差錯控制系統(tǒng)的研究與仿真-畢業(yè)設計差錯控制系統(tǒng)的研究與仿真摘要本文基于能效的角度，對無線傳感器網(wǎng)絡進行了深入的學習和研究，全面的分析了無線傳感器網(wǎng)絡中的差錯控制系統(tǒng)，結(jié)合能效定義模型分析出了前向糾錯（FEC）、自動重復請求重傳（ARQ）和混合自動請求重傳(HARQ)三種差錯控制的能效計算模型，對這三種差錯控制方案及能效都進行了詳細的分析，當節(jié)點與節(jié)點相互的通信距離很小時，信道條件較好，數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)差錯的概率也很小，沒有必要使用糾錯碼編碼，因為此時編碼的能耗遠遠大于重傳的能耗，ARQ差錯控制方法在這個環(huán)境中能效最高。隨著節(jié)點之間的距離增加，F(xiàn)EC差錯控制方案的優(yōu)勢體現(xiàn)出來，這是因為通信距離的增加使信噪比下降，接收方誤碼率會迅速增長，F(xiàn)EC方案由于有糾錯碼保護，所以下降速度稍慢。隨著通信距離的再次增加HARQ方案的能效優(yōu)勢體現(xiàn)出來，變?yōu)槟苄ё罴训姆桨浮ｊP鍵詞：差錯；控制；仿真目錄摘要 1一、差錯控制系統(tǒng)概述 21.1差錯控制系統(tǒng)簡介 31.2差錯控制在數(shù)據(jù)傳輸中的重要意義 31.3無線傳感器網(wǎng)絡中差錯控制方案 41.4無線傳感器網(wǎng)絡中差錯控制方案設計目標和要素 4二、無線傳感器網(wǎng)絡中差錯控制方案及能效的分析 52.1前向糾錯FEC方案及其能效分析 62.2自動請求重傳ARQ方案及其能效分析 82.3混合自動請求重傳HARQ方案及其能效分析 12參考文獻 20一、差錯控制系統(tǒng)概述差錯控制系統(tǒng)簡單的來說就是一種保證接收完整、準確數(shù)據(jù)的方法。首先我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娫捑€路是不穩(wěn)定的，那么數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中間就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)順序的錯亂和丟失。為了使這些錯誤能夠得到及時的糾正，調(diào)制解調(diào)器在發(fā)送端必須對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行數(shù)學編碼，并將編碼后的數(shù)據(jù)結(jié)果和所要發(fā)送的數(shù)據(jù)同時發(fā)送，調(diào)制解調(diào)器在接收端對編碼過的數(shù)據(jù)的進行解碼，得出結(jié)果，再來比較兩次結(jié)果。如果數(shù)據(jù)在傳輸過程中被破壞，則兩個結(jié)果就不會一致，接收端的調(diào)制解調(diào)器就會向發(fā)送端的調(diào)制解調(diào)器發(fā)送一個命令，要求數(shù)據(jù)重發(fā)。圖3-1就是一個差錯控制系統(tǒng)的機理圖。圖1.1差錯控制機理圖1.1差錯控制系統(tǒng)簡介首先在數(shù)據(jù)通信的過程中，通信信道的環(huán)境總是存在著一定的噪聲的，我們對通信的要求是信息能夠準確無誤的傳輸，那么我們就需要設計一種方法來保證信息的可靠傳輸，和其他通信系統(tǒng)一樣無線傳感器網(wǎng)絡也采用了差錯控制系統(tǒng)來抱著數(shù)據(jù)的正確傳輸，我們常見的差錯控制方案分為三種，即前向糾錯FEC,自動請求重傳ARQ和混合自動請求重傳HARQ。1.2差錯控制在數(shù)據(jù)傳輸中的重要意義無線傳感器網(wǎng)絡雖然采用了AdHoc自組織的方式組網(wǎng)，但是它與AdHoc網(wǎng)絡以及其它的無線網(wǎng)絡（無線通信網(wǎng)，無線局域網(wǎng)和藍牙網(wǎng)絡等）相比較起來還是有其自身的特點。第一，WSN因為硬件資源有限，而且網(wǎng)絡中的節(jié)點受到價格、體積和功耗的制約，這就使得節(jié)點的計算能力和帶寬都非常的有限；其次，傳感器節(jié)點因為是電池供電，受電池容量大小的限制，傳感器節(jié)點的壽命也要受電池容量大小的限制，所以所有的協(xié)議或技術都要以節(jié)約電池能量為前提。