передачи файлов (File Transfer Protocol, FTP) из полного буфера может быть с легкостью обработана при конечном коэффициенте ошибок в пакетах, равном 10, так как более высокие уровни обработают остающиеся ошибки, и полная задержка на передачу отдельного пакета является несущественной. Поэтому для этого вида приложения рабочая точка будет установлена на коэффициент ошибок в пакетах около 10%. Это будет означать, что для первой передачи коэффициент ошибок в пакетах составляет 10%, для второй передачи - PER=1% и для третьей передачи - PER=10.
-6
Для видеодекодера реального времени коэффициент ошибок в пакетах на входе должен быть 10 или ниже. Чтобы удовлетворить этому критерию только с тремя попытками передачи, необходимо будет установить исходную рабочую точку на коэффициент ошибок в пакетах 1%, вместо 10%, что вызовет огромное снижение пропускной способности.
Целью данного изобретения является предложение способа и системы для передачи данных в сети передачи данных, которые делают возможными приемлемый конечный коэффициент ошибок в пакетах и одновременно приемлемую задержку при передаче.
Согласно изобретению эта цель достигается способом и системой в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Предпочтительные формы осуществления изобретения определяются в соответствии с зависимыми пунктами формулы изобретения.
Изобретение включает способ передачи данных в сети передачи данных. Способ может включать следующие шаги: передача пакета данных от передатчика приемнику; если пакет данных неправильно принят в приемнике, передача повторного запроса от приемника передатчику после приема повторного запроса в передатчике; повторная передача пакета данных от передатчика приемнику; и после приема в передатчике заранее заданного числа запросов на повторную передачу, запрашивающих повторную передачу пакета данных, передача заранее заданного количества копий пакета данных от передатчика приемнику, причем указанное заранее заданное количество включает по меньшей мере две копии; или передача заранее заданного количества дополнительных информационных пакетов с передатчика на приемник.
Это означает, что после заранее заданного числа запросов повторной передачи, которые указывают на неудачу передачи пакета для одного и того же пакета, передатчик может послать пакет, который должен быть повторно передан несколько раз, копия за копией, для того, чтобы использовать выигрыш от повторного кодирования, например, используя комбинирование без увеличения избыточности в приемнике. N-ая повторная передача в k-ой попытке практически не влияет на полную пропускную способность, но позволяет уменьшить конечный коэффициент ошибок в пакетах и, следовательно, потери пакетов до очень низких значений, без угрозы для полной задержки, определяемой максимальным числом попыток повторной передачи. В одной из форм осуществления изобретения дополнительная информация может передаваться от передатчика приемнику, что является особенно выгодным, если используется возрастающая избыточность.
В предпочтительной форме осуществления способ согласно изобретению включает шаг комбинирования пакета данных и копий пакета данных в приемнике с использованием устройства комбинирования, и/или комбинирование пакета данных с заданным количеством дополнительных информационных пакетов в приемнике с использованием устройства комбинирования.
Это позволяет использовать комбинирование без увеличения избыточности и/или возрастающую избыточность.
Предпочтительно, каждая из копий пакета данных включает номер повторной передачи и идентификатор процесса. Таким образом, можно определить в приемнике, что каждая из нескольких копий содержит один и тот же пакет данных.
В предпочтительной форме осуществления способ включает шаги определения указанных заранее заданного числа и/или заранее заданного количества на основании степени использования ресурсов.
Например, в случае запрашиваемой повторной передачи, планировщик может столкнуться с неиспользованными ресурсами на уровне MAC перед крайним сроком отбрасывания трафика. Тогда уже во вторую повторную передачу или даже в первую повторную передачу заданное количество копий пакета данных может быть передано от передатчика приемнику. Такое совместное взаимодействие между планировщиком и механизмом H-ARQ на уровне MAC улучшит использование ресурсов и надежность передачи с существенным уменьшением вероятностей отказа связи из-за задержки. Этот механизм особенно подходит для нисходящей линии, так как в нисходящей линии он не требует дополнительной пропускной способности, и нисходящая линия, как правило, не ограничена по мощности.
