一种数据包重传次数确定方法、系统、设备及存储介质与流程

本发明涉及高速移动系统数据包传输，尤其涉及数据包重传次数确定方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、近年来，以高铁为代表的高速移动系统在世界范围内广泛部署，给用户出行带来了极大的便利。同时，随着无线通信和互联网技术的发展，越来越多的高速移动系统中的用户希望通过便携式智能终端获取高质量网络传输服务，面向高速移动系统提供高质量的信息网络传输服务的需求也随之增长。因此，随着服务需求量的增大，高速移动系统承载的数据量也急剧增大。但是，高速移动系统中的实际使用和测试数据表明，通信传输过程中的丢失率比较高、且变化频繁，这是由于目前高速移动终端和给其传输信息的通信站点之间的无线链路存在诸多问题造成的，包括较大的传输损耗、频繁的切换、严重的多普勒频移等。如此恶劣的通信环境会严重影响服务质量。因此，在当前的高速移动系统中，为移动终端用户提供高质量的信息服务仍然面临重大挑战。

2、为了提高高速移动系统的信息服务质量，并进行仿真模拟，一种较为直接的办法是将已经相对成熟的中、低速移动系统的信息网络传输技术数字孪生体移植到高速移动系统中。然而，由于高速移动系统与中低速移动系统之间的差异，高速移动系统独有的特性使得这种迁移方法带来的性能并未达到预期效果。对比分析如下：

3、1）与中、低速移动系统相比，在高速移动系统及其数字孪生模拟中，可用的信息传输链路种类较少。在中、低速移动系统中，由于移动速度相对不高，而且大部分情况下都在一个相对固定的区域范围内，因此可以部署多种类型的辅助传输方式，存在多种类型的传输中继和终端实体，例如附近不同承载能力的低速移动终端，还有处于不同层级或具有不同种类功能的中继传输单元，这些实体都可用于数据传输，因此在低速移动系统中可以建立多种类型的通信链路来辅助数据传输，进而提高信息服务质量。然而，在高速移动系统及其数字孪生模拟中，其终端速度快，移动范围大，除了例如高速铁路沿线的通信中继站点外，很少有其它通信实体可用作辅助的信息传输工具。在大多数情况下，只能使用高速移动终端与通信中继站点之间的无线链路进行信息传输，这导致系统的可靠性与效率大大降低。

4、2）高速移动系统相比于中、低速移动系统，其网络架构相对固定。中、低速移动系统通常被看作是具有移动性的大规模自组织网络，其一个显著特点是网络拓扑结构的快速变化。但高速移动系统却不是这样，因为其中的高速移动终端都在高速列车等整体性移动的实体之中，而整体性实体之间建立连接、形成自组织网络形态的可能性非常小。此外，在大多数情况下，高速移动终端仅与沿线的通信中继站点进行信息传输，因此，高速移动系统及其数字孪生模拟中，不太可能建立临时大规模自组织网络而且其网络拓扑结构相对单一。

5、3）移动性是区分高速移动系统和中、低速移动系统的另一个重要因素。一方面，高速移动系统及其数字孪生模拟中，大部分时间是在极高并且恒定的速度下行驶，例如典型的高速移动系统行驶速度大约是300-400千米/小时，而车联网中车辆行驶速度大部分情况下都低于120千米/小时。另一方面，高速移动系统及其数字孪生模拟中的终端运动轨迹比中、低速移动系统的更为固定，这是因为承载高速移动终端的物理实体会严格按照预定的时间与路径行驶，具有较强的可预测性和规律性。反之，中、低速移动系统中的终端行驶的随机性更强，其行驶路线往往与驾乘操作人员的主观意识紧密相关，并且会有较多的交通拥堵和交通事故，使得网络节点行为具有较多的随机性和不确定性。

