作 者:赵楠
逐跳的HARQ又可以进一步划分为动态HARQ和静态HARQ。动态HARQ是指每次HARQ传输和重传都经过重新调度;静态HARQ是指数据包第一次传输时进行资源调度,然后一直预留资源块,重传时不需要重新调度,直到数据包成功接收才释放资源块。
端到端的HARQ具有一次传输时延小的优点,缺点则是如果在传输中途出错,端到端HARQ不能及时检测出来并请求重传,只有由最终目的端提出重传请求。逐跳的HARQ能够检测每一跳的传输是否正确,因而能够及时请求重传,并且协议还可优化进一步减小时延;但是它的网络节点操作比较复杂。
总之,下行多跳HARQ具有多种备选方案,但在选用的时候需要考虑加入ARQ后的整体性能,还需要根据实际需求进行选择和优化。其中,最重要的一个需求是端到端传输时延。由于LTE中端到端传输时延要求很高(用户面时延小于5 ms),未来国际移动通信(IMT-Advanced)的端到端传输时延应至少不大于LTE的需求,多跳中继系统面临着一个很大的挑战,还需要继续优化。
2.2ARQ
对于多跳下ARQ[5],单独的考虑ARQ可以有3种实现方法,其中也有逐跳和端到端的机制,但其因为ARQ的特性具体实现并不相同。
逐跳机制:位于BS至UT路径上的每一个RS解码出收到的每一个RLC包,在确认按序接收后,再向下一跳节点进行转发。
端到端机制:所有RS节点无需解码出收到的RLC包,它们只需在解码出MAC包后,在对数据包进行处理(如级联),直接发送给下一跳RS。RLC的ARQ处理只存在于BS与UT之间。
最后一跳的机制:如图3所示,位于BS至UT路径上除最后一跳之外的其他RS节点无需解码出收到的RLC包,它们只需在解码出MAC包后,在对数据包进行处理(如级联)后,直接发送给下一跳RS;最后一跳RS需要解码出所收到的RLC层数据包,在确认已经按序接收之后,再将数据发送给终端。
2.3HARQ和ARQ的互操作
针对无线Mesh网络多跳的特殊场景,简单的HARQ、ARQ或者是LTE中提出的ARQ和HARQ简单结合的方式已经没有办法满足数据传输可靠性的保障或者数据传输时延的需求了。这就需要针对多跳场景设计可以综合HARQ和ARQ优点的新的数据链路可靠性保障机制。接下来将从协议栈设计的角度分析HARQ和ARQ的互操作[6-8]。
2.3.1分层合作机制
如图4所示,这种方法是基于LTE协议栈架构来实现的,其基本原理就是将层2分成MAC层和RLC层,其中HARQ在MAC层实现,并采用逐跳机制,而在RLC层实现ARQ功能,采用端到端机制。
分层合作机制比较灵活,逐跳HARQ保障相邻节点间出现传输错误时数据的恢复,端到端ARQ负责丢失数据的重传,不同的逐跳HARQ类型可被用于不同跳的链路。逐跳HARQ的数据包大小可根据独立的链路条件进行优化。一个端到端的数据包可能被包含在一个或多个逐跳帧中(直到端到端协议传输一个ACK)从源端到终端。这种情况下端到端与逐跳的数据包之间是一一对应的关系。
图5 给出了一个下行端到端数据包传输的示意图。
分层机制的协议互操作和参数配置比较复杂。比如说链路中各个节点的重传时延门限的设计需要避免多个节点同时重传和无线资源的浪费。如果端到端的重传超时门限值设的很低那么发送端可能不会再重发相同的数据。但另一方面如果重传超时门限值设的很高将会造成系统效率降低。如果数据丢失发生在RS间切换的时候,那么在重传时延门限到达之前各条链路的利用率都会降低。另外,逐跳机制提供按序转发,如果数据包到达是乱序的,RS要将乱序收到的包重新按序排列再发出这也会导致链路效率低下,因为。所以这些问题在设计分层的机制时,都需要考虑如何优化。
2.3.2RelayARQ机制
这种方法[9]是将端到端和逐跳机制整合到一个协议层中,见图6。Relay ARQ协议实体在RS间所有的链路上被整合成一个过程。在BS到UT的所有链路上使用相同的数据包,相同的序列号。这里使用3种状态信息:ACK\NACK\中继确认RACK(Relay-ACK)。
下面以两跳为例来说明Relay,见图7。RS保存来自于BS的关于数据包的信息和来自于UT的ACK。RS发送一个RACK给BS当他收到来自于BS的数据包同时还没有收到UT的ACK时,RACK与分层中的逐跳ACK相同。在BS处,RACK表示RS负责该数据包。BS将该数据包保存在发送缓存中直到收到UT反馈的ACK。UT反馈的ACK相当于分层ARQ中的端到端的ACK。如果RS给UT转发数据失败,由于RS间的切换,那么其上一级节点负责该数据包的重传,原始发送方最终对数据包负责。这种方案与第一种方案基本相同,其优点在于对Relay来说协议结构简单,但是对整个系统来说,需要对其他协议进行调整。
2.3.3多跳ARQ机制
这种方法中的端到端的ARQ将不再终止于UT而是UT的上一跳RS,而从该RS到UT执行逐跳的HARQ,见图8。这里任何一种逐跳的链路数据保障方法都可以使用,这使得UT可以移动于不同的系统中。端到端的协议与最后的RS连接到UT的逐跳协议是紧耦合的。
下行端到端协议确认数据在到达最终目的节点后,上行中最后一个RS在收到BS的ACK前不会发送逐跳的ACK给UT,其实现过程如图9所示。这种方法最大的优势在于允许UT移动到其他的系统中。另一方面,最后的RS处的端到端的协议与到UT的协议应该是紧耦合的,为了支持每种逐跳协议(新老系统的),这里需要端到端协议进行调整,以支持整个链路的可靠性保障。这对于UT的计算复杂度和存储要求比其他方法要低。但这种方法与分层的方法有相同的缺点,就是潜在的协议互操作的缺点。