专利名称：：用于发送和接收基于nak的窗口协议数据帧的系统和方法
技术领域：
：本发明一般涉及无线通信系统领域，特别涉及一种用于发送和接收基于NAK的窗口协议数据帧的系统和方法.
背景技术：
：包括无线系统在内的现代通信系统使用分层结构，带有用于在各层执行规定功能的分离协议.该分层协议方法允许执行发送和接收、纠错等的较高级逻辑操作，而不考虑较低级物理操作.IS-2000CDMA无线通信标准定义了称作"无线电链路协议(RLP)"的协议，该协议用于实现无线接入网络和移动台之间的物理层通信.RLP察觉不到更高层的成帧；它在无特征的八位字节流上运行，以接收次序来传送所述八位字节，RLP具有充分降低CDMA业务信道所显示误码率的程序，更高层分组与RLP数据帧之间并无直接联系；大型分组可以展开为多个数据帧，或者单独一个RLP数据帧可以包含若干个小型更高层分组的全部或一部分。RLP是基于NAK的窗口协议。也就是说，接收机不肯定应答每个收到的数据帧，而是，接收机按照次序来接收和处理数据帧(根据与各个数据帧相关的顺序号)，当数据帧"丢失"时发送否定应答(NAK)—未接收到或者接收到不可恢复的错误。当收到与先前收到的数据帧顺序不相邻接的一个或更多数据帧时，接收机可以发送带有丢失数据帧顺序号的NAK。该NAK是重发丢失数据帧的请求.然而，该NAK不需要立即发送；接收机可以继续接收丟失帧之前的数据帧，希望在未经请求的重传中接收到丢失的数据帧.接收机也可以随意地不时发送一个"填满(fill)"帧，表示已经正确地收到直到特定顺序号的所有数据帧。为了遵守NAK协议，发射机必须在重传队列中保留每个所发送数据帧的副本，以应对接收到NAK请求的可能性.一旦接收到NAK,发射机就知道接收机没有正确地接收到NAK请求中所标识数据帧之前所有的数据帧.因此，只有接收到NAK或"填满"帧，发射机才能丢弃先前所发送数据帧的副本，释放出其重传队列中的空间。对于任何固定大小的重传队列一尤其是对于此处讨论的RLP协议强行规定的固定队列大'J、一如果接收机正确地接收了所有发送的数据帧，或者没有果断地NAK某个丢失帧，以及未发送填满帧，那么发射机可以用所发送数据帧的副本来完全填充重传队列，一旦出现了这种情况，发射机必须停顿，并且不能接受用以传榆给接收机的新数据帧.
发明内容一方面，本发明涉及一种避免发射机中发射机队列停顿(stall)的方法.将数据帧连续地发送给接收机，每一数据帧均用一个顺序号来标识。将所发送每个数据帧的副本保留在队列中以用于可能的重传，直到从接收机接收到诸如控制械的消息，该消息表示正确地接收到数据帧，或者直到超出了重传的最大数目为止.响应于所保留数据帧副本的数目接近可用的队列容量，丢弃一个或多个保留数据帧的副本，并且将诸如控制帧的消息发送给接收机，该消息表示丢弃哪些所保留数据帧副本。另一方面，本发明涉及一种发射机.该发射机包括用于接收要发送给接收机的新数据的输入队列，以及用于向接收机发送数据帧的电路。该发射机还包括存储器例如重传队列，用于存储当接收机接收时未肯定应答的所发送数据桢副本，以及控制器，可操作用于当所述副本接近存储器的可用容量时丢弃一个或多个所发送数据桢的副本.该操作方法允许发射机发送新的数据，而不是等待重发队列的可用性，再一方面，本发明涉及一种接收发射机发送的帧，并且将这些帧传送给更高协议层的方法.从发射机接收数据帧，每一帧均用一个顺序号来标识。将收到的，连续数据帧传送给更高的协议层，将收到的，非连续数据帧存储在无次序队列中.一旦从发射机接收到例如控制帧的消息，该消息包括转储清除(Hush)的顺序号，并且表示丟弃一个或多个发射机保留的用于可能重传的所发送帧的副本，就将直到该转储清除顺序号的所有接收数据帧传送给更高的协议层，并将所述无次序队列的起点重设为所迷转储清除顺序号。