6、通过上述对比分析可以推测出，中、低速移动系统中现有的网络传输技术并不适用于高速移动系统，因此，有必要针对高速移动系统中存在的问题进行数字孪生模拟的专门分析。目前，学术界与工业界普遍认为高速移动终端与中继传输站点之间的无线链路是高速移动系统的瓶颈，高速移动系统的信息丢失问题也主要是由该无线链路造成的。为了解决无线链路上的数据丢失问题，当前业界己经提出了许多行之有效的解决方案，包括终端进行信息传输过程中的中继节点辅助的丢失信息恢复机制、基于各类速率编码的局部网络传输机制、基于传输内容的自适应重传方案等。然而，考虑到高速移动系统及其数字孪生模拟的特性，之前所提出的解决方案仍然具有机制复杂度高、判别内容关联因素多、判别结果可实现性不强等特点，应用于高速移动系统及其数字孪生模拟中的代价较高。因此，需要对传输机制进行准确和快速判断，并基于较少的资源限制给出工程可实现性强的方案。

7、高速移动系统及其数字孪生模拟表明，高速移动终端的移动速度越高，其信息传输过程中的信息丢失率越高。另外，当速度较低时，移动速度与信息丢失率之间的线性正相关性较强，这是由于此时高速移动系统中的传输环境变化较慢，在相对固定的场景中，对信息传输质量的主要影响因素是移动速度；随着终端移动速度的提升，移动速度与信息丢失率之间的线性关系也随之减弱，这是由于此时高速移动系统的网络传输场景变化频繁，地形地貌变化、各种遮挡和衰落等多种传输环境因素对信息传输质量的影响随之增强，导致在移动速度基础上叠加了其它因素，增加了数字孪生模拟的建模难度。由于高速移动系统中的中继传输站点与高速移动终端之间的无线链路是信息传输过程中的瓶颈，并且对信息丢失率产生主要影响。因此接下来重点针对该无线链路对产生信息丢失的原因进行详细分析：

8、1）无线链路上严重的多普勒效应会增大数据帧信息丢失的概率。高速移动系统终端极高的行驶速度会导致严重的多普勒频移，随着多普勒频移的増大，无线链路的信息丢失率也会增大。

9、2）频繁的切换会降低信息传输的可靠性。高速移动终端所在的物理实体的移动速度一般在300-400km/h范围内，而在高速移动系统中的中继传输站点的服务区域半径大约是1-2km，因此高速移动终端在每个服务区域中的停留时间大约是10-20秒。因此会有频繁的传输链路切换，这就会导致大量的时间用在了切换过程中的信令交互和确认上，从而大幅度减少了有效的通信时间，并且切换失败概率也会提升，致使单位时间内获取的信息量减少。

10、3）高速移动终端所在的物理实体为了保证运行安全性，通常具有较厚的金属外壳，这会造成信息传输中较为严重的穿透损耗，严重影响了终端用户的通信质量。这也进一步增加了信息丢失率。

11、基于以上分析，为了解决高速移动系统中的信息丢失率的问题，本发明主要关注高速移动系统中继传输站点到高速移动终端无线链路信息丢失率较大的问题，并通过数字孪生模拟，得到降低丢失率的方法，提高信息传输质量。

12、当前，针对高速移动系统中信息传输丢失率较大的问题，一种解决方法是：通过选择并重传存在错误的信息，并另设一个重传数据存储区对传输成功的信息进行接收。但是，在高速移动系统的恶劣通信环境中，由于频繁的信息丢失和重传，这种方法的效率较低。另一种解决方法是：在中继传输站点对信息进行冗余复制，即重复传输若干次，以解决可能的信息丢失问题。这种方法的主要优点是易于实现且能够降低丢失率。但是其信息复制次数固定，没有根据传输环境的动态变化改变信息的冗余复制次数，在传输环境较好的情况下降低了传输效率。

13、因此，如何有效解决高速移动系统的中继传输站点到高速移动终端无线链路信息丢失率较大的问题，仍是本领域的技术难题。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种数据包重传次数确定方法、系统、设备及存储介质，用以解决现有高速移动系统中信息传输丢失率较大的问题。

