【編程之美】超時重傳，滑動窗口，可靠性傳輸原理C語言實現(xiàn)

時間：2020-05-07 17:08:54

關(guān)鍵字： C語言編程之美滑動窗口 BSP

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[導(dǎo)讀]????最近在做無線傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議實現(xiàn)，這里涉及到超時重傳，窗口移動，可靠性傳輸?shù)膯栴}，有些一些心得，也有很多的調(diào)試歷程，與大家分享,當(dāng)然源碼不會開源,但是思想會毫無保留. ? ? ? ?? 首先我們看重傳原理ARQ ? ? ARQ（AutomaticRepeat reQuest，自動重傳

最近在做無線傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議實現(xiàn)，這里涉及到超時重傳，窗口移動，可靠性傳輸?shù)膯栴}，有些一些心得，也有很多的調(diào)試歷程，與大家分享,當(dāng)然源碼不會開源,但是思想會毫無保留.

首先我們看重傳原理ARQ

ARQ（AutomaticRepeat reQuest，自動重傳請求）是在數(shù)據(jù)鏈路層（MAC）實現(xiàn)的一種可靠性傳輸機制。其重傳原理是發(fā)送端先將數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)SDU按照固定的ARQ塊大小來進行分片，最后剩下的數(shù)據(jù)不管多小都分為一個分片，接著為每個分片進行編號BSN（Block Sequence Number），如下圖所示：

ARQ機制中SDU分片和BSN示意圖

隨后確定發(fā)送端的ARQ滑窗，即：將第一個發(fā)送PDU塊作為ARQ發(fā)送窗口的起始PDU塊ARQ_TX_WINDOW_START，接下來發(fā)送的下一個PDU塊作為ARQ發(fā)送下一個PDU塊ARQ_TX_NEXT_BSN。當(dāng)發(fā)送的1個或N個PDU塊被接收端確認(rèn)接收成功后，其滑窗的起始PDU塊ARQ_TX_WINDOW_START會加1或N，即：往后面滑1或N格，而下一個PDU塊始終指到未發(fā)送PDU塊的第1個。

同時，接收端也會根據(jù)接收情況來確定接收ARQ滑窗，即：通過ARQ接收起始PDU塊ARQ_RX_WINDOW_START和接收ARQ滑窗大小ARQ_RX_WINDOW_SIZE兩個參數(shù)來確定該滑窗大小。當(dāng)在滑窗內(nèi)的PDU塊全部接收到后，會確認(rèn)這次接收PDU的結(jié)果，如果有個別PDU塊接收失敗，則在后續(xù)的反饋IE中指出來，讓發(fā)送端進行重傳，重傳最大次數(shù)來控制重傳次數(shù)，否則就直接將接收ARQ滑窗往后滑，ARQ接收起始PDU塊ARQ_RX_WINDOW_START會滑到還未接收PDU塊的第1個，整個滑窗整體往后滑動。

以上的傳輸過程請參考下圖：

ARQ傳輸機制原理圖

那么怎么實現(xiàn)呢？

對于單個數(shù)據(jù)包來說，是很簡單的，其ARQ狀態(tài)機如下

對于需要窗口傳輸?shù)闹貍鳈C制來說,如圖所示,

發(fā)送窗口只有收到對端對于本段發(fā)送窗口內(nèi)字節(jié)的ACK確認(rèn)，才會移動發(fā)送窗口的左邊界。
接收端可以根據(jù)自己的狀況通告窗口大小，從而控制發(fā)送端的接收，進行流量控制。

我們來定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

//數(shù)據(jù)索引typedef struct { int status; int dataID; u16* Recvbuffer; int len;}CommDataIndex;


//包的狀態(tài)typedef struct{ int id; int crc;}PacketStatus;


//發(fā)送狀態(tài)typedef struct{ int dataID; int iRetries; int iResendTimerID;//重傳定時器 int iCycleTimerID; //生命周期定時器
}SendStatus;