又一方面，本发明涉及一种接收机。该接收机包括用于从发射机接收数据帧的接收机，每一数据帧均具有一个顺序号.该接收机还包括用于向更高协议层传送所接收数据帧的输出端，以及用于存储在向更高协议层传送之前收到的非连续数据帧的存储器，待决介于其间连续数据帧的接收。另外，该接收机包括控制器，可操作用于对检测到用于存储非连续数据帧的存储器达到或接近容量极限作出响应，向更高协议层传送所述非连续数据桢.该控制器还可操作用于一旦从发射机接收到已经丟弃了发射机所保留用于可能重传的介于其间连续数据帧副本的消息，就向更高的协议层传送所述非连续数据帧。图l是无线通信系统的功能方框图.图2是U,基准点的协议层图。图3是RLP发射机和接收机緩冲器的功能图，具体实施例方式图1图示了用数字IO概括指示的示范性无线通信网络，在示范性实施例中，网络10基于由电信工业协会(TIA)颁布的cdma2000，lxEV-DO/DV标准，尽管本发明并不限于这样的实施方案。此处，网络IO以可通信联络的方式将一个或多个移动台(MS)12耦合至公用交换电话网(PSTN)14，综合数据数字网(ISDN)16，和/或公用数据网(P卵)18，例如因特网。支持该功能，网络10包括跨过A接口连接至分组核心网(PCN)22和IS-41网络24的无线接入网(RAN)20。RAN20通常包括一个或多个基站控制器(BSC)26,每一个均包括一个或多个控制器28或其他处理系统，以及相关的存储器30，用于存储与正在进行的通信活动有关的必需数据和参数。通常，每个BSC26均与一个或多个基站(BS)32相关联.每个BS32均包括一个或多个控制器34，或其他处理系统，以及支持与MS12进行无线电通信的分类排列的收发机资源36,例如调制器/解调器，基带处理器，射频UF)功率放大器，天线等等。BS32可以称作基本收发机系统(BTS)或无线电基站(RBS).运转中，BS32通过U,接口向MS12发送控制和业务数据，并且从这些MS12接收控制和业务数据.BSC26提供对各个BS32的协调控制.BSC26还可以以可通信联络方式将RAN20耦合至PCN22.PCN22包括分组数据服务节点(PDSN)38,该节点包括一个或多个控制器40，或其他处理系统，本地代理(HA)42，和认证、授权和计费(AAA)服务器44.通常，PCN22通过管理的IP网络46耦合至PDN18，该IP网络46在网络10的控制下运行。PDSN38通过建立、保持和终结点对点协议(PPP)链路用作RAN16与PDN18之间的连接点，并且还提供网络访问者登记和服务的外部代理(FA)功能.HA42与PDSN38—同运行，以便认证移动IP登记，并且保存支持分组隧道贯穿(tunneling)和其他业务重定向活动的当前本地信息.最后，AAA服务器44提供对用户认证和授权，以及计费业务的支持.BSC26还可以以可通信联络方式将RAN20耦合至IS-41网络24,IS-41网络24包括移动交换中心(MSC)48，它访问本地位置寄存器(HLR)50和访问位置寄存器(VLR)以获取用户位置和简档信息.MSC48建立RAN20以PSTN16及ISDN16之间的电路交换和分组交换通信。在图2中绘出定义了RAN20和MS12之间通信的U,接口的协议层结构，在上层，PCN22提供分组数据业务，而IS-41网络24提供如上所述的话音业务和电路交换数据，也称作信令层的IS-2000笫3层，包括允许终端用户接收业务的基站和移动台互操作性程序和相关信令.链路接入控制(LAC)层提供第3层信令的逻辑信道上的传输业务。该逻辑信道可以是专用的，也可以是公用的.专用信道映射为分配给单一用户的物理信道，例如用于发送话音通信.