水聲網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

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1、水聲網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議2018-03-0821:03:49科技傳播2018年4期海麗萍+王宏云摘要水聲網(wǎng)絡（UAN）-般由海底傳感器節(jié)點、自動化水下載體和作為網(wǎng)關向岸上基站提供無線電通信鏈路的水而基站連接組成。UAN研究領域的一個重耍難點是研究可以減小能量損耗和降低時間、空間和頻率對淺海信道傳輸信號影響的網(wǎng)絡協(xié)議。文章提出了淺海水聲網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,并對它進行了仿真。關鍵詞水聲網(wǎng)絡；數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議；Mac協(xié)議；Macaw協(xié)議中圖分類號TP3文獻標識碼A文章編號1674-6708（2018）205-0146-02在過去的幾十年里，水聲通信的研究和工程應用迅

2、速增長，過去主耍應用于軍事領域，現(xiàn)在己經(jīng)逐步擴展到了商業(yè)領域。水聲網(wǎng)絡（UAN）-般由海底傳感器節(jié)點、自動化水下載體和作為網(wǎng)關向岸上基站提供無線電通信鏈路的水面基站連接組成[1]oUAN研究領域的一個重要難點是研究岀可以減小能量損耗和降低時間、空間和頻率對淺海信道傳輸信號影響的網(wǎng)絡協(xié)議。本文提出了淺海水聲網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，并對它進行了仿真。1數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議UAN的設計通常以分層結構的形式來實現(xiàn)。這三層分級結構是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層。物理層主要負責通信通道中邏輯信息（比特0和1）到傳輸信號的轉變。在接收終端，物理層負責檢測出被噪聲干擾的信號和其他信道

3、的失真信號，并把信號轉換回邏輯比特。在網(wǎng)絡層屮選擇合適的通道即尋找從源節(jié)點到目標節(jié)點的路徑并開始信息交換。數(shù)據(jù)鏈路層主要有兩個功能：幀編碼和誤差糾正控制。幀編碼意味著定義一個包含信息頻率、位同步、源地址、U標地址以及其他控制信息的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議又被分為兩個子層：邏輯鏈路控制（LLC）協(xié)議和媒體訪問控制（MAC）協(xié)議。1.1邏輯鏈路控制協(xié)議在邏輯鏈路控制子層，我們通過執(zhí)行一個停止或等待白動重復檢索（ARQ）協(xié)議來檢測誤差和請求重傳錯誤幀。源節(jié)點A在發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)之前等待一個來口冃標節(jié)點B的回執(zhí)（ACK）o如果在預置暫停時間內(nèi)沒接收到回執(zhí)，A重傳這幀數(shù)

4、據(jù)。在數(shù)據(jù)幀來回傳播的時間段內(nèi)，信道保持空閑。在全雙工通信鏈路，如果節(jié)點A在等待ACK時連續(xù)傳送相同的數(shù)據(jù)幀，網(wǎng)絡吞吐量可以增大。節(jié)點A傳送數(shù)據(jù)幀到節(jié)點B。節(jié)點B只有在成功接收這幀數(shù)據(jù)后才會發(fā)送ACK幀，所以發(fā)送?幀數(shù)據(jù)的時延是:t產(chǎn)IJc（1）其中人是數(shù)據(jù)幀的長度，C是數(shù)據(jù)傳輸速度。(2)兩幀數(shù)拯成功發(fā)送的最小時延是:fT=tf+touc=Z/乜J當接收數(shù)據(jù)幀有錯課時，需要重新發(fā)送數(shù)據(jù)幀，因此實際延時絕對大于Tt。1.2媒介訪問控制子層數(shù)據(jù)鏈路層最關鍵的技術就是媒體訪問控制(MAC)。它的作用是平均分配存在竟爭和高吞吐量節(jié)點之間的信道資源。帶沖突避免的多

5、址接入(MACA)協(xié)議利用兩個叫做請求/發(fā)送(RTS)和清除/發(fā)送(CTS)的信號幀來檢測沖突。它是MAC子層的常用協(xié)議。當源節(jié)點A想要發(fā)送信息到目標節(jié)點B時，它會首先發(fā)出一個RTS命令。如果節(jié)點B收到RTS,它則會發(fā)送回一個CTS命令。如果節(jié)點A沒有在預定時間內(nèi)接收到CTS,它將重新發(fā)送RTS。只要節(jié)點A—收到CTS,它就立刻開始傳輸數(shù)據(jù)幀［2］。任何監(jiān)聽到CTS的其他節(jié)點將會延遲一個數(shù)據(jù)包長度的時間來避免沖突。MACAW協(xié)議是MACA協(xié)議的改良版，它提髙了UAN的性能和可靠性。1.2.1退避計數(shù)器的改進源節(jié)點發(fā)送攜帶退避計數(shù)器的數(shù)據(jù)幀，接收數(shù)據(jù)幀的冃標

6、節(jié)點復制退避計數(shù)器的值。在數(shù)據(jù)幀傳輸完成后，所有退避計數(shù)器的值都還原成最小值。同時，MACAW協(xié)議用乘法增加線性減少(MILD)算法來代替二進制指數(shù)算法。在MILD算法中，當數(shù)據(jù)幀每次發(fā)生沖突時，退避計數(shù)器將會線性增加1.5倍從x到Bomax,在傳輸成功后，退避計數(shù)器將會從1秒衰減到最小的BomaXo1.2.2監(jiān)控幀和ACK幀的增加在MACAW協(xié)議中，作為信道握于?的兩個節(jié)點之間發(fā)生交換，利用RT8-CTS-DS-DATA-ACK幀替代。DS幀用來確定暴舉節(jié)點和RTS-CTS握手成功與否。在單個信道中，暴露節(jié)點不能發(fā)送數(shù)據(jù)。當RTS-CTS在節(jié)點A和日標節(jié)

7、點B之間成功處理時，源節(jié)點A首先發(fā)送DS幀，然后節(jié)點A發(fā)送數(shù)據(jù)幀到B。除了BZ外接收到DS幀的其他節(jié)點是暴鉤節(jié)點，它們將延遲數(shù)據(jù)幀傳輸。如果暴踞節(jié)點監(jiān)聽到RTS幀而沒有監(jiān)聽到DS幀，那么RTS或者CTS將發(fā)生沖突，它將立刻發(fā)送數(shù)據(jù)，從而提高信道的利用率。如果節(jié)點A沒有收到節(jié)點B發(fā)送的CTS,它將在超時后轉播RTS。如果節(jié)點A—直沒有收到數(shù)據(jù)，則退避計數(shù)器值增加。如果節(jié)點A收到ACK,則退避計數(shù)器值減少。如果節(jié)點A收到CTS,則退避計數(shù)器值不變。MACAW協(xié)議的主要優(yōu)勢是通過添加D8幀部分解決隱藏節(jié)點和暴露節(jié)點問題并一目?減少了數(shù)據(jù)幀之間的沖突。在信道誤碼率

8、較高的情況下，加入ACK幀可以増加網(wǎng)絡喬吐量。MILD退避算法提升