如何檢測丟包？常用這兩種方式

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

如何檢測丟包？

要想丟包重傳，首先必須得檢測到丟包，沒有丟包就沒有重傳。在無線通信中，對于丟包的檢測通常有兩種方式：載波監(jiān)聽和應(yīng)答機制。

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載波偵聽

載波偵聽是一種常見的丟包檢測方法，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制，我們經(jīng)常使用的Wi-Fi和ZigBee就采用了這種機制。通信設(shè)備在發(fā)送消息前，會打開接收并維持一段很短的時間。在這個很短的時間內(nèi)，無線單元會檢測同頻段是否有其它的干擾信號，例如ZigBee設(shè)備在做載波偵聽時，既要檢測是否有Wi-Fi、藍牙在發(fā)射信號，又會檢測是否有其它的ZigBee在發(fā)射信號。如果干擾信號來自Wi-Fi或者藍牙，ZigBee設(shè)備會測量它的功率有沒有自己大，功率沒自己大就壓過去，功率比自己大就果斷丟包；而ZigBee設(shè)備在載波偵聽時如果遇到其它的ZigBee設(shè)備，不管對方功率是否比自己大，都會主動丟包，即讓別人先走。

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應(yīng)答機制

判斷丟包的另一個方法是增加應(yīng)答機制，通常通信協(xié)議都會有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)答機制。層級越低越接近硬件，應(yīng)答機制的響應(yīng)就越快。

OSI七層模型

我們還是以ZigBee的應(yīng)答機制為例。ZigBee的OSI模型，具有應(yīng)答機制的目前僅限MAC層（數(shù)據(jù)鏈路層）和APS層（傳輸層）。但是在實際應(yīng)用中，很多時候還會為應(yīng)用層添加應(yīng)答機制。MAC層的應(yīng)答是響應(yīng)最快的，也叫做MAC-ACK，通常都在ZigBee的無線收發(fā)單元中硬件自動產(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。同時MAC-ACK也是ZigBee中最短的幀，幀長只有5字節(jié)，加上幀前導碼和同步幀累計11字節(jié)。按照ZigBee的250kbps傳輸速率每個字節(jié)需要32微秒，一個MAC-ACK幀的占空時間352微秒。也就意味著發(fā)送端在發(fā)送一個MAC幀后，會在120+352=472微秒后收到該MAC幀對應(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)沒有收到對應(yīng)的MAC-ACK則認為是丟包。

MAC-ACK采用廣播發(fā)送，首先可以減少MAC-ACK幀中表示地址的字段，減少幀長度，讓ACK幀占空時間更短，發(fā)送端可以根據(jù)MAC-ACK幀中的幀序號來判斷是否自己的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)備如果這個時候也在進行載波偵聽，就能主動避讓正在通信的設(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的準確性。另外ZigBee的廣播消息是不會產(chǎn)生MAC-ACK的。

ZigBee參考模型

多元化的丟包檢測機制

ZigBee除了MAC層有應(yīng)答機制，傳輸層和應(yīng)用層也有應(yīng)答機制。ZigBee是一個多跳的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)送端把一個消息傳輸給ZigBee接收端，中間會經(jīng)過多個ZigBee路由器節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)。接收端收到消息后，會通過相同的路由路徑，把APS-ACK發(fā)給發(fā)送端，發(fā)送端收到APS-ACK就認為發(fā)送消息到達了接收端。如果發(fā)送端在6秒（默認值）后沒有收到APS-ACK則會認為數(shù)據(jù)丟包。

ZigBee的系統(tǒng)中通常都只對應(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叫做“AF Data Confirm”的檢測接口，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，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，比如一個調(diào)光開關(guān)給一個空調(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，會有什么結(jié)果？肯定是空調(diào)會去執(zhí)行“把亮度調(diào)到50%”，但是空調(diào)只有溫度沒有亮度，也就是說這條指令發(fā)給了不該發(fā)的目標。這個時候就需要應(yīng)用層的應(yīng)答來解決這個問題。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”。