公用信道映射为多个用户共用的物理信道，并且可以承栽系统开销业务、寻呼消息，等等。LAC将第3层消息封装到LAC协议数据单元(PDU)中，该PDU可以进行分段和重组，以便使它们适合于由低层传输.媒体接入控制(MAC)层将逻辑信道映射为物理信道，并协调物理资源的使用。MAC还强制实施协商的服务质量(QoS)等级，MAC执行复用和解复用功能，以便允许从LAC接收的PDUs和从用户应用程序接收的数据单元接入到媒体.MAC通过无线电链路协议(RLP)和其他协议，确保了可靠的数据传输一几乎没有误差并且按照次序，RLP是由IS-707标准定义的、选择性重复的自动重复请求(ARQ)协议的专用形式，该协议的全部内容合并于此以资参考.尽管没有明确地由MAC层进行处理，但RLP在功能和概念上是MAC层的一部分.如困2所示，RLP60从PDSN38接收数据，在緩冲器或队列66中存储数据。RLP通过数据和控制帧与移动台12中的对等RLP70进行通信。如上所述，RLP是基于否定应答(NAK)的ARQ协议。RLP操作一数据传输和重传一根据当连接业务时(例如在呼叫建立时)协商的参数来进行。RLP参数包含于称作RLP比特块ULP-BLOB)的数据结构中。这些参数包括每一循环中的NAK数目、循环数目，并且可选地还包括估计的往返行程时间(RTT)，或基站32和移动台12之间的往返行程延迟。对于前向分组数据信道(F-FDCH)操作而言，RLP-BLOB另外还可以包括DELAY—DETECTION—WINDOW(DDW)参数.在业务连接的起点，RTT由BS32与MS12之间的SYNC程序确定.一旦初始化了RLP参数，就可以进行数据传送.RLP数据帧序列空间包括4096个顺序号的12比特值.每一数据帧均由一个顺序号来标识，并且数据帧的发送和接收由RLP发射机和接收机中保存的队列指针来跟踪。如图3所示，这些队列在概念上配置为环形緩冲器.四个指针具有下述含义L_V(S):要发送的下一个数据帧的12比特顺序号L—VOO:下一个预期的新数据帧的12比特顺序号L-V(N):需要顺序传送的下一个数据帧的12比特顺序号L-V(N)醒:对等RLP的L-V(N)的估计当发射机向接收机发送数据帧时其提前L_V(S),—旦接收到新数据帧，如果收到的数据帧为先前按顺序接收数据帧的下一个顺序数据帧(按照顺序号)，那么接收提前L-V(N).如果新数据帧落在L-V(S)和L—V(S)之间，那么将该数据帧存储在接收机队列中，并且不更新指针。如果新数据帧在所收到最靠前的数据帧以外(按照顺序号)，那么接收机将L-V(R)提前到所收到数据帧的顺序号.如果所收到数据帧的顺序号低于L_V(N)(如下定义)，那么接收机将其解释为已经正确接收的顺序数据帧的重传，并丢弃它.接收机保存指针L-V(N)P哪，该指针是发射机对接收机处指针L-V(N)值的最佳估计，L—V(N)Pm与L—V(S)之间的数据帧包括该重传队列。该队列存储了先前所发送数据帧的副本，以应对接收到NAK请求以重发一个或更多数据帧的可能性。顺序号上的数学和逻辑计算是以4096(即212)为模来实施的.特别地，定义了大于或小于算子.下述顺序号的范围认为是大于或小于数据帧顺序号N:N大于顺序号(N-2048)%4096至(N-l)%4096N小于顺序号(N+l)%4096至(N+2047)%4096也就是说，环形緩冲器的前一半定义为小于N;而环形援冲器的后一半定义为大于N。由于接收机将丢弃任何顺序号小于L-V(N)的所接收数据，并且由于"小于"的定义包括该緩冲器的前一半，因此发射机永远不能将大于2048顺序号的L-V(S)提到L-V(N)mR的前头.