無線傳感器網(wǎng)絡大多是由很多分布很多很廣的傳感器節(jié)點組成，所以無線傳感器網(wǎng)絡需要依靠節(jié)點與節(jié)點相互的連接來保證系統(tǒng)的抗毀壞能力和容錯能力。然而，盡管如此，首先要考慮的因素仍然是電池能量有限這一關鍵性問題。電池能量有限就導致了無線傳感器網(wǎng)絡每層協(xié)議棧的設計不得不把能效作為第一個要考慮的設計要素。在通信網(wǎng)絡中一個非常重要的錯誤處理機制就是錯誤控制。在傳輸過程中因為數(shù)字信號很容易受噪聲干擾影響，這不僅會讓信號碼元波形變壞，并且還會在到達接收端時發(fā)生錯誤。因此，對數(shù)據(jù)傳輸過程進行差錯控制很有必要。除此之外，無線傳感器網(wǎng)絡在一些特定情況下的應用，差錯控制的重要性顯得十分突出，例如我們很熟悉的醫(yī)用領域等就對數(shù)據(jù)的正確性有很嚴格的要求，所以，必須進行比較低的誤碼率的差錯控制。綜上所述與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡相比起來，無線傳感器網(wǎng)絡有著自身的獨特的特性，這就決定了不能簡單的使用現(xiàn)有的一些通信網(wǎng)絡中使用的差錯控制方案。以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性為目的的傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡的差錯控制方案設計的首要任務，但是在能量受限的前提下，無線傳感器網(wǎng)絡能保證一定數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。這些特點的不同，造成了傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡的差錯控制方案不能直接用于無線傳感器網(wǎng)絡中。因此，對于無線傳感網(wǎng)絡的差錯控制系統(tǒng)是研究無線傳感器網(wǎng)絡的一個非常重要的方面。1.3無線傳感器網(wǎng)絡中差錯控制方案如上文介紹的，在無線傳感器網(wǎng)絡中，我們起初最先應用只是計算網(wǎng)絡中傳統(tǒng)的差錯控制系統(tǒng)前向糾錯和自動重傳。前向糾錯要求在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中必須提供足夠的冗余信息，當接收的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤時，接收站點可以根據(jù)冗余信息來修正錯誤。對于改正單一差錯，前向糾錯是很有效的，但是，對于多重錯誤的修正就需要傳輸大量的冗余信息，并且譯碼的復雜性也相對較高。自動重傳方法主要有兩個，連續(xù)ARQ和停等ARQ。連續(xù)ARQ是接收節(jié)點必須要有緩沖空間去存儲接收到的數(shù)據(jù)，但是因為受到硬件設備的限制，這一點很難實現(xiàn)，因此，在無線傳感器網(wǎng)絡中一般使用停等ARQ。如果接收端發(fā)現(xiàn)一個錯誤，或者是源節(jié)點沒有收到任何確認信號，源節(jié)點就會把數(shù)據(jù)包再發(fā)送一遍。這種方法使目標節(jié)點必須對每個接收的信息包進行確認，這樣既占用了帶寬，又使得能量開銷大增，因此，需要進一步優(yōu)化這種方法在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用。綜合考慮這些因素，解決無線網(wǎng)絡傳感器的最佳方案也許就是具有低復雜性編碼，并且譯碼簡單的錯誤控制方案。1.4無線傳感器網(wǎng)絡中差錯控制方案設計目標和要素無線傳感器網(wǎng)絡是一個能量受限、動態(tài)拓撲和應用場景多樣的特殊網(wǎng)絡。應用場景的多樣，一方面就要求傳輸?shù)目煽啃愿?，另一個方面使電池能源不可被替換，從一定程度上來說，這就導致了能量受限的特性。因此，為了確保傳輸?shù)男阅芸煽浚档陀捎诓铄e控制所造成的能量消耗，無線傳感器網(wǎng)絡差錯控制方案的核心設計目標就是延長網(wǎng)絡和網(wǎng)絡節(jié)點的生命周期。