VDLMode4中改进的长传输协议

中国科技论袞在线http: ww paper, edu cnVDLMode 4中改进的长传输协议】李献昌，刘凯，张军北京航空航天大学电子信息工程学院，北京( 100083 )E-mail： hx1anclumgee bT.2a edu cn摘 要：本文为Mode 4提出了一种改进的长传输协议，包括绑定发送和重传两种机制. 在绑定发送机制中，控制报文与已有预约时隙的报文(DATA、CTS和ACK报文)绑定发 送，这样可以减少RTS报文的碰扌住，降低控制开销，提高成功预约发送时隙的概率.在重 传机制中，当收方在预约时隙中没有收到DATA报文时，它将在最初为ACK/NACK报文预 约的时隙中向发方发送CTS报文，重新为DATA和ACK报文预约时隙，从而避免了 RTS 报文的重传，减小了 DATA报文的时延.仿真结果表明，与原协议相比，改进的长传输协 议可以提供校高的信道吞吐董以及较低的平均报文时延、平均报文碰扌盘率和控制开销.关械词：VDLMode4;长传输协议；绑定发送；重传#中国科技论袞在线http: ww paper, edu cn#中国科技论袞在线http: ww paper, edu cn引言现冇航空通信技术中，庚高频数据链 (VHF Digital Link, VDL)与高频数据链 (HF Digital Link)相比H旳数据传送速率 人的特点，与超髙频数据链(UHF Digital Link)柑比只旳通信距离远的优势，因此它 在军航和民航系统中获得了广泛应用。目前 C经提出了四种模式的庚高频数据链。其 中,VDL Mode 4采用自组织时分多址 (S-TDMA)信道接入机制，可以提供广播 式门动相关监视(ADSB)以及空空、空地 数据通信，而貝它三种模式只提供空地数 据通信。由J ATL Mode 4具有高度的自组 织特性，使得由该模式组成的数据链网络是 新航行系统(通信、导航、监视/空中交通 管理，CNS/ATM)的整体解决方案Z。VDL Mode 4提供了短传输和长传输两 种点到点通信协议卩】。短传输协议采用数据 确认(DATA-ACK)的-次握于机制进彳j嗷 据通倍，适合传送较小的数据报文。氏传输 协议采用发送请求清除请求数据确认 (RTS-CTS-DATA-ACK)的两次握于机制 保证数据的可獄传输，适合传送较人的数据 报文。在长传输协议中，RTS报文以随机方 式发送，因此不同节点发送的RTS报文发生 碰抓是不町避免的，这将引发RTS报文的取 传，造成DATA报文的延迟发送和信道资源 的浪费。为了解决RTS报文碰撞引发的系统传 输效率降低的问题，本文提出了一种改进的 长传输协议。改进的协议将RTS报文捎带 在己冇预约时隙的报文(DATA、CTS和 ACK报文)中发送，这样可以降低RTS报 文的碰撞率，减小DATA报文时延。此外， 当收方在预约时隙中没有收到DATA报文 时，它将在最初为ACK/NACK报文预约的 时隙屮向发方发送CTS报文，巫新为DATA 和ACK报文预约时隙，从而避免了 RTS报 文的璽传，减小了 DATA报文的时延。本文其余乞部分的安扌*如卜：第一部分 介绍了原冇长传输协议：第二部分提出了改 进的长传输协议，啦点描述了 RTS报文的 绑定发送机制和新的币:传机制：第三部分仿 真比校r改进协议和原协议；第艸部分总结 了全文。1长传输协议1.1数据发送过程1本课題得到国家|1然科学基金(No. 10377005： No. 10577005)的资助。 1长传输协议同IEEE 802.11分布式协调 功能(DCF)相似歎如图1所示，当某站 点有数据包(DATA报文)发送时，它首先 以随机接入的方式将包含单向请求预约的 RTS报文发送给| |的站点。单向请求预约为 U的站点的回复预约了一个时隙，时隙预约 过程如图2所示U的站点收到RTS报文之 后，将在源站点为K预约的时隙内发送包倉信息传输请求预约的CTS报文。信息传输请 求预约为源站点、的DATA报文发送以及H的 站点收到DATA报文后回复的ACK报文预约 了时隙，时隙预约过程如图3所示。源站点 收到CTS报文之后，会在预约的时隙内发送 DATA报文。如果忖的站点在预约时隙中收 到源站点发送的DATA报文，它将在原先预 约的ACK时隙中发送ACK报文告知源站点 DATA报文接收成功，否则在该时隙中发送 NACK报文告知源站点DATA报文接收失 败。如果在预约的ACK时隙中接收到H的站 点发送的ACK报文，源站点将发送卜一 DATA报文。如果在该时隙中收到NACK报 文，源站点将利用长传输过程重传上一 DATA报文。1.2重传机制在上述过程屮，如果源站点发送的RTS 报文与其它站点发送的RTS报文发生碰撞, 那么在预约时隙内它将接收不到LI的站点 的CTS回复。此时，源站点将等待&秒后 重传碰撞的RTS报文，等待时间M为：t = Q5BUB + mm (U(x), Q5nux)(1)其中,上式中,U(x)是0和x间均匀分 布的随机数,x由Q5& (Q5expretrans ) Ml / (Ml+l)-u)确定,Ml为一帧中总时隙个数, u为前一帧内占用时隙的个数,retrans为报文 已巫传次数,(35皿为故小等待时间，Q5g为 最大等待时间，Q5&为倍乘参数,(35呵为 指数参数。如果乘传次数超过QSng (最人朿传次 数)或等待冋复时间超过(最长等待 回复时间),源站点将放弃重传RTS报文, 并放弃传送DATA报文。发 1XRTS按收CTS1JZDATA托收RTSWiZCTS住打DATAACK松收ACK以険机方式发IX以4向诡求fL Mode 4提出了 种改进的 长传输协议。该协议将控制报文与已仃预约 时隙的报文绑定发送，从而降低了 RTS报 文的碰撞率，减小了 DATA报文的等待发送 时间，此外，该协议还采用了新的重传机制, 该机制减少了 RTS、CTS报文的传输次数以 及DATA报文的排队等待时虬仿真结來农 明，与原协议相比，改进的氏传输协议明显 改善了协议的多址性能。