假设L一V(N)P纖精确地与接收机的L-VOO映射(mirror)，这样做将意谓着发射机将会发送接收机将认为小于L-V(N)并丢弃的数据帧.由于在L-V(N)P哪与L-V(S)之间发射机存储的数据帧包括重传队列，因此将重传队列有效地限制为潜在緩冲器大小的一半，或者2048个数据帧.实际上，发射机处的实际存储器限制可能将重传队列大小限制为某个小于2048个数据帧的值。在产生相当大量NAK的不良信道状态下，或者在允许相对频繁的填充数据帧发送的相当低的数据速率下，2048元素的重传队列就可能足够了。然而，在分组数据信道(PDCH)上可能出现的高数据速率下，尤其是在良好信道状态下，发射机可以会经受队列停顿情况，其中发送2(H8个数据帧也不会接收到一个NAK或填满帧。例如，假设lMbps的平均数据吞吐量，2048元素的重传队列将填满2048*46*8/lMbps=754msec在FPDCH上3Mbps的峰值运行状态下这个数目还要更小.在队列停顿中，发射机不能向接收机发送新数据帧，直到接收机NAK,允许发射机提前L-V(N)，并丟弃先前所发送数据帧的某些副本，队列停顿可以强制发射机丢弃进入的数据帧，并允许更高层的协议处理该误差，该队列停顿和新数据丟弃可能并不是要求一定QoS性状的应用程序的最佳选项。有若干种方法来解决队列停顿问题.例如，当每一循环参数的NAK数目设置为l，并且如果往返行程时间(RTT)+延迟检测窗口(DDW)+11811011-1>11^11对于1Mbps的数据速率来说小于754ms，不会发生队列停頓。甚至更低的DDW和REXMIT-TIMER值也能够要求支持更高的数据速率。然而，低DDW值具有在规律运行情况下引入不必要NAK的负面效应，因此它并不是满意的选项.作为另一个替代方案，接收机可以根据专用执行过程标准使用基于执行过程的方案通过不等待完整的MK循环来避免队列停顿.该解决方案在接收机处作出决定，该接收机对发射机处的緩冲并没有任何认知，因此在许多情形下可能会导致不正确的决定.根据本发明，当重传队列接近可用容量时，发射机可以通过提前L一V(N)PBBR指针来避免队列停顿.这实际上丢弃了在重传队列中存储的最早(根据顺序号)重传数据帧副本.如果协议允许的话，那么发射机将L_V(N)P纖指针的新值提供给接收机，从而接收机可以更新其对应L-V(N)指针的值.在一个实施例中，在跳帧(SkipFrame)中发射机将更新的L_V(N)隨值(此处称作L_V(N)卵')提供给接收机，如此处进行的定义，跳帧具有填满帧的格式，而其顺序号字段包含新提出L-V(N)指针的顺序号。跳帧的字段如下定义<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>SEQ—该字段包含新提出的L-V(N)的最低有效8比特.CTL一该字段应当设置为"1111",这将该帧识別为填满帧类型.SEQ—HI—该字段应当包含新提出的L-V(N)的最高有效4比特。填充一填充比特。根据要求来填充帧的剩余部分。这些比特应当设置为"0"。而进行接收机的协调处理.特别地，根据跳帧中新提出L-V(N)的值，接收机应当采取下述行动。首先，根据下述方程，接收机从跳帧中提取出L一V(N)腦值:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>然后，接收机如下处理数据帧(其中如上所述算子<-，>，>是以-4096为模的)若L-V(N)丽〈-L-V(N)，则丢弃该跳帧。在这种情况下，发射机仅丢弃已经由接收机按照顺序接收的重传数据帧，并将其传送给更高的协议层。若L-V(N)丽〉L-V(N),则接收机向更高的协议层传送顺序号小于L-V(N)丽的所有收到的数据帧，接收机还从NAK列表中移除所有小于L-V(N)腦的顺序号，任何丢失的数据帧均将由更高协议层(例如TCP)中的误差处理例程进行处理，最后，接收机将L-VOO设置为L—V(N)腦的值。