通常情況下，設計差錯控制方案必須綜合起來考慮以下幾個方面的要素：有較強的適應能力：當無線傳感器網(wǎng)絡傳輸信道產(chǎn)生變化時，其差錯控制方案應該是在在不同信道狀態(tài)下都能保持較強的差錯控制能力的，以達到無線傳感器網(wǎng)絡的可靠性傳輸?shù)囊?。有較強的實用性：在無線傳感器網(wǎng)絡中使用的差錯控制方案的算法我們要求是應該簡單明了的而且要有實用性，整個系統(tǒng)的操作要易于實現(xiàn)。有較強的靈活性：不管是在什么樣的場景下使用，我們設計的差錯控制方案都能夠準確的保證傳輸?shù)男畔⒖煽?，并且在使用上具有靈活的性能。二、無線傳感器網(wǎng)絡中差錯控制方案及能效的分析無線傳感器網(wǎng)絡的信道環(huán)境是非常復雜和不好的。對于那些接收方的信號，不光存在著因為地理環(huán)境所引起的衰落和影響，同時還受到開放式信道這一結(jié)構(gòu)所帶出的各種噪聲干擾的影響。這些衰落和干擾就容易造成誤碼的過程中間有不可預期出現(xiàn)的差錯，也可能有突發(fā)差錯，通常的差錯是以多徑衰落和長突發(fā)為主，這就嚴重損傷了通信的質(zhì)量。所以，在無線傳感器網(wǎng)絡這種變化的混合信道中，必須采用差錯控制方案和相關抗衰落技術來提高信號在信道中的傳輸質(zhì)量，以保證信息的可靠性傳輸。能量有限(受限)是設計無線傳感器網(wǎng)絡中我們最需要考慮的問題之一，這就使得無線傳感器網(wǎng)絡中的各個傳感器節(jié)點，在保證正確通信的情況下，要是整個系統(tǒng)保持利用率的高效，我們還應要求節(jié)點的能效最大，即消耗最小的能量，來滿足系統(tǒng)的可靠性傳輸，差錯控制系統(tǒng)在計算機網(wǎng)絡等各種通信系統(tǒng)中已經(jīng)研究的很多了，但是這些系統(tǒng)中都沒有考慮能效的問題，而無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點卻是對能效要求非常高的，所以本章就將上文提出的差錯控制方案進行能效分析。下面將介紹幾種無線傳感器網(wǎng)絡的差錯控制方案，本章將基于自動請求重傳ARQ、FEC和C-HARQ這三個最基本的差錯控制系統(tǒng)，依照無線傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點能耗有限和系統(tǒng)低復雜度的要求為依托，基于能效的標準將三種差錯方案進行比較，得出實現(xiàn)最簡單、能耗最低和系統(tǒng)復雜度最低的無線傳感器網(wǎng)絡中最優(yōu)的差錯控制方案。通過查閱相關文獻和研究已有的關于無線傳感器網(wǎng)絡中差錯控制能效的研究，我們引用一個典型的能效模型，這個模型能夠比較準確的對無線傳感器網(wǎng)絡差錯控制所消耗的能耗進行評判。能效定義：無線傳感器網(wǎng)絡傳輸能效的定義同時考慮了系統(tǒng)的能耗和通信的可靠性：其中，ηe是能耗吞吐量，它表示的是數(shù)據(jù)包中負載的能耗Eeffi占總能耗Etotal的比值。r=(1-PPER)表示數(shù)據(jù)包已經(jīng)被正確接收的概率，用它來衡量通信的可靠性。因此，能效η代表了相鄰的通信節(jié)點之間有效傳輸?shù)哪芎恼枷到y(tǒng)總能耗的比例。2.1前向糾錯FEC方案及其能效分析2.1.1FEC（前向糾錯）方案分析對于FEC的實現(xiàn)即我們采用在發(fā)送數(shù)據(jù)分組的時候加入一串冗余信息，這些冗余信息是接收端用來檢測所接收的數(shù)據(jù)是否出錯使用的，接收端能夠自主的對數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)錯誤進行判斷，而且能夠?qū)⒊霈F(xiàn)的錯誤進行糾正，這樣就達到了我們系統(tǒng)所需要的可靠性數(shù)據(jù)傳輸。FEC的核心技術是信道編碼，信道編碼技術是利用數(shù)據(jù)符號之間嚴格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了一個包含冗余信息的新數(shù)據(jù)包，且該數(shù)據(jù)包能夠通過編碼規(guī)律發(fā)現(xiàn)自身的差錯，并確定碼元出錯位置，從而予以糾正。