В сценарии с несколькими ретрансляциями способ предпочтительно включает шаги обеспечения максимально приемлемого времени передачи для передачи пакета данных от исходного источника пакета данных к возможному конечному адресату пакета данных; определения узла или узлов связи, которые ретранслируют пакет данных от исходного источника пакета данных к возможному конечному адресату пакета данных, причем каждый узел способен принимать на себя роль приемника и роль передатчика; вставки в исходном источнике отметки времени в пакет данных, причем отметка времени указывает время, когда исходный источник пакета данных передал пакет данных; передачи пакета данных от исходного источника к возможному конечному адресату посредством ретрансляции пакета данных от узла к узлу, и, для каждой пары узлов, определения указанных заранее заданного числа и/или заранее заданного количества на основании отметки времени, текущего времени и максимально приемлемого времени передачи.
Таким образом, существует возможность оптимизации для каждой ретрансляции от узла до узла указанных заранее заданного числа и/или заранее заданного количества на основании остающегося времени для передачи. Например, согласно способу может быть решено передать заданное количество копий пакета данных уже с первой повторной передачей, когда остающееся время передачи уже мало, что означает, что способ способен динамически изменять использование ресурсов за счет улучшения задержки.
Предпочтительно, способ согласно изобретению включает шаг определения указанных заранее заданного числа и/или заранее заданного количества на основании характеристик приемника.
Например, различное оборудование пользователя может иметь различные возможности. Обычно возможности буферизации и обработки ограничивают число повторно передаваемых пакетов. В этой ситуации соответствующий обратный канал управления процесса H-ARQ может указывать максимальное число повторно передаваемых протокольных блоков данных, которые могут одновременно обрабатываться оборудованием пользователя.
Обмен информацией также может выполняться в начале установления соединения, например, посредством знания классификационного индекса терминала. Также динамические возможности, такие как состояние батареи, могут быть приняты во внимание сигнализацией динамического управления, которая предпочтительно передается по соответствующему обратному каналу управления.
Дублированные повторно передаваемые пакеты не должны передаваться через прямую линию более чем согласовано с оборудованием пользователя. Число дубликатов может неявно задаваться посредством последовательного указателя или может явно обозначаться для оборудования пользователя для целей комбинирования.
Приемнику может не требоваться декодировать все повторно передаваемые пакеты после правильных результатов проверки при помощи циклического кода. Недекодируемые протокольные блоки данных MAC с тем же самым идентификатором процесса могут отбрасываться, чтобы экономить энергию батареи.
Если оборудование пользователя указывает предложенный расширенный класс возможностей H-ARQ, планировщик может автономно изменять рабочую точку для исходного коэффициента ошибок так, чтобы первый коэффициент ошибок в пакетах был выше и могла быть достигнута более высокая пропускная способность. Расширенные возможности H-ARQ могут гарантировать, что конечная вероятность отказа связи будет подстраиваться к запрашиваемому качеству QoS приложения.
Изобретение также включает систему для передачи данных в сети передачи данных. Система может содержать средства для передачи пакета данных от передатчика приемнику; средства передачи запроса повторной передачи от приемника передатчику, если пакет данных неправильно принят в приемнике; средства повторной передачи пакета данных от передатчика приемнику после приема повторного запроса в передатчике и средства передачи заранее заданного количества копий пакета данных от передатчика приемнику, после приема в передатчике заранее заданного числа запросов на повторную передачу, запрашивающих повторную передачу пакета данных, причем указанное заранее заданное количество включает не менее двух копий; или средства передачи заранее заданного количества дополнительных информационных пакетов от передатчика приемнику после приема в передатчике заранее заданного числа запросов на повторную передачу, запрашивающих повторную передачу пакета данных.