若L-V(N)爾〉-L一V(N)，则接收机将L—V(R)设置为L-V(N)m的值.以这种方式，与所保留先前发送的数据帧的副本相比，发射机可以在新数据帧的传送上设置更高的优先权，以应对要求重传的可能性。在许多高数据速率应用中需要和要求这种能力，例如可以容忍某些数据丢失但是对新数据帧的传送延迟要求较低的音频或视频流.本发明能够对发射机端的队列停顿避免进行控制，在该发射机端该队列资源是已知的，并且可以进行最佳的优化.尽管此处参照RLP发射机和RLP接收机对本发明进行了详细说明，但是本发明并不限于此，并且可以便利地应用于任何基于MK的带有固定大小緩冲器的通信系统中，更一般而言，尽管此处已经关于其特定特征、方面和实施例对本发明进行了描述，但显而易见的是，众多变型、修改和其他实施例可能在本发明的广泛范围之内.因此，所有变型、修改和实施例都应当视为在本发明的范围之内。因此本发明在所有方面都应当理解为是说明性而非限制性的，而在所附权利要求的含义和等同范围之内的所有变化都意图包含于其中.权利要求1.一种避免发射机中发射机队列停顿的方法，包括将数据帧连续地发送给接收机，每一个所述数据帧均用一个顺序号来标识；将每个所发送数据帧的副本保留在队列中以用于可能的重传，直到从接收机接收到一消息，该消息表示正确地接收到所述数据帧；和响应于所保留的数据帧副本的数目接近可用的队列容量，丢弃一个或多个所述保留的数据帧副本。2.根据权利要求l的方法，还包括向接收机发送一消息，该消息表示丢弃哪些所述保留的数据帧副本.3.根据权利要求l的方法，还包括一旦从所述接收机接收到从所述队列中丢弃数据帧副本的重传请求，就向所述接收机发送一消息，该消息包括未丢弃的最早保留的数据帧副本的顺序号.4.根据权利要求l的方法，还包括保存一指针，该指针包括所述队列中第一个保留的数据帧副本的顺序号.5.根据权利要求4的方法，还包括当丢弃所述一个或多个保留的帧副本时，对于每一个所述丟弃的帧将所述指针提前一个顺序号，并且向所述接收机发送所述指针的新值.6.根据权利要求l的方法，其中将所述队列组织为总共顺序号为N帧的环形緩冲器，且其中以N为模提前所述指针.7.根据权利要求5的方法，其中所述可用队列容量至多为N/2.8.—种发射机，包括用于接收要发送给接收机的数据帧的输入端；用于向所述接收机发送所述数据帧的发射机；存储器；和可操作用于当所述副本接近所述存储器的可用容量时，丟弃一个或多个所述发送数据帧的副本的控制器。9.根据权利要求8的发射机，其中所述控制器还可操作用于向所述接收机发送丟弃哪些所述副本的指示.10.根据权利要求9的发射机，其中所迷控制器遵守无线电链路协议ULP)。11.根据权利要求10的发射机，其中将所述存储器組织为N元素环形緩冲器，并且其中所述控制器保存一指针，该指针标记了容纳所述发送数据帧副本的重发窗口的起点，并且对每一个所述丢弃副本以N为模提前所述指针。12.根据权利要求ll的发射机，其中一旦丢弃所述副本并提前所述指针，所述控制器就向所述接收机发送所述指针的新值。13.—种接收发射机发送的帧并且将所述帧传送给更高协议层的方法，包括从发射机接收数据帧，每一个所述帧均用一个顺序号来标识；将接收的、连续数据帧传送给所述更高的协议层；将接收的、非连续数据帧存储在无次序队列中'，和一旦从所述发射机接收到一消息，该消息包括转储清除的顺序号，并且表示丟弃一个或多个所述发射机保留的用于可能重传的所发送帧副本，就将直到所述转储清除顺序号的所有接收的数据帧传送给所述更高的协议层，并将所述无次序队列的起点重设为所述转储清除顺序号，14.