流星余迹通信中混合自动请求重传机制的网络时延性能分析

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1、流星余迹通信中混合自动请求重传机制的网络时延性能分析　　摘要：针对流星余迹通信系统建模仿真过程中，由混合自动请求重传（HARQ）机制引起的网络时延问题，提出基于HARQ的传输时延估算模型。首先，结合流星余迹通信的网络结构和信道特征，通过分析HARQ的基本原理，建立了流星余迹通信中HARQ的网络时延模型；然后利用排队论的相关理论，引入HARQ的改进机制，提出了Ⅰ型HARQ和Ⅱ型HARQ的传输时延估算模型；最后，通过仿真实验对两种HARQ的传输时延性能进行了对比分析，在改变分组传输正确率和分组时间长度的条件下，Ⅱ型HAR

2、Q的传输时延均比Ⅰ型HARQ小。实验结果表明：流星余迹通信中Ⅱ型HARQ比Ⅰ型HARQ具有更好的网络时延性能。　　关键词：流星余迹通信；网络结构；混合自动请求重传；时延模型；排队论　　中图分类号：TP391.9　　文献标志码：A　　文章编号：1001-9081（2016）11-3039-05　　0引言11　　流星余迹通信作为最低限度应急通信保障的一种有效手段，在通信领域中占有重要地位。流星余迹信道突发性强、通信距离远、传输速率低，而且信道具有时变衰落特性[1]，这使得数据传输变得不可靠。在对流星余迹通信系统进行仿真的

3、过程中，如何采用合适的传输机制以保证通信链路中的可靠传输，同时最大化传输效率，减少传输时延，是值得深入研究的一个问题。　　自动请求重传（AutomaticRepeatRequest，ARQ）机制是被广泛应用于无线通信领域的差错控制技术[2]。近年来，将前向纠错控制（ForwardErrorCorrection，FEC）机制与ARQ结合起来的混合自动请求重传（HybridAutomaticRepeatRequest，HARQ）技术得到了广泛研究[3]，并被应用于流星余迹通信系统，极大地提高了流星余迹通信的可靠性和传输效

4、率。研究流星余迹通信系统的时延性能，一个重要的方面就是分析HARQ传输机制对时延性能的影响。　　目前，国内外对流星余迹通信中HARQ机制的研究[4-5]不够充分，尤其是关于网络时延性能的研究很少。文献[6-7]分别对流星余迹通信中Ⅰ型HARQ和Ⅱ型HARQ的性能进行了仿真研究，并从吞吐量、重传率、重传次数、信道利用率等方面进行了对比分析，但没有涉及两种机制下的网络时延性能。文献[8]研究了基本ARQ技术的时延性能，并进行了建模仿真，但研究结果未必适应HARQ机制的特点，而且没有在流星余迹通信的背景下进行研究，缺乏适用

5、性。　　本文结合流星余迹通信系统的网络结构以及HARQ传输机制的特点，提出了流星余迹通信中HARQ机制的网络时延模型，立足于单条链路上的数据传输过程，利用排队论的相关理论，建立了基于Ⅰ型HARQ的传输时延估算模型，并引入Ⅱ型HARQ的改进机制，进而提出了基于Ⅱ11型HARQ的传输时延估算模型，最后通过仿真对两种HARQ的传输时延性能进行了对比分析。　　1流星余迹通信系统　　1.1流星余迹通信系统的网络模型　　一个最基本的流星余迹通信结构由一个主站和一个从站组成，流星余迹通信网络可由许多这样点到点的通信结构组成。主从站

6、之间通信通常采用半双工工作方式，而主站之间通信采用全双工工作方式。根据国内外研究现状，流星余迹通信系统的网络拓扑结构一般包括：单主站星型拓扑结构、多主站环型拓扑结构、树形拓扑结构和混合型拓扑结构[9]。　　单主站星型拓扑结构是流星余迹通信系统最常见的网络结构，由一个中心节点和多个子节点构成，中心节点是整个网路的核心，子节点只能与中心节点通信。多主站环型拓扑结构中，主站以环形结构相联，各主站以星型结构与若干从站相联，主站节点通过点到点的链路首尾相联形成一个闭合的环，子节点之间的信息传递必须先经过环形结构。树型拓扑结构是

7、一种层次结构，通常由一个控制级联多个主站构成主干网，节点按层次联接，信息交换主要在上下节点之间进行，相邻节点或同层节点之间一般不进行数据交换。混合型拓扑结构则是两种或两种以上的拓扑结构同时使用。　　综合考虑各种流星余迹网络拓扑、通信方式的优缺点，同时结合项目要求，本文所涉及的流星余迹通信系统网络模型设计如图1所示。11　　本网络结构模型由4个星型网络相互联接构成，每个星型网络由1个主站和4个从站组成，主站与从站可以直接通信，从站之间不能直接通信，必须通过主站实现与其他从站之间的通信。主站与从站之间的通信方式为无线通信

8、，通信信道采用流星余迹信道，主站之间的通信方式为有线通信。各星型网通过主站之间的互联实现网间通信。　　1.2流星余迹通信网络的差错控制要求　　首先简要介绍一下流星余迹信道的典型特征。流星余迹信道依赖于流星的突发性而产生，具有明显的间断性和瞬时性[1]。以欠密类流星余迹为例，其发生过程时间极短，通常在几百毫秒到1秒之间；且信道信道时变性强，变化规