Система имеет по существу те же самые преимущества, что и способ согласно изобретению.
Предпочтительно, система содержит средства для комбинирования пакета данных и копий пакета данных в приемнике и/или средства для комбинирования пакета данных с заданным количеством дополнительных информационных пакетов в приемнике.
Каждая из упомянутых копий пакета данных может содержать номер повторной передачи и идентификатор процесса.
Предпочтительно, система дополнительно содержит средства для определения указанных заранее заданного числа и/или заранее заданного количества на основании степени использования ресурсов.
В предпочтительной форме осуществления система содержит средства обеспечения максимально приемлемого времени передачи для передачи пакета данных от исходного источника пакета данных к конечному адресату пакета данных; средства определения множества узлов связи, которые ретранслируют пакет данных от исходного источника пакета данных к конечному адресату пакета данных, причем каждый узел способен принимать на себя роль приемника и роль передатчика; средства вставки в исходном источнике отметки времени в пакет данных, причем отметка времени указывает время, когда исходный источник пакета данных передал пакет данных; средства передачи пакета данных от исходного источника к конечному адресату посредством ретрансляции пакета данных от узла к узлу и средства для определения для каждой пары узлов указанных заранее заданного числа и/или заранее заданного количества на основании отметки времени, текущего времени и максимально приемлемого времени передачи.
Предпочтительно, система содержит средства для определения указанных заранее заданного числа и/или заранее заданного количества на основании характеристик приемника.
Способ, а также система, могут быть реализованы с использованием программного обеспечения. Поэтому изобретение далее содержит компьютерный программный продукт, который содержит машиночитаемый носитель и компьютерную программу, записанную на нем в виде ряда элементов, хранящих состояния, соответствующих командам, которые приспособлены для обработки средствами обработки данных устройства обработки данных так, чтобы выполнялся способ согласно изобретению или система согласно изобретению формировалась средствами обработки данных.
Изобретение может иметь преимущество в увеличении полной пропускной способности по сравнению с известным уровнем техники, потому что рабочая точка для первой передачи может быть установлена так, чтобы допускался высокий коэффициент ошибок в пакетах. Изобретение также может иметь преимущество, заключающееся в высокой скорости работы и очень низкой дополнительной задержке. Несколько протокольных блоков данных повторной передачи могут отображаться на различные ресурсы (разнесение в случае помех и рассогласования каналов). Существует возможность управления конечным коэффициентом ошибок в пакете с использованием выигрыша за счет последнего кодирования повторной передачи. Кроме того, изобретение может иметь преимущество, заключающееся в низких требованиях к дополнительной пропускной способности, что позволяет не ухудшать рабочую характеристику всей системы. Изобретение может быть реализовано так, что оно выполняется почти незаметно для физического уровня. Изобретение может быть объединено с комбинированием без увеличения избыточности и возрастающей избыточностью. Оно может быть легко реализовано и, возможно, не будет увеличивать полную задержку. Оно может обеспечить большую масштабируемость управления уровнем QoS благодаря конкурентной установке параметров передач.
Предпочтительные формы осуществления и дополнительные подробности данного изобретения будут объяснены ниже со ссылкой на фигуры чертежей.
На фиг.1 показана скорость кода как функция минимального отношения сигнал/шум на бит для декодирования с мягким и жестким решением.
На фиг.2 показана одна форма осуществления способа согласно данному изобретению.
Фиг.3 иллюстрирует другую форму осуществления способа согласно данному изобретению.
На фиг.4 показана одна форма осуществления системы согласно данному изобретению.
На фиг.2 показана одна форма осуществления способа согласно данному изобретению. На шаге 210 передатчик 201 передает пакет данных приемнику 202. На шаге 211 приемник 202 решает, что пакет данных был неправильно принят. Затем, на шаге 212, приемник 202 передает запрос повторной передачи передатчику 201.
