衛星通信網絡以其易部署、易安裝以及優良的覆蓋能力得到廣泛的應用。作為地面通信網絡的重要補充，衛星通信網絡必將越來越多地發揮其獨特的優勢。然而衛星通信網絡易受環境因素的影響，在環境條件較為惡劣的情況下，鏈路會呈現出較高的誤碼率，重傳性能下降,為此如何在較高誤碼率環境下提高衛星信道的效率，成為學者們近年來研究的熱點[1-4]。
　前向糾錯和反饋重傳以及二者的混合是數據鏈路層提供可靠傳輸的重要技術，其中反饋重傳中的SR ARQ(Selective-Repeat ARQ)技術以其具有高的可靠性和傳輸控制能力得到人們的青睞，特別是在無線數據通信系統中。
　盡管許多文獻對SR協議進行了分析，但是分析不夠全面[1-5]不能反應SR協議的運行，比如模型中沒有考慮窗口大小、發送速率的影響。為此本文首先建立了衛星鏈路上SR協議運行的數學模型，以此為基礎，分析了SR協議在衛星鏈路上的性能。仿真結果表明，模型具有較好的特性。
1 SR協議運行概述
　SR協議的運行過程描述如下[6-7]：
　(1)發送者按照安排在窗口中的幀編號，以從小到大的順序連續地發送幀，每發送一幀就將其置入發送緩沖器隊列。每收到一個ACKi響應，就從發送窗口中刪除該幀，同時使窗口向前移動，從而使窗口外等待發送的幀落入窗口中，繼續參與后續幀的發送，窗口的大小和發送緩沖器隊列的大小均為W/2。
　(2)接收者每收到一個幀，就與窗口中期待的幀編號進行比較，如果一致就對其進行檢驗，若無錯，則將該幀提交給上層處理，準備后續幀的接收，并向發送方發送一個ACKi響應；若有錯，則向發送方發送一個NAKi響應，請求重傳出錯的幀。如果不一致則丟棄接收到的幀，并將后續接收到的幀存入接收緩沖區隊列。接收者的窗口大小和接收緩沖區隊列大小均為W/2。
　(3)如果發送者收到其窗口中某個幀的否定應答信息，即NAKi響應，無論當前已發送到那個幀，都要重發該幀。
　(4)為了能夠使發送者對已發送幀做出及時處理，提高發送者資源的利用率，發送者給每一個已發送但還未收到應答信息的幀設置了超時計時器，以防止應答幀丟失，而致使發送者長期等待，造成資源的浪費。當某幀的超時計時器發生超時，則重發超時幀。
　(5)為防止發送者無限期重發出錯的幀，發送者還設置了重發計數器，其目的是防止接收者在宕機或其他不可避免的災難時造成發送者資源的浪費。
2 衛星鏈路SR協議性能建模
　在沒有幀重傳的情況下，發送者每發送一幀，就能在其期望的下一時刻得到一個ACKi，從而使后續幀連續不斷地發送。但是，這種狀態在衛星鏈路上幾乎是不可能的，為此設計了圖1所示的SR傳輸模型，并以此模型為基礎來分析衛星鏈路的傳輸性能。
　圖1中，tp為傳播時延，tf為發送時延，Wtf是幀滿窗口時的發送時延，tpr為幀的處理時延。

　假設幀長為l，有效數據位長為n，H為幀頭長，幀發送速率為r，pe為誤比特率，pf為誤幀率，p為幀重傳的概率，tav為成功傳輸一個幀的平均傳輸時間，U為信道的利用率，D為平均傳播時延，N為退后幀的個數，則
幀發送時延tf為：

  
   
    從上述的數字結果來看，當幀長增大時，信道的利用率增大，但隨之幀的平均傳播時延也同時增大。
3.2 仿真分析
　利用Matlab仿真工具來驗證模型的正確性。下面各仿真結果中，窗口的大小均為127，誤碼率為0.000 01。
　當速率為9 600 b/s時，幀長與信道利用率的關系，如圖2所示。從圖2可以看出，信道的利用率隨著幀長的增大而增大。

    在位誤碼率不同的情況下，幀長與幀傳輸延時的關系如圖3所示。從圖3可以看出，位誤碼率越大，幀的傳輸延時越大，當位誤碼率小于0.000 01或更小時，幀的傳輸延時幾乎接近衛星鏈路的傳播延時。

    當速率不同時，幀長與幀的傳播時延的關系如圖4所示。從圖4可以看出，不論信道的速率如何，幀的傳播時延都隨著幀長的增大而增大,但速率越大時延越小。

    SR協議在數據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誤控制能力而得到廣泛的應用。本文以SR協議的運行原理為基礎，建立了SR協議分析的數學模型，并通過仿真分析驗證了衛星鏈路上模型的合理性。由于模型是在SR協議的運行原理上建立的，對于陸地鏈路也是適合的，因此模型具有廣泛的應用，同時會對協議的改進和優化起到積極的作用。
參考文獻
[1] KIM S R, UN C K. Throughput analysis for two ARQ schemes using combined transition matrix[J]. IEEE Trans. Commun., 1992,COM-40:1679-1683.
[2] SASTRY A R K: Improving Automatic-repeat-request(ARQ) performance on satellite channels under high error rate conditions[J]. IEEE Trans.Commun.,1975,COM-23:436-439.
[3] MILLER M J, LIN S. The analysis of some selectiverepeat ARQ schemes with finit receiver buffer[J]. IEEE Trans. Commun., 1981,Com-29:1307-1315.
[4] LIN S. Automatic-repeat-request error control schemes. IEEE Commun. Mag., 1984,22(12):5-17.
[5] 葉曉國,肖甫，孫力娟.衛星網絡鏈路傳輸協議的性能分析[J].計算機應用研究,2009,26(7):2680-2682.
[6] GLOVER L A,GRANT P M. Digital communications[M]. 機械工業出版社，2010,9:712-730.
[7] 李成忠,靳桅，劉捷,等.計算機網絡[M].北京：清華大學出版社, 2010:86-88.
[8] 孫翔,陳松明.數據鏈路層停等ARQ協議的最佳幀長近似解[J].電子科技大學學報,2007,36(5):854-856.