水声网络数据链路层协议

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1、水声网络数据链路层协议2018-03-0821:03:49科技传播2018年4期海丽萍+王宏云摘要水声网络（UAN）-般由海底传感器节点、自动化水下载体和作为网关向岸上基站提供无线电通信链路的水而基站连接组成。UAN研究领域的一个重耍难点是研究可以减小能量损耗和降低时间、空间和频率对浅海信道传输信号影响的网络协议。文章提出了浅海水声网络数据链路层协议,并对它进行了仿真。关键词水声网络；数据链路层协议；Mac协议；Macaw协议中图分类号TP3文獻标识码A文章编号1674-6708（2018）205-0146-02在过去的几十年里，水声通信的研究和工程应用迅

2、速增长，过去主耍应用于军事领域，现在己经逐步扩展到了商业领域。水声网络（UAN）-般由海底传感器节点、自动化水下载体和作为网关向岸上基站提供无线电通信链路的水面基站连接组成[1]oUAN研究领域的一个重要难点是研究岀可以减小能量损耗和降低时间、空间和频率对浅海信道传输信号影响的网络协议。本文提出了浅海水声网络数据链路层协议，并对它进行了仿真。1数据链路层协议UAN的设计通常以分层结构的形式来实现。这三层分级结构是物理层、数据链路层和网络层。物理层主要负责通信通道中逻辑信息（比特0和1）到传输信号的转变。在接收终端，物理层负责检测出被噪声干扰的信号和其他信道

3、的失真信号，并把信号转换回逻辑比特。在网络层屮选择合适的通道即寻找从源节点到目标节点的路径并开始信息交换。数据链路层主要有两个功能：帧编码和误差纠正控制。帧编码意味着定义一个包含信息频率、位同步、源地址、U标地址以及其他控制信息的数据包。数据链路层协议又被分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）协议和媒体访问控制（MAC）协议。1.1逻辑链路控制协议在逻辑链路控制子层，我们通过执行一个停止或等待白动重复检索（ARQ）协议来检测误差和请求重传错误帧。源节点A在发送下一帧数据之前等待一个來口冃标节点B的回执（ACK）o如果在预置暂停时间内没接收到回执，A重传这帧数

4、据。在数据帧来回传播的时间段内，信道保持空闲。在全双工通信链路，如果节点A在等待ACK时连续传送相同的数据帧，网络吞吐量可以增大。节点A传送数据帧到节点B。节点B只有在成功接收这帧数据后才会发送ACK帧，所以发送・帧数据的时延是:t产IJc（1）其中人是数据帧的长度，C是数据传输速度。(2)两帧数拯成功发送的最小时延是:fT=tf+touc=Z/乜J当接收数据帧有错课时，需要重新发送数据帧，因此实际延时绝对大于Tt。1.2媒介访问控制子层数据链路层最关键的技术就是媒体访问控制(MAC)。它的作用是平均分配存在竟争和高吞吐量节点之间的信道资源。带冲突避免的多

5、址接入(MACA)协议利用两个叫做请求/发送(RTS)和清除/发送(CTS)的信号帧来检测冲突。它是MAC子层的常用协议。当源节点A想要发送信息到目标节点B时，它会首先发出一个RTS命令。如果节点B收到RTS,它则会发送回一个CTS命令。如果节点A没有在预定时间内接收到CTS,它将重新发送RTS。只要节点A—收到CTS,它就立刻开始传输数据帧［2］。任何监听到CTS的其他节点将会延迟一个数据包长度的时间来避免冲突。MACAW协议是MACA协议的改良版，它提髙了UAN的性能和可靠性。1.2.1退避计数器的改进源节点发送携带退避计数器的数据帧，接收数据帧的冃标

6、节点复制退避计数器的值。在数据帧传输完成后，所有退避计数器的值都还原成最小值。同时，MACAW协议用乘法增加线性减少(MILD)算法来代替二进制指数算法。在MILD算法中，当数据帧每次发生冲突时，退避计数器将会线性增加1.5倍从x到Bomax,在传输成功后，退避计数器将会从1秒衰减到最小的BomaXo1.2.2监控帧和ACK帧的增加在MACAW协议中，作为信道握于•的两个节点之间发生交换，利用RT8-CTS-DS-DATA-ACK帧替代。DS帧用来确定暴舉节点和RTS-CTS握手成功与否。在单个信道中，暴露节点不能发送数据。当RTS-CTS在节点A和日标节

7、点B之间成功处理时，源节点A首先发送DS帧，然后节点A发送数据帧到B。除了BZ外接收到DS帧的其他节点是暴鉤节点，它们将延迟数据帧传输。如果暴踞节点监听到RTS帧而没有监听到DS帧，那么RTS或者CTS将发生冲突，它将立刻发送数据，从而提高信道的利用率。如果节点A没有收到节点B发送的CTS,它将在超时后转播RTS。如果节点A—直没有收到数据，则退避计数器值增加。如果节点A收到ACK,则退避计数器值减少。如果节点A收到CTS,则退避计数器值不变。MACAW协议的主要优势是通过添加D8帧部分解决隐藏节点和暴露节点问题并一目•减少了数据帧之间的冲突。在信道误码率

8、较高的情况下，加入ACK帧可以増加网络乔吐量。MILD退避算法提升