丟包重傳是數(shù)據(jù)通信應(yīng)用里面一項(xiàng)非常重要的功能，特別是在無(wú)線通信中是一項(xiàng)決定通信協(xié)議先進(jìn)程度的指標(biāo)。今天主要著重介紹如何檢測(cè)丟包，之后再介紹重傳機(jī)制。

如何檢測(cè)丟包？

要想丟包重傳，首先必須得檢測(cè)到丟包，沒(méi)有丟包就沒(méi)有重傳。在無(wú)線通信中，對(duì)于丟包的檢測(cè)通常有兩種方式：載波監(jiān)聽和應(yīng)答機(jī)制。

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載波偵聽

載波偵聽是一種常見的丟包檢測(cè)方法，而在載波偵聽基礎(chǔ)之上又發(fā)展出CSMA/CA。CSMA/CA也可以看做一種重傳機(jī)制，我們經(jīng)常使用的Wi-Fi和ZigBee就采用了這種機(jī)制。通信設(shè)備在發(fā)送消息前，會(huì)打開接收并維持一段很短的時(shí)間。在這個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)，無(wú)線單元會(huì)檢測(cè)同頻段是否有其它的干擾信號(hào)，例如ZigBee設(shè)備在做載波偵聽時(shí)，既要檢測(cè)是否有Wi-Fi、藍(lán)牙在發(fā)射信號(hào)，又會(huì)檢測(cè)是否有其它的ZigBee在發(fā)射信號(hào)。如果干擾信號(hào)來(lái)自Wi-Fi或者藍(lán)牙，ZigBee設(shè)備會(huì)測(cè)量它的功率有沒(méi)有自己大，功率沒(méi)自己大就壓過(guò)去，功率比自己大就果斷丟包；而ZigBee設(shè)備在載波偵聽時(shí)如果遇到其它的ZigBee設(shè)備，不管對(duì)方功率是否比自己大，都會(huì)主動(dòng)丟包，即讓別人先走。

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應(yīng)答機(jī)制

判斷丟包的另一個(gè)方法是增加應(yīng)答機(jī)制，通常通信協(xié)議都會(huì)有OSI七層模型。七層協(xié)議中從鏈路層開始，每一層都可以添加應(yīng)答機(jī)制。層級(jí)越低越接近硬件，應(yīng)答機(jī)制的響應(yīng)就越快。

OSI七層模型

我們還是以ZigBee的應(yīng)答機(jī)制為例。ZigBee的OSI模型，具有應(yīng)答機(jī)制的目前僅限MAC層（數(shù)據(jù)鏈路層）和APS層（傳輸層）。但是在實(shí)際應(yīng)用中，很多時(shí)候還會(huì)為應(yīng)用層添加應(yīng)答機(jī)制。MAC層的應(yīng)答是響應(yīng)最快的，也叫做MAC-ACK，通常都在ZigBee的無(wú)線收發(fā)單元中硬件自動(dòng)產(chǎn)生。接收端設(shè)備收到ZigBee數(shù)據(jù)幀后120微秒以廣播的方式發(fā)出來(lái)。同時(shí)MAC-ACK也是ZigBee中最短的幀，幀長(zhǎng)只有5字節(jié)，加上幀前導(dǎo)碼和同步幀累計(jì)11字節(jié)。按照Z(yǔ)igBee的250kbps傳輸速率每個(gè)字節(jié)需要32微秒，一個(gè)MAC-ACK幀的占空時(shí)間352微秒。也就意味著發(fā)送端在發(fā)送一個(gè)MAC幀后，會(huì)在120+352=472微秒后收到該MAC幀對(duì)應(yīng)的MAC-ACK。同樣ZigBee的MAC層也規(guī)定發(fā)送端如果在540微秒內(nèi)沒(méi)有收到對(duì)應(yīng)的MAC-ACK則認(rèn)為是丟包。

MAC-ACK采用廣播發(fā)送，首先可以減少M(fèi)AC-ACK幀中表示地址的字段，減少幀長(zhǎng)度，讓ACK幀占空時(shí)間更短，發(fā)送端可以根據(jù)MAC-ACK幀中的幀序號(hào)來(lái)判斷是否自己的MAC-ACK；其次MAC-ACK采用廣播的方式，也可以提醒其它的ZigBee設(shè)備自己正在通信，其它的ZigBee設(shè)備如果這個(gè)時(shí)候也在進(jìn)行載波偵聽，就能主動(dòng)避讓正在通信的設(shè)備。在ZigBee的MAC層，載波偵聽和MAC-ACK是雙管齊下，這樣能保證丟包檢測(cè)的準(zhǔn)確性。另外ZigBee的廣播消息是不會(huì)產(chǎn)生MAC-ACK的。

ZigBee參考模型

多元化的丟包檢測(cè)機(jī)制

ZigBee除了MAC層有應(yīng)答機(jī)制，傳輸層和應(yīng)用層也有應(yīng)答機(jī)制。ZigBee是一個(gè)多跳的Mesh網(wǎng)絡(luò)，而MAC層的傳輸只能滿足單跳傳輸，因此ZigBee在傳輸層也做了應(yīng)答，也叫做APS-ACK。ZigBee發(fā)送端把一個(gè)消息傳輸給ZigBee接收端，中間會(huì)經(jīng)過(guò)多個(gè)ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)。接收端收到消息后，會(huì)通過(guò)相同的路由路徑，把APS-ACK發(fā)給發(fā)送端，發(fā)送端收到APS-ACK就認(rèn)為發(fā)送消息到達(dá)了接收端。如果發(fā)送端在6秒（默認(rèn)值）后沒(méi)有收到APS-ACK則會(huì)認(rèn)為數(shù)據(jù)丟包。

ZigBee的系統(tǒng)中通常都只對(duì)應(yīng)用層開放接口，在應(yīng)用層開放的接口中最常見的就是一個(gè)叫做“AF Data Confirm”的檢測(cè)接口，它綜合了MAC層丟包（含MAC-ACK丟包和載波偵聽丟包）、網(wǎng)絡(luò)層丟包及傳輸層丟包等底層丟包信息。ZigBee的頂層應(yīng)用中可以知道當(dāng)前發(fā)送的消息是否丟包。

應(yīng)用層的應(yīng)答

MAC層和傳輸層的丟包檢測(cè)，都屬于系統(tǒng)層的丟包。還有一種丟包就是應(yīng)用層的丟包，比如一個(gè)調(diào)光開關(guān)給一個(gè)空調(diào)設(shè)備發(fā)了一條“把亮度調(diào)到50%”的指令。這條指令如果不丟包，會(huì)有什么結(jié)果？肯定是空調(diào)會(huì)去執(zhí)行“把亮度調(diào)到50%”，但是空調(diào)只有溫度沒(méi)有亮度，也就是說(shuō)這條指令發(fā)給了不該發(fā)的目標(biāo)。這個(gè)時(shí)候就需要應(yīng)用層的應(yīng)答來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。比如空調(diào)收到了“把亮度調(diào)到50%”后，可以向發(fā)送端回復(fù)應(yīng)用層應(yīng)答“看清楚我不是燈泡”。