卫星通信网络以其易部署、易安装以及优良的覆盖能力得到广泛的应用。作为地面通信网络的重要补充，卫星通信网络必将越来越多地发挥其独特的优势。然而卫星通信网络易受环境因素的影响，在环境条件较为恶劣的情况下，链路会呈现出较高的误码率，重传性能下降,为此如何在较高误码率环境下提高卫星信道的效率，成为学者们近年来研究的热点[1-4]。
　前向纠错和反馈重传以及二者的混合是数据链路层提供可靠传输的重要技术，其中反馈重传中的SR ARQ(Selective-Repeat ARQ)技术以其具有高的可靠性和传输控制能力得到人们的青睐，特别是在无线数据通信系统中。
　尽管许多文献对SR协议进行了分析，但是分析不够全面[1-5]不能反应SR协议的运行，比如模型中没有考虑窗口大小、发送速率的影响。为此本文首先建立了卫星链路上SR协议运行的数学模型，以此为基础，分析了SR协议在卫星链路上的性能。仿真结果表明，模型具有较好的特性。
1 SR协议运行概述
　SR协议的运行过程描述如下[6-7]：
　(1)发送者按照安排在窗口中的帧编号，以从小到大的顺序连续地发送帧，每发送一帧就将其置入发送缓冲器队列。每收到一个ACKi响应，就从发送窗口中删除该帧，同时使窗口向前移动，从而使窗口外等待发送的帧落入窗口中，继续参与后续帧的发送，窗口的大小和发送缓冲器队列的大小均为W/2。
　(2)接收者每收到一个帧，就与窗口中期待的帧编号进行比较，如果一致就对其进行检验，若无错，则将该帧提交给上层处理，准备后续帧的接收，并向发送方发送一个ACKi响应；若有错，则向发送方发送一个NAKi响应，请求重传出错的帧。如果不一致则丢弃接收到的帧，并将后续接收到的帧存入接收缓冲区队列。接收者的窗口大小和接收缓冲区队列大小均为W/2。
　(3)如果发送者收到其窗口中某个帧的否定应答信息，即NAKi响应，无论当前已发送到那个帧，都要重发该帧。
　(4)为了能够使发送者对已发送帧做出及时处理，提高发送者资源的利用率，发送者给每一个已发送但还未收到应答信息的帧设置了超时计时器，以防止应答帧丢失，而致使发送者长期等待，造成资源的浪费。当某帧的超时计时器发生超时，则重发超时帧。
　(5)为防止发送者无限期重发出错的帧，发送者还设置了重发计数器，其目的是防止接收者在宕机或其他不可避免的灾难时造成发送者资源的浪费。
2 卫星链路SR协议性能建模
　在没有帧重传的情况下，发送者每发送一帧，就能在其期望的下一时刻得到一个ACKi，从而使后续帧连续不断地发送。但是，这种状态在卫星链路上几乎是不可能的，为此设计了图1所示的SR传输模型，并以此模型为基础来分析卫星链路的传输性能。
　图1中，tp为传播时延，tf为发送时延，Wtf是帧满窗口时的发送时延