2、一方面，本发明公开了一种数据包重传次数确定方法，包括：

3、将高速移动系统映射成数字孪生体系统；所述数字孪生体系统包括中继传输站点、高速移动载体及其承载的高速移动终端；

4、在所述数字孪生体系统中，对以中继传输站点作为发送端、以高速移动终端作为接收端的数据包传输过程进行建模，得到数据包重传次数与丢失率之间的关系；

5、获取高速移动系统中数据包的丢失率，基于数据包重传次数与丢失率之间的关系，确定高速移动系统中数据包重传次数。

6、在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：

7、进一步，在对以中继传输站点为发送端、以高速移动终端为接收端的数据包传输过程进行建模过程中，规定：

8、在预设时间段内，发送端每发送一种数据包，对该种数据包进行冗余复制，冗余复制次数等于数据包重传次数；数据包重传次数取决于数据包的丢失率；

9、发送端每次发送一个数据包，若在规定的传输时间间隔内没有收到接收端反馈的确认信息，则将冗余复制的该种数据包进行重传，依此循环，直至收到接收端反馈的确认信息；

10、发送端接收到确认信息后，继续向接收端发送下一种数据包。

11、进一步，在建模过程中，得到以下优化函数：

12、          （1）

13、其中，表示发送端向接收端进行数据包传输种数的总需求，表示数据包重传次数，表示所述预设时间段内所传输的数据包的总数，表示数据包的丢失率；表示传输种数据包的传输总次数，以数据包重传次数为自变量，取值为小于的正整数；

14、将求取问题转化为求取的问题，确定数据包重传次数与丢失率之间的关系。

15、进一步，所述数据包重传次数与丢失率之间的关系满足：

16、若，；

17、若时，等于取整的结果；

18、其中，。

19、进一步，根据高速移动终端的性能需求，确定对进行向上取整或向下取整。

20、进一步，所述确定高速移动系统中数据包重传次数，包括：

21、直接根据高速移动系统中数据包的丢失率与的大小关系，确定数据包重传次数。

22、进一步，所述确定高速移动系统中数据包重传次数，还包括：

23、对进行仿真，得到数据包重传次数取不同值时随变化的条曲线；

24、根据高速移动系统中数据包的丢失率，选取取最大值的曲线对应的的取值，并将选取的的取值作为高速移动系统中数据包重传次数。

25、另一方面，本发明还公开了一种数据包重传次数确定系统，包括：

26、数字孪生体生成模块，用于将高速移动系统映射成数字孪生体系统；所述数字孪生体系统包括中继传输站点、高速移动载体及其承载的高速移动终端；

27、建模模块，用于在所述数字孪生体系统中，对以中继传输站点作为发送端、以高速移动终端作为接收端的数据包传输过程进行建模，得到数据包重传次数与丢失率之间的关系；

28、数据包重传次数确定模块，用于获取高速移动系统中数据包的丢失率，并基于数据包重传次数与丢失率之间的关系，确定高速移动系统中数据包重传次数。

29、此外，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

30、最后，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述方法的步骤。

31、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

32、综上所述，本发明提出的数据包重传次数确定方法，通过对以中继传输站点作为发送端、以高速移动终端作为接收端的数据包传输过程进行建模，得到数据包重传次数与丢失率之间的关系，即，以丢失率相关参数为评判标准，建立了动态调整数据包重传次数的机制。因此，在具体实施过程中，可以根据数据包丢失概率对数据包进行动态冗余复制，以提高高速移动终端到中继传输站点之间的无线链路上的传输效率。很好地解决了现有高速移动系统中信息传输丢失率较大的问题。

33、此外，通过建立数据包传输随机事件的数字孪生体模型，并进行传输总次数的计算，进一步构造优化函数并进行求解，从而得出相关数字孪生参数的特性判断方法，最终给出数据包传输总次数的影响因素分析方法，得到对于实际高速移动系统的数据包重传次数的动态调整方案。

34、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。