一种高速短波自适应数据通信协议的设计

1.3 文件传输层协议

协议修改后，链路层能够比较迅速地将数据递交给文件层，因此文件传输层可以与链路层切分出来。由于链路层能够保证无差错，因此文件之间只要能够区分格式就可以了。一个文件的数据格式定义如下：

分隔符+文件名称+分隔符+文件长度+分隔符+文件数据内容

多个文件可以按照上面的格式一个接一个传输。

2 改进型协议下的时间参数和通信利用率

2.1 时间参数的确定

文献中已经指出协议关联的时间参数有六个。对比本文与文献中的协议可以发现，文献中的四个参数计算公式没有变化。但包同步延时和ACK同步延时有些变化，主要是本协议采用非对称的交织模式，即应答一方总是采用无交织模式，因此可以减少包同步延时和ACK同步延时。参照文献的计算方法，用Tsyn表示包同步延时，TAck表示ACK同步延时，TFrame表示帧同步延时，TInterDelay表示交织延时，则改进型的时间参数计算公式如下：

TAck=2×TInterDelay+1.2×2+TFrame（取整） （1）

TSyn=2×TInterDelay+1.2×2 （2）

也就是说TInterDelay的系数从4变为2，这对长交织来说TAck和TSyn将减汪9.6秒，可以较大幅度地提高信道的利用率。

假设一次发送数据帧个数为N、数据帧长为L字节、信道速率为H（bps），那么信道利用率计算公式为：

（N×L×8/H）/（TAck+N（L+10）8/H+TRtsDelay1+TRtsDelay2） （3）

其中分子为实际数据传输所用的时间，分母为数据开始发送到接收确认的时间，常数10为数据帧中额外的字节，8为一个字节的比特数目，TRtsDelay1和TRtsDelay2分别代表键控前延时和键控中延时。

2.2 不同帧长和交织模式下的信道利用率

从信道利用率角度，当传输速率较高时要求具有较长的数据包和一次发送较多的数据帧数，尤其是长交织模式下：

吞吐率是标识通信协议性能的重要标准，对于半双工通信协议来说它被定义为一定的时间单位里，从发送方到达接收方数据正确传输的数据总量如果用S表示正确发送的数据量，I表示相继发送的两次时间间隔，吞吐率用Rbyte来表示，那么相应的数据率计算公式为：

Rbyte=S/I （4）

在半双工ARQ协议中：

S=N×L (5)

I=IInterDelay×2+(TRstDelay1+TRtsDelay2)×2+[N×(L+10)×8]/Rate+（70×8）/（Rate) （6）

其中N表示一次发送帧数，L表示一帧的有效数据长度，最后一项表示接收应答时间，为简经起见把帧长定为70字节。

按照上述公式可绘出在不同帧长、帧数和交织模式下的吞吐量图，参数图1、图2。

从图1和图2比较可以看出：

（1）在相同的交织方式下，帧长越长，发送有效数据的时间占总时间的比例越高，有效吞吐率就越大，协议的效率越高；

（2）在相同的交织方式和相同的帧长前提下，信道速率越高，总的发送时间缩短，有效吞吐率就越大，协议的效率越高；

（3）在相同的信道速率和帧长条件下，交织越短有效吞吐率越高。

文献中的协议在多个小文件传输中的效率，在长交织模式下，由于一个文件的传输分为文件头和文件体两次传输，因此在无干扰条件下单个文件的最短传输时间应该不小于2Tack时间，即46秒。无论采取什么样的速率和多小的文件，对于多个小文件来说传输效率非常低。

新低输协议主要取决多个文件的总长度、传输速率和帧长。如果10个文件的总长度为9.6K字节、速率为2400bps、帧长为120字节，那么在无干扰条件下的传输时间，第一次20帧为2400字节，时间为22秒；第二次40帧为4800字节，时间32秒；第三次20帧为2400字节，时间为22秒；因此总时间为75秒，并且与文件个数无关。同样，从前面计算中可以看出，一次发送的帧数的加大，尤其是对长织来说可以较大幅度地提高吞吐量。



3 自适应准则阈值的确定

从短波链路层协议判断短波信道传输质量的依据是错误帧数（110A标准可以从遥控中取到信噪比，但实现起来有一定困难，本文以误帧来判断信道质量），因此模式的改变和一次发送帧数的调整由误帧来决定。

3.1 交织模式的确定

以无交织模式为例，先假设在无交织模式下误帧率为E，而这些误帧可以经过短交织模式得到纠正，在这样情况下短交织的有效吞吐量民无交织的有效吞吐量相等的条件是：

（N-E）/IN=N/Is （7）

其中IN、Is分别为无交织和短交织传输N帧所需要的总时间。

依据该公式确定出误帧率，可以认为是从无交织过渡到短交织域值。由于该计算公式有一个前提，而该前提在实际通信中未必能够成立，作为决定从交织变为短交织阈值应该更大一些， 通常加2或更大的设置。该原则同样适用于从短交织到长交织的阈值。

反过来，当信道持续处于较好的条件下，应该从长交织降到短交织甚至无交织。由于长交织没有误帧或很少误帧的情况下，短交织可能存在比较多的误帧，因此要求没有误帧的情况下，才从长交织下降到短交织。同样该原则适用于短交织到无交织。