衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)以其易部署、易安裝以及優(yōu)良的覆蓋能力得到廣泛的應(yīng)用。作為地面通信網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)必將越來(lái)越多地發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)易受環(huán)境因素的影響，在環(huán)境條件較為惡劣的情況下，鏈路會(huì)呈現(xiàn)出較高的誤碼率，重傳性能下降,為此如何在較高誤碼率環(huán)境下提高衛(wèi)星信道的效率，成為學(xué)者們近年來(lái)研究的熱點(diǎn)[1-4]。
　前向糾錯(cuò)和反饋重傳以及二者的混合是數(shù)據(jù)鏈路層提供可靠傳輸?shù)闹匾夹g(shù)，其中反饋重傳中的SR ARQ(Selective-Repeat ARQ)技術(shù)以其具有高的可靠性和傳輸控制能力得到人們的青睞，特別是在無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中。
　盡管許多文獻(xiàn)對(duì)SR協(xié)議進(jìn)行了分析，但是分析不夠全面[1-5]不能反應(yīng)SR協(xié)議的運(yùn)行，比如模型中沒(méi)有考慮窗口大小、發(fā)送速率的影響。為此本文首先建立了衛(wèi)星鏈路上SR協(xié)議運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，以此為基礎(chǔ)，分析了SR協(xié)議在衛(wèi)星鏈路上的性能。仿真結(jié)果表明，模型具有較好的特性。
1 SR協(xié)議運(yùn)行概述
　SR協(xié)議的運(yùn)行過(guò)程描述如下[6-7]：
　(1)發(fā)送者按照安排在窗口中的幀編號(hào)，以從小到大的順序連續(xù)地發(fā)送幀，每發(fā)送一幀就將其置入發(fā)送緩沖器隊(duì)列。每收到一個(gè)ACKi響應(yīng)，就從發(fā)送窗口中刪除該幀，同時(shí)使窗口向前移動(dòng)，從而使窗口外等待發(fā)送的幀落入窗口中，繼續(xù)參與后續(xù)幀的發(fā)送，窗口的大小和發(fā)送緩沖器隊(duì)列的大小均為W/2。
　(2)接收者每收到一個(gè)幀，就與窗口中期待的幀編號(hào)進(jìn)行比較，如果一致就對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，若無(wú)錯(cuò)，則將該幀提交給上層處理，準(zhǔn)備后續(xù)幀的接收，并向發(fā)送方發(fā)送一個(gè)ACKi響應(yīng)；若有錯(cuò)，則向發(fā)送方發(fā)送一個(gè)NAKi響應(yīng)，請(qǐng)求重傳出錯(cuò)的幀。如果不一致則丟棄接收到的幀，并將后續(xù)接收到的幀存入接收緩沖區(qū)隊(duì)列。接收者的窗口大小和接收緩沖區(qū)隊(duì)列大小均為W/2。
　(3)如果發(fā)送者收到其窗口中某個(gè)幀的否定應(yīng)答信息，即NAKi響應(yīng)，無(wú)論當(dāng)前已發(fā)送到那個(gè)幀，都要重發(fā)該幀。
　(4)為了能夠使發(fā)送者對(duì)已發(fā)送幀做出及時(shí)處理，提高發(fā)送者資源的利用率，發(fā)送者給每一個(gè)已發(fā)送但還未收到應(yīng)答信息的幀設(shè)置了超時(shí)計(jì)時(shí)器，以防止應(yīng)答幀丟失，而致使發(fā)送者長(zhǎng)期等待，造成資源的浪費(fèi)。當(dāng)某幀的超時(shí)計(jì)時(shí)器發(fā)生超時(shí)，則重發(fā)超時(shí)幀。
　(5)為防止發(fā)送者無(wú)限期重發(fā)出錯(cuò)的幀，發(fā)送者還設(shè)置了重發(fā)計(jì)數(shù)器，其目的是防止接收者在宕機(jī)或其他不可避免的災(zāi)難時(shí)造成發(fā)送者資源的浪費(fèi)。
2 衛(wèi)星鏈路SR協(xié)議性能建模
　在沒(méi)有幀重傳的情況下，發(fā)送者每發(fā)送一幀，就能在其期望的下一時(shí)刻得到一個(gè)ACKi，從而使后續(xù)幀連續(xù)不斷地發(fā)送。但是，這種狀態(tài)在衛(wèi)星鏈路上幾乎是不可能的，為此設(shè)計(jì)了圖1所示的SR傳輸模型，并以此模型為基礎(chǔ)來(lái)分析衛(wèi)星鏈路的傳輸性能。
　圖1中，tp為傳播時(shí)延，tf為發(fā)送時(shí)延，Wtf是幀滿窗口時(shí)的發(fā)送時(shí)延，tpr為幀的處理時(shí)延。

　假設(shè)幀長(zhǎng)為l，有效數(shù)據(jù)位長(zhǎng)為n，H為幀頭長(zhǎng)，幀發(fā)送速率為r，pe為誤比特率，pf為誤幀率，p為幀重傳的概率，tav為成功傳輸一個(gè)幀的平均傳輸時(shí)間，U為信道的利用率，D為平均傳播時(shí)延，N為退后幀的個(gè)數(shù)，則
幀發(fā)送時(shí)延tf為：

  
   
    從上述的數(shù)字結(jié)果來(lái)看，當(dāng)幀長(zhǎng)增大時(shí)，信道的利用率增大，但隨之幀的平均傳播時(shí)延也同時(shí)增大。
3.2 仿真分析
　利用Matlab仿真工具來(lái)驗(yàn)證模型的正確性。下面各仿真結(jié)果中，窗口的大小均為127，誤碼率為0.000 01。
　當(dāng)速率為9 600 b/s時(shí)，幀長(zhǎng)與信道利用率的關(guān)系，如圖2所示。從圖2可以看出，信道的利用率隨著幀長(zhǎng)的增大而增大。

    在位誤碼率不同的情況下，幀長(zhǎng)與幀傳輸延時(shí)的關(guān)系如圖3所示。從圖3可以看出，位誤碼率越大，幀的傳輸延時(shí)越大，當(dāng)位誤碼率小于0.000 01或更小時(shí)，幀的傳輸延時(shí)幾乎接近衛(wèi)星鏈路的傳播延時(shí)。

    當(dāng)速率不同時(shí)，幀長(zhǎng)與幀的傳播時(shí)延的關(guān)系如圖4所示。從圖4可以看出，不論信道的速率如何，幀的傳播時(shí)延都隨著幀長(zhǎng)的增大而增大,但速率越大時(shí)延越小。

    SR協(xié)議在數(shù)據(jù)鏈路層占有重要的地位，由于其具有較高的傳輸能力和較高的錯(cuò)誤控制能力而得到廣泛的應(yīng)用。本文以SR協(xié)議的運(yùn)行原理為基礎(chǔ)，建立了SR協(xié)議分析的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了衛(wèi)星鏈路上模型的合理性。由于模型是在SR協(xié)議的運(yùn)行原理上建立的，對(duì)于陸地鏈路也是適合的，因此模型具有廣泛的應(yīng)用，同時(shí)會(huì)對(duì)協(xié)議的改進(jìn)和優(yōu)化起到積極的作用。
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