丟包重傳是數據通信應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：載波監聽和應答機制。

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載波偵聽

載波偵聽是一種常見的丟包檢測方法，而在載波偵聽基礎之上又發展出CSMA/CA。CSMA/CA也可以看做一種重傳機制，我們經常使用的Wi-Fi和ZigBee就采用了這種機制。通信設備在發送消息前，會打開接收并維持一段很短的時間。在這個很短的時間內，無線單元會檢測同頻段是否有其它的干擾信號，例如ZigBee設備在做載波偵聽時，既要檢測是否有Wi-Fi、藍牙在發射信號，又會檢測是否有其它的ZigBee在發射信號。如果干擾信號來自Wi-Fi或者藍牙，ZigBee設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設備在載波偵聽時如果遇到其它的ZigBee設備，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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應答機制

判斷丟包的另一個方法是增加應答機制，通常通信協議都會有OSI七層模型。七層協議中從鏈路層開始，每一層都可以添加應答機制。層級越低越接近硬件，應答機制的響應就越快。

OSI七層模型

我們還是以ZigBee的應答機制為例。ZigBee的OSI模型，具有應答機制的目前僅限MAC層（數據鏈路層）和APS層（傳輸層）。但是在實際應用中，很多時候還會為應用層添加應答機制。MAC層的應答是響應最快的，也叫做MAC-ACK，通常都在ZigBee的無線收發單元中硬件自動產生。接收端設備收到ZigBee數據幀后120微秒以廣播的方式發出來。同時MAC-ACK也是ZigBee中最短的幀，幀長只有5字節，加上幀前導碼和同步幀累計11字節。按照ZigBee的250kbps傳輸速率每個字節需要32微秒，一個MAC-ACK幀的占空時間352微秒。也就意味著發送端在發送一個MAC幀后，會在120+352=472微秒后收到該MAC幀對應的MAC-ACK。同樣ZigBee的MAC層也規定發送端如果在540微秒內沒有收到對應的MAC-ACK則認為是丟包。

MAC-ACK采用廣播發送，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，發送端可以根據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設備自己正在通信，其它的ZigBee設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層有應答機制，傳輸層和應用層也有應答機制。ZigBee是一個多跳的Mesh網絡，而MAC層的傳輸只能滿足單跳傳輸，因此ZigBee在傳輸層也做了應答，也叫做APS-ACK。ZigBee發送端把一個消息傳輸給ZigBee接收端，中間會經過多個ZigBee路由器節點的轉發。接收端收到消息后，會通過相同的路由路徑，把APS-ACK發給發送端，發送端收到APS-ACK就認為發送消息到達了接收端。如果發送端在6秒（默認值）后沒有收到APS-ACK則會認為數據丟包。

ZigBee的系統中通常都只對應用層開放接口，在應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）、網絡層丟包及傳輸層丟包等底層丟包信息。ZigBee的頂層應用中可以知道當前發送的消息是否丟包。

應用層的應答

MAC層和傳輸層的丟包檢測，都屬于系統層的丟包。還有一種丟包就是應用層的丟包，比如一個調光開關給一個空調設備發了一條“把亮度調到50%”的指令。這條指令如果不丟包，會有什么結果？肯定是空調會去執行“把亮度調到50%”，但是空調只有溫度沒有亮度，也就是說這條指令發給了不該發的目標。這個時候就需要應用層的應答來解決這個問題。比如空調收到了“把亮度調到50%”后，可以向發送端回復應用層應答“看清楚我不是燈泡”。