圖2.1FEC系統(tǒng)組成方框圖FEC工作原理如圖2-1，從信源到信宿只有唯一信道，在系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎芨?，和碼速率相同，與系統(tǒng)的誤碼率和信道的差錯率卻是沒有關系的。與ARQ不同，F(xiàn)EC不需要發(fā)送端進行重傳，從而大大降低了通信時延，而可以采用冗余編碼立刻進行檢錯和糾錯。系統(tǒng)不需要系統(tǒng)重傳和發(fā)送反饋信息的另一個好處就是在系統(tǒng)中可以進行廣播通信，即不用等待一個通信結(jié)束以后再建立一個通信，可以同時和多個發(fā)送端進行通信，基于這一優(yōu)勢，F(xiàn)EC技術被廣泛的應用于移動通信中，F(xiàn)EC在通信控制電路上的設計也是非常簡單的。運用FEC也有不利的地方，首先接收端沒有辦法做出一個最終的正確性判斷，即無論譯碼出來的結(jié)果對或者不對，它都直接傳送給使用者。其次我們必須需根據(jù)信道的狀況，來選擇所需使用的糾錯碼，一些信道狀況非常不好的時候，我們就必須選擇糾錯能力很強的編碼，糾錯能力強就意味著，編碼解碼的設計就變復雜，無形中消耗了傳感器節(jié)點的能量，而且使用的硬件成本也會隨之增加，所以使用糾錯碼來保證系統(tǒng)的傳輸差錯時犧牲能耗和成本來完成的。FEC系統(tǒng)采用了一種我們稱之為“事先避免”的方法，數(shù)據(jù)傳輸以后不管有沒有丟包或者錯誤，發(fā)送端都不再重傳。使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率是不可預見的，達不到我們對于通信可靠性傳輸?shù)囊?。因而，我們不能只單純的使用FEC技術來控制差錯。除了上文降到的對于能量的消耗意外，F(xiàn)EC還有一重大弊端，就是假如系統(tǒng)的性能會隨著丟包率而顯著降低的，系統(tǒng)性能受丟包率制約，F(xiàn)EC最理想的使用環(huán)境是數(shù)據(jù)組一個一個的傳送。2.1.2FEC（前向糾錯）方案能效分析采用FEC技術時，傳感器節(jié)點的總能耗為：這里EFECtran為發(fā)送數(shù)據(jù)的能耗，EFECre為接收數(shù)據(jù)節(jié)點的能耗，Edec是接收端在譯碼時所消耗的能量。另外由于BCH碼的編碼所消耗的能量與譯碼所消耗的能量相比是非常小的，所以我們這里將編碼所消耗的能量忽略不計。對于BCH碼(n,k,t)，譯碼的能耗Edec可用下式表示：設m=lbn+1，則FEC技術的能效可以由下式表示：其中FEC協(xié)議中的誤包率：2.2自動請求重傳ARQ方案及其能效分析ARQ技術起初只在計算網(wǎng)絡中使用，在計算機網(wǎng)絡中使用CRC循環(huán)冗余編碼對傳輸?shù)腻e誤進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)錯誤就返回給發(fā)送端一個需要重新發(fā)送的指令，如果沒有發(fā)現(xiàn)錯誤也需要返回給發(fā)送端一個不需要重新發(fā)送的指令，發(fā)送端在接收到指令以后，確定是重新發(fā)送上一組數(shù)據(jù)還是發(fā)送新的一組數(shù)據(jù)。而發(fā)送端會簡單的將檢測后出錯的數(shù)據(jù)組進行丟棄。在研究ARQ的過程中，人們漸漸的意識到簡單的丟棄錯誤數(shù)據(jù)組是非常浪費的，因為數(shù)據(jù)組里出錯的數(shù)據(jù)少，大多數(shù)是正確的數(shù)據(jù)，我們可以保留原來這一錯誤的數(shù)據(jù)組加到后面重新接收到的這一組數(shù)據(jù)中進行再次使用。圖2.2是ARQ系統(tǒng)工作原理圖，首先ARQ的通信時雙向的，采用兩個信道傳輸，信息從信源出發(fā)進入編碼器中進行編碼，編碼器對數(shù)據(jù)進行編碼的同時也將信息轉(zhuǎn)到緩沖存儲器中，緩沖存儲器對編碼后的數(shù)據(jù)進行存儲，編碼后的信息進入到雙向信道傳遞到信宿端的解碼器中進行解碼，信宿端的緩沖存儲器也會對數(shù)據(jù)進行存儲，解碼器解碼檢測后，驗證數(shù)據(jù)正確就告知指令產(chǎn)生器，指令產(chǎn)生器沿雙線信道，反饋一個信息給信源端的重發(fā)控制器，重發(fā)控制器再告知緩沖存儲器將數(shù)據(jù)進行丟棄。