参考文献1 S. Bretmersky, VK Konangi. R J. Kerczewski, Comparison of QL modes in the aeronautical teleconmninications network： IEEE Aerospace Conference Pioceedings, 2002, pp. 1183-1190.2 ETSI EN 301 8421(V1.1.1). Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); HF air-groiind Data Link (VDL) Mode 4 radio equipment; Technical charactenstics and methods of measurement for ground-based equipment; Pan 1: General description and physical layer*, ETSI 2002.1.3 Manual on VHF Digital Link (VDL) Mode 4. ICAO Standard (Doc 9816, AN 448)、First Edition. 20044 Chonggang Wimg、Bo Li. Lemin Lt A new collision resolution mecliamsm to enhance the performance of IEEE 802.11 DCF； IEEE Transactions on elucular Technology, 4, pp. 1235-1246. 2004.VDL Mode 4 Co-Site Interference Scenarios (v2 0) EUROCONTROL. 2005.-5-中国ffiSKiexE线http: ww paper, edu cn-#-中国ffiSKiexE线http: ww paper, edu cnAn Improved Long Transmission Protocol for VDL Mode 4Li Xianchang, Liu Kai. Zhang JunSchool of Electromcs and Information Engineering, Beihang University, Beijing (100083)AbstractAn improved long transmission protocol for very high frequency (VHF) digital link (VDL) Mode 4 is proposed, wluch includes a combined transmission scheme and a new retransmission mechanism In the combined transmission scheme, control messages can be piggybacked in conflict-free message (DATA, CTS and ACK bursts) transmission, and thus reduces the collisions of RTS bursts and control overhead. and increases the rate of successfolly reserving transmission slots. In the proposed retransmission mechanism, if destination station does not receive DATA burst at reserved slots, it will send a CTS burst in tlie slot initially reserved for ACK/NACK burst. The CTS burst reserves new slots for the DATA, burst and subsequent ACK burst, so that the retransmission of RTS bursts can be avoided and the delay of DATA bursts can be reduced. Simulation results show that the unproved long transmission protocol can greatly increase channel tlirougliput, and reduce a erage message delay, average message collision rate and control overhead.Keywords: VDL Mode 4; long transmission protocol; combined transmission; retransmission作者简介：李献昌（1981年11丿16生），男河南宝丰人 I専七生研究方向：自组织时分多址数据 链、移动Ad Hoc网络、无线接入：刘凯，竖1973年月生F甘肃酒泉,博士,北京航空航天大学副教授,主要研究领域为无 线个人通信、移动AdHoc网络.无线传感器网络和夭空地一体化网络：张军，!, 1965年7月生J安徵合肥博士，北京航空航大人学教授、博士生导师，主耍研 究领域为航空电信网、天空地-体化网络、空中交通管理和卫星通信导航等。-#-