//窗口信息typedef struct { int winSize; SendStatus status[wSize]; int minID; int maxID;
}WINMSG;


//數(shù)據(jù)類型enum{ RTS=0, CTS,
 ACKNAK, payload,
}DATATYPE;

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下圖，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，先申請動態(tài)內(nèi)存緩存數(shù)據(jù)，最多緩存20包數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容如CommDataIndex中所示，包含數(shù)據(jù)ID序號、數(shù)據(jù)buffer、數(shù)據(jù)長度；窗口的內(nèi)容(包含窗口大小，窗口中每包數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，窗口中最小最大的數(shù)據(jù)ID序號) 如winMsg所示；數(shù)據(jù)包發(fā)送狀態(tài)(包含數(shù)據(jù)ID，重發(fā)次數(shù)，重發(fā)定時器，生命周期定時器)如下Status所示。

發(fā)送端具體流程：

有數(shù)據(jù)發(fā)送時，先判斷CommDataIndex數(shù)組中是否有空的位置，如果為空則將數(shù)據(jù)放入，最多緩存20包數(shù)據(jù)；

判斷窗口是否滿狀態(tài)，當(dāng)窗口不是滿狀態(tài)時，則可以發(fā)送數(shù)據(jù)，更新窗口信息(窗口中的最小最大ID，發(fā)送狀態(tài))，啟動發(fā)送狀態(tài)中的定時器、更新重傳次數(shù)；

當(dāng)返回ack，則表示發(fā)送成功，判斷是哪一包發(fā)送成功，找到這一包在commDataIndex的位置，并且清空，釋放內(nèi)存，找到這一包在窗口中的位置，清除這個位置窗口的發(fā)送狀態(tài)信息(重傳次數(shù)，數(shù)據(jù)ID)，關(guān)閉這個窗口位置的定時器；如果這一包是窗口中最小的ID值，則可以移動窗口，進行下一包的傳輸，更新窗口中最小最大ID值

當(dāng)返回nak，則表示發(fā)送失敗，判斷是哪一包發(fā)送失敗，找到這一包在winMsg的位置，關(guān)閉窗口中對應(yīng)的定時器，此時進行重發(fā)，更新發(fā)送狀態(tài)status，更新重傳次數(shù)，并且開啟窗口中對應(yīng)的定時器；當(dāng)重傳次數(shù)超過4次時，關(guān)閉對應(yīng)的定時器，清空窗口發(fā)送狀態(tài)的信息，重傳次數(shù)，數(shù)據(jù)ID，找到這一包在commDataIndex的位置，并且清空，釋放內(nèi)存。

當(dāng)沒有響應(yīng)消息時，表示發(fā)送超時，窗口對應(yīng)的定時器ID構(gòu)造事件傳遞給通信任務(wù)的定時器事件接收ID中，在發(fā)送端事件ID中處理，首先關(guān)閉定時器，找到定時器對應(yīng)的窗口的位置，更新對應(yīng)窗口發(fā)送狀態(tài)信息，更新重傳次數(shù)，當(dāng)重傳次數(shù)超過4次時，關(guān)閉對應(yīng)的定時器，清空窗口發(fā)送狀態(tài)的信息，重傳次數(shù)，數(shù)據(jù)ID。進行重傳操作，并且啟動定時器。

當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送時長到達(dá)重傳生命周期定時器限值時，表示整包數(shù)據(jù)沒有在規(guī)定的時間里發(fā)送成功，此時關(guān)閉對應(yīng)窗口的定時器，清空對應(yīng)的窗口信息以及這一包數(shù)據(jù)的緩存信息，如果此時發(fā)現(xiàn)緩存數(shù)據(jù)中有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則進行發(fā)送，更新對應(yīng)的窗口信息。

結(jié)果查看

   
    
     
      
       
        
                   
           
            
             
              
               
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