如果信宿端檢驗的數(shù)據(jù)是錯誤的，信宿端還是會暫存數(shù)據(jù)留到給再次發(fā)送來的數(shù)據(jù)一起進行解碼，同樣指令產(chǎn)生器告知信源端重發(fā)控制器，重發(fā)控制器會控制重傳。圖2.2ARQ系統(tǒng)工作原理圖ARQ技術硬件要求不高、實現(xiàn)起來也非常方便，可以保證通信數(shù)據(jù)的正確傳輸，ARQ的使用與受到的噪聲干擾基本沒有關系，因為它主要是要求重傳。依托良好的適應性，不管信道情況如何，我們都能使用ARQ技術。正因為ARQ技術的這個特點，也會出現(xiàn)另一種情況，在信道情況非常不好的時候，每一次接收到數(shù)據(jù)都不正確，那么整個系統(tǒng)就長期處在請求重傳的狀態(tài)中，整個通信系統(tǒng)的效率就會非常得低。下面將介紹ARQ的三種不同方式:2.2.1SW-ARQ（停止等待式ARQ,StopandWaitARQ）方案分析SW-ARQ停止等待指的是發(fā)送端發(fā)出一幀數(shù)據(jù)后,就等待接收端的確認反饋,發(fā)送端如果接收到的是NAK反饋，將進行重發(fā)；如果收到的是ACK反饋，再進行下一個數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。圖2.3SW-ARQ工作原理SW-ARQ有一個非常重大的缺點就是每一次發(fā)送完數(shù)據(jù)以后必須等待接收端給予的反饋以后，發(fā)送端才能做下一步判斷，這樣整個系統(tǒng)大多數(shù)時間處于空閑狀態(tài)，系統(tǒng)效率不高。還需要特別考慮的是這兩種情況：第一，有些時候系統(tǒng)會出現(xiàn)嚴重的噪聲干擾，以至于破壞了數(shù)據(jù)鏈路層幀的結(jié)構(gòu)，那么就有可能接收端接收了這一組數(shù)據(jù)組以后無法去判斷是否接收到了這一數(shù)據(jù)組，接收端也就不會想發(fā)送端返回指令，即時返回了指令，也會出現(xiàn)一種情況就是返回的這一條指令丟失了，那么發(fā)送端陷入無止境的等待之中；第二，我們還需要解決的是第一次接收到的數(shù)據(jù)組和第二次重發(fā)接收到得數(shù)據(jù)組會出現(xiàn)重復的情況，我們就要把兩次接收到得數(shù)據(jù)進行編號處理。2.2.2GBN-ARQ（退回N步ARQ，GoBackN-stepARQ)方案分析圖2.4（a）是退回N步重傳的工作示意圖,相比較而言退回N步重傳的效率要不停止等待重傳的效率高，當然它也有一個不好的地方，就是其實在正常的通信過程中，傳錯的數(shù)據(jù)其實占少數(shù)，然而為了其中一組數(shù)據(jù)錯誤導致很多第一次已經(jīng)正確接收的數(shù)據(jù)再次重傳，系統(tǒng)的效率從而降低了。圖2.4GBR-ARQ方式與SR-ARQ方式工作原理圖2.2.3SR－ARQ(選擇重傳ARQ，SelectiveRepeatARQ)方案分析如上文所述，因為退后N步重傳浪費了系統(tǒng)資源，那么能不能既不發(fā)一組數(shù)據(jù)等一個反饋，又不用重發(fā)已經(jīng)正確發(fā)送過了的數(shù)據(jù)呢？那么也就是我們所說的選擇重傳，系統(tǒng)只重傳傳錯的那一組數(shù)據(jù)，其余已經(jīng)被正確接收的數(shù)據(jù)組都先被接收端存儲起來，這樣就使得系統(tǒng)效率進一步又提高了，其工作原理如圖2.4(b)所示。對于以上這三種基于選擇重傳的差錯控制方法，基于等停的SW-ARQ的方式最為簡單的一種方式，首先對于接收端與發(fā)送端的存儲設備要求很低，因為不需要存儲大量的數(shù)據(jù)組，而是一個時間段內(nèi)只存儲一個數(shù)據(jù)組，這樣系統(tǒng)就很簡化，但是由于是單數(shù)據(jù)組的重發(fā)，要求發(fā)送端在接收到接收端反饋的信息以后才會選擇是重新發(fā)送上一組數(shù)據(jù)還是發(fā)送新的一組數(shù)據(jù)，整個體統(tǒng)的利用率就大大降低了；退后N步重傳效率比等停重傳的方式效率要高，因為它是連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)組，如果發(fā)送錯了某一個組數(shù)據(jù)，就退回到這節(jié)數(shù)據(jù)組，從這節(jié)數(shù)據(jù)組開始后面的數(shù)據(jù)都重新發(fā)送一遍，這樣就大大的浪費了系統(tǒng)資源，因為在這節(jié)出錯的數(shù)據(jù)后面再次發(fā)送的數(shù)據(jù)組中有些是正確的。所以在這三種情況中，選擇重傳的效率最高，系統(tǒng)的利用率也是最高的，因為它是有針對性的，哪一組數(shù)據(jù)錯了，就要求發(fā)送端將該節(jié)數(shù)據(jù)重新發(fā)送，但是選擇重傳也有一個劣勢，就是不能像等停和退后N步那樣順序的接收數(shù)據(jù)，接收端接收到數(shù)據(jù)組以后要對數(shù)據(jù)組進行編號處理。2.3混合自動請求重傳HARQ方案及其能效分析混合自動請求重傳的技術早在二十世紀六十年代初就開始有人研究。圖2.5是一個簡單標準的HARQ混合自動請求重傳技術的系統(tǒng)圖。圖2.5HARQ混合自動請求重傳技術的系統(tǒng)圖混合自動請求重傳（HARQ）技術是在自動請求重傳（ARQ）系統(tǒng)框架上加入一個前向糾錯(FEC)子系統(tǒng)。FEC子系統(tǒng)通過信道編碼自動糾正無線傳輸過程中引入的誤碼，減少重傳次數(shù)，提高系統(tǒng)吞吐量。當接收端不能正確譯碼時，該系統(tǒng)將啟動重傳機制。混合自動請求重傳的設計初衷是希望將前向糾錯和請求重傳的優(yōu)勢集中起來，更加完善的提供系統(tǒng)通信的可靠性，首先在發(fā)送方，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)使用檢錯碼和糾錯碼進行同時編碼，接收端接收到這一組數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)進行解碼，先糾正傳輸過程中的錯誤，然后使用檢測碼進行檢測，如果檢測出來的數(shù)據(jù)組是正確的那么就反饋一個信息給發(fā)送端，告知這一組數(shù)據(jù)已經(jīng)正確接收了，如果檢測出來的數(shù)據(jù)依然是錯誤的，那么就要求發(fā)送端將這一組數(shù)據(jù)進行重傳，如此循環(huán)，一直達到系統(tǒng)內(nèi)部設置到達最高的重傳次數(shù)。目前，常用的混合自動請求重傳技術有三種，分別是Type-ⅠHARQ，Type-ⅡHARQ和Type-ⅢHARQ。2.3.1Type-ⅠHARQ方案分析基本的Type-I型HARQ方案是簡單的將ARQ技術與FEC技術相結(jié)合，收發(fā)端對數(shù)據(jù)進行解碼，如果能夠就糾正傳輸中間出現(xiàn)的錯誤，那么就反饋一條指令給發(fā)送端，確認我已經(jīng)收到這組數(shù)據(jù)了，如果發(fā)現(xiàn)糾正不了出現(xiàn)的錯誤，那么就要求發(fā)送方將這一組數(shù)據(jù)進行重傳，而接收端就單純的丟棄這一組數(shù)據(jù)。Type-IHARQ技術系統(tǒng)中不保留發(fā)送錯誤的這一節(jié)信息數(shù)據(jù)，而是簡單的丟棄，這樣一來發(fā)送端和接收端的存儲器資源都占用的非常少，而且反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也非常簡易，實現(xiàn)起來是非常簡單方便的。Type-IHARQ技術在系統(tǒng)中同時進行糾錯和檢錯，但是沒有很好的利用傳錯的那一組數(shù)據(jù)，接收端只是簡單的丟棄，而其中其實是含有很多有用的信息的。圖2.6Type-ⅠHARQ的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖Type-ⅠHARQ方案在信道噪聲和干擾比較穩(wěn)定的通信系統(tǒng)中使用起來非常實用，這樣的通信系統(tǒng)中糾錯碼一般情況就能夠糾正傳輸過程中間出現(xiàn)的錯誤，那么系統(tǒng)就不需要花很多資源用來重傳使用，整個系統(tǒng)的效率很高。但是也會出現(xiàn)這樣一種情況，當通信條件非常好的時候，我根本不用糾錯，但是整個體統(tǒng)還是要進行糾錯檢錯，并且要花很多資源對這些冗余信息進行發(fā)送接收，大大的耗費了系統(tǒng)的能量，這個時候選擇這一方案又會出現(xiàn)這樣一個弊端。