根据权利要求13的方法，还包括如果接收机存储緩冲器已满，则递增最后一个预期顺序号，以便为从发射机接收新的数据帧创建空间。15.根据权利要求14的方法，其中一旦从所述发射机接收到一消息，该消息包括转储清除的顺序号，并且表示丢弃一个或多个所述发射机保留的用于可能重传的所发送帧的副本，就将直到所述转储清除顺序号的所有接收的数据帧传送给所述更高的协议层，并将所述无次序队列的起点重设为所述转储清除顺序号。16.根据权利要求13的方法，还包括保存一指针，该指针标记了所述无次序队列的起点；和一旦从所述发射机接收到所述消息，就用所述转储清除顺序号来替换所述指针值，并且将直到所述转储清除顺序号的所述无次序队列中的所有数据帧传送给所述更高的协议层.17.根据权利要求16的方法，还包括一旦接收到非连续数据帧，就向NAK列表添加至少下一个顺序帧的顺序号。18.根据权利要求17的方法，其中所述发射机和接收机遵守无线电链路协议ULP)，标记所述无次序队列起点的所述指针为L-V(N)，所述转储清除顺序号为L—V00薦，并且还包括保存标记所述无次序队列终点的指针L-V(R);和一旦从所述发射机接收到包含L_V(N)國的所述消息，若L—V(N)蘭〈-L—V(N)，则丢弃所述消息，若L_V(N),>L-V(N)，则向所述更高的协议层传送顺序号小于L-V(N)國的所有数据帧，从所述NAK列表中移除所有小于L—V(N)鹏的顺序号，并将L-V(N)设置为L-V(N)m的值；和若L—V(N)固〉-L-V(N)，则将L一V(R)设置为L-V(N)m的值.19.一种接收机，包括用于从发射机接收数据帧的接收机，每一个所述数据帧均具有一个顺序号；用于向更高的协议层传送所接收的数据帧的输出端；用于存储在向所述更高的协议层传送之前收到的非连续数据帧，待决介于其间连续数据帧的接收；和控制器，可操作用于一旦从所述接收机接收到已经丟弃了所述发射机保留的用于可能重传的介于其间连续数据帧副本的消息，就向所迷更高的协议层传送所述非连续数据帧。20.根据权利要求19的接收机，其中来自所述发射机的所述消息包括所述发射机丢弃的最后的介于其间顺序数据帧的顺序号，21.根据权利要求20的接收机，其中将所述存储器组织为N元素环形緩冲器，所述控制器保存一指针，该指针标记了容纳所述接收的非连续数据帧的无次序窗口的起点，并且其中通过来自所述发射机的所述消息来更新所述指针的值.22.—种无线通信系统，包括接收机，接收连续数据帧，并请求重传未按照顺序接收的所述数据帧；发射机，顺序地向所述接收机发送所述数据帧，并且具有存储当接收机接收时未肯定应答的所发送数据帧副本的存储器，当所述副本接近所述存储器的可用容量时，所述发射机丢弃一个或多个所发送数据帧的所述副本，并且向所述接收机发送丢弃哪些所述副本的指示。23.根据权利要求22的系统，其中所述发射机和接收机根据否定应答窗口控制来运行。24.根据权利要求23的系统，其中所述发射机和接收机是无线电链路协议ULP)对等体.全文摘要在发射机在重传队列中保留所发送数据帧的基于NAK的窗口传输协议中，当数据帧的数量接近可用的队列容量时，丢弃一个或多个所发送的数据帧。诸如控制帧的消息发送给接收机，表示丢弃哪些所保留的数据帧的副本。该队列停顿避免机制在发射机运行，该发射机拥有其队列使用的直接认知。通过避免队列停顿，发射机可以继续接收进入的数据分组以发送给接收机。也就是说，发射机可以配置为相对于保留先前发送的数据以支持数据重传而优先发送新的数据。文档编号H04L1/18GK101371484SQ200580004152公开日2009年2月18日申请日期2005年1月28日优先权日2004年2月6日发明者P·古普塔,R·帕德马纳班,S·巴拉苏布拉马尼安申请人:艾利森电话股份有限公司