После приема запроса повторной передачи передатчик 201 снова передает пакет данных приемнику 202 на шаге 220. В описанном сценарии пакет данных еще раз неправильно принимается, что определяется на шаге 221. Поэтому на шаге 222 приемник 202 еще раз передает запрос повторной передачи передатчику 201.
Так как передатчик 201 теперь уже дважды принял запрос повторной передачи для одного и того же пакета данных, он передает этот пакет данных приемнику 202 пять раз на шагах 230a-230e.
Фиг.3 иллюстрирует другую форму осуществления способа согласно данному изобретению, эта форма осуществления оптимизирована для сценария с несколькими ретрансляциями. В сценарии, показанном на фиг.3, пакет данных 301 должен быть передан от базовой станции 310 оборудованию пользователя 320. Чтобы сделать возможным управление общим процессом передачи, базовая станция 310 вставляет отметку времени 302 в пакет 301 данных. Кроме того, пакет 301 данных может содержать максимальное приемлемое время передачи для передачи пакета данных от базовой станции 310 на оборудование 320 пользователя. Альтернативно, это максимальное приемлемое время передачи может быть известно в системе.
Для передачи от базовой станции 310 оборудованию 320 пользователя определяются первый узел 330 ретрансляции и второй узел 340 ретрансляции.
Каждый из узлов 310, 320, 330, 340 содержит управление доступом к среде передачи (MAC) и управление радиолинией (Radio Link Control, RLC). С использованием уровней MAC и RLC, пакет 301 данных передается от базовой станции 310 оборудованию 320 пользователя через узлы 330 и 340 ретрансляции. Для каждой пары узлов на основании отметки времени 302, текущего времени и максимального приемлемого времени передачи определяется, сколько повторных запросов нужно послать, прежде чем передатчик передаст множество копий пакета данных приемнику. Также число копий может зависеть от отметки времени, текущего времени и максимального приемлемого времени передачи. Таким образом, становится возможным следующее: в случае, когда остается немного времени перед тем, как будет достигнуто максимально приемлемое время передачи, множество копий пакета данных передают раньше, например, уже с первой повторной передачей, чтобы гарантировать быструю передачу пакета данных оборудованию 320 пользователя.
Фиг.4 иллюстрирует одну форму осуществления системы 401 для передачи данных согласно данному изобретению. Система 401 для передачи данных содержит передатчик 410 и приемник 420. Передатчик 410 содержит средства 411 передачи пакета данных, средства 412 приема, средства 413 повторной передачи пакета данных и средства 414 передачи заранее заданного количества копий пакета данных.
Приемник 420 содержит средства 421 приема, средства 422 определения, принят ли пакет данных неправильно, средства 423 передачи запроса повторной передачи и средства 424 комбинирования копий пакета данных.
Средство 411 передачи пакета данных передает пакет средству 421 приема. Средство 422 определения, принят ли пакет данных неправильно, решает, что пакет данных неправильно принят и сообщает об этом средствам 423 передачи запроса повторной передачи, которые после этого передают запрос повторной передачи средствам 412 приема. После получения повторного запроса средства 413 повторной передачи пакета данных повторно передают пакет данных.
Если запрос повторной передачи для того же самого пакета данных был принят заданное число раз в передатчике 410, средства 414 для передачи заранее заданного количества копий передают множество копий приемнику 420, имеющему средства 424 для комбинирования копий, которые комбинируют принятые копии пакета данных.
Описания и чертежи должны рассматриваться в иллюстративном, а не ограничительном смысле. Очевидно, что различные модификации и изменения могут быть сделаны в них без отступления от объема изобретения, который сформулирован в формуле изобретения. Существует возможность комбинирования признаков, описанных в формах осуществления изобретения, с модифицированием их для обеспечения дополнительных форм осуществления изобретения, оптимизированных для определенного сценария использования. Поскольку такие модификации очевидны для специалистов в данной области техники, эти модификации должны рассматриваться как неявно раскрытые вышеописанными формами осуществления изобретения.