2.3.2Type-ⅡHARQ方案分析Type-ⅡHARQ方案是針對Type-ⅠHARQ方案中沒有利用傳輸出錯的那一組數(shù)據(jù)進行的一個改良，如上文所說，丟棄的那一組數(shù)據(jù)其實還含有很多有用的信息，Type-Ⅱ就是為了解決利用這些有用數(shù)據(jù)而設計的。大家可以容易的想到如果使用更多的數(shù)據(jù)信息用來糾正傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤，利用率得到了大大的提升，同時效率也得到了提升，這就是我們希望在Type-ⅡHARQ方案能夠?qū)崿F(xiàn)的，其具體說來就是當我傳輸條件好的時候，即信道中的噪聲很小的時候我采用簡單的請求重傳，我不去加入冗余碼進行糾錯，我只使用檢測碼進行檢測，確定出錯就要求發(fā)送方進行重傳，如果傳輸條件變得很惡劣的時候，噪聲干擾很多的時候，系統(tǒng)就增加一些糾錯碼進取，進行糾錯，基于這樣一種自適應的差錯控制系統(tǒng)是將系統(tǒng)效率提升到最大化的一種理想的使用方法。圖2.7Type-ⅡHARQ方案工作原理圖其工作原理如圖2.7是Type-ⅡHARQ是在Type-ⅠHARQ方案中進行了一次改良，首先它依然采用的是加入糾錯碼檢測碼以及重傳的機制，當接收端接收到信息以后先對數(shù)據(jù)進行一次糾錯，然后進行檢錯，如果數(shù)據(jù)檢測依然是錯誤的，那么接收端會要求發(fā)送方將此數(shù)據(jù)進行重傳，接收端保存這一組含有錯誤的數(shù)據(jù)。但是與Type-Ⅰ的不同之處在于，發(fā)送方重發(fā)的數(shù)據(jù)和首次發(fā)送的數(shù)據(jù)時有區(qū)別的，接收端會只要求發(fā)送端發(fā)送這一組數(shù)據(jù)中的一部分，將這一部分數(shù)據(jù)加到以前的幾次出錯的數(shù)據(jù)里里面，進行同時糾錯，然后檢錯譯碼。如此周而復始直到收到正確的數(shù)據(jù)組或者達到了系統(tǒng)設定的最大的重傳次數(shù)，那么就丟棄這一組數(shù)據(jù)，進行下一組數(shù)據(jù)的傳輸，這是Type-ⅡHARQ工作的最大不同之處，它將幾次收到的數(shù)據(jù)融合到一起進行譯碼，這樣整個系統(tǒng)的使用率就提高了，而含有錯誤的數(shù)據(jù)組也被很好的利用起來了。Type-ⅡHARQ方案使用的是一種遞增的冗余的思想來進行差錯控制。2.3.3Type-ⅢHARQ方案分析Type-ⅢHARQ方案又是在Type-ⅡHAQR方案的進一步改良的方案，它的工作原理如圖2.8所示：Type-ⅡHAQR方案中采用一種互補刪除法的思想，其原理是每一組數(shù)據(jù)分組都自己可以譯碼，然后通過精確計算，將數(shù)據(jù)覆蓋到?jīng)]一個比特上，從而將每次發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行一個全面的覆蓋，最終合并為一組正確的數(shù)據(jù)組，這樣譯碼的空間將更為廣泛，它并不是拿一次數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)單獨的進行譯碼而是將多次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行譯碼，Type-ⅢHARQ采用這一方案以后，能夠顯著的提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率以及系統(tǒng)的效率，也不至于增加過多的冗余信息而消耗系統(tǒng)的能量，所以經(jīng)過多次改良以后的Type-ⅢHARQ方案屬于一種可靠性比較好的方案，能夠非常好的提升吞吐量。圖2.8Type-ⅢHARQ方案工作原理圖Type-ⅢHARQ方案和Type-ⅡHARQ一樣采用增加冗余的思想，但是兩者有一個根本性的不同，就是在于出錯的一組分組數(shù)據(jù)里面的一些比特是正確的并且這些數(shù)據(jù)組是具有解碼能力的，那么我們將每一組數(shù)據(jù)都進行譯碼，將譯碼出來的數(shù)據(jù)進行一次綜合，再來解碼，這樣就達到了系統(tǒng)最大的效率。依據(jù)重傳的冗余版本的不同，Type-ⅢHARQ可以分為只具有一個冗余的Type-ⅢHARQ版本的方案（軟合并得Type-ⅠHARQ，每次重傳冗余版本均與第一次傳輸相同）和具有多個冗余的Type-ⅢHARQ版本方案。2.3.4Chasecombining-HARQ方案分析這里我們要特別提出ChasecombiningHARQ方案(下文簡稱C-HARQ)，C-HARQ的工作原理：首先在發(fā)送方也是同樣的使用了前向糾錯對數(shù)據(jù)進行分組，出現(xiàn)錯誤以后將對這一組數(shù)據(jù)進行保存，接收放按照加權(quán)組合的形式對數(shù)據(jù)進行一次處理。C-HARQ方案緩沖存儲器需要的容量非常小，整個系統(tǒng)復雜度低，是簡單的一種混合重傳機制。Type-ⅠHARQ方案雖然相比較于不采用ARQ方案就可以降低誤碼率，但這個方案是時延或帶寬換取而來的?？紤]C-HARQ方案中并沒有將錯誤的數(shù)據(jù)進行丟棄而是選擇先存儲起來，待再次接受相同的這一組數(shù)據(jù)以后將此錯誤的數(shù)據(jù)組中的正確的比特位拿出來和新接收到的這組數(shù)據(jù)中的比特位合并，在進行譯碼，從而達到了提升系統(tǒng)吞吐量的目的。Type-ⅡHARQ方案發(fā)送方重發(fā)的數(shù)據(jù)和首次發(fā)送的數(shù)據(jù)時有區(qū)別的，接收端會只要求發(fā)送端發(fā)送這一組數(shù)據(jù)中的一部分，將這一部分數(shù)據(jù)加到以前的幾次出錯的數(shù)據(jù)里里面，進行同時糾錯，然后檢錯譯碼。如此周而復始直到收到正確的數(shù)據(jù)組或者達到了系統(tǒng)設定的最大的重傳次數(shù)，那么就丟棄這一組數(shù)據(jù)，進行下一組數(shù)據(jù)的傳輸，這是Type-ⅡHARQ工作的最大不同之處，它將幾次收到的數(shù)據(jù)融合到一起進行譯碼，這樣整個系統(tǒng)的使用率就提高了，而含有錯誤的數(shù)據(jù)組也被很好的利用起來了。Type-ⅡHARQ方案較Type-ⅠHARQ方案實現(xiàn)起來肯定會要復雜一些，我們在接收端要求進行最大限度的存儲數(shù)據(jù)，并且每次收到的碼字還要進行融合以后再來譯碼。Type-ⅡHAQR方案中采用一種互補刪除法的思想，其原理是每一組數(shù)據(jù)分組都自己可以譯碼，然后通過精確計算，將數(shù)據(jù)覆蓋到?jīng)]一個比特上，從而將每次發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行一個全面的覆蓋，最終合并為一組正確的數(shù)據(jù)組，這樣譯碼的空間將更為廣泛，它并不是拿一次數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)單獨的進行譯碼而是將多次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行譯碼，Type-ⅢHARQ采用這一方案以后，能夠顯著的提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率以及系統(tǒng)的效率，也不至于增加過多的冗余信息而消耗系統(tǒng)的能量，所以經(jīng)過多次改良以后的Type-ⅢHARQ方案屬于一種可靠性比較好的方案，能夠非常好的提升吞吐量。在我們實際使用的WSN系統(tǒng)中，我們肯定不會去單獨的只是使用一種差錯控制系統(tǒng)，因為無論是前向糾錯和選擇重傳都有它技術上的缺點，從選擇重傳來說，我們單純只是使用一種重傳的方法來進行差錯控制，保證我們數(shù)據(jù)的正確性傳輸，其弊端是，如果傳輸條件非常不好，就會一直接收不到正確的信息，繼而一直處于重發(fā)狀態(tài)，甚至是到達最大重傳次數(shù)以后依然接收不到正確的信息，另外單純的將錯誤的信息進行丟棄也是不合理的，因為這些數(shù)據(jù)中還有一些正確的碼字可以讓我們使用來共同譯碼。如果我們在無線傳感器網(wǎng)絡中使用請求重傳方案就出有一個問題，那就是整個網(wǎng)絡節(jié)點與節(jié)點之間的距離必須不長，但是如果這樣的話，整個覆蓋的面積就會減?。蝗绻麊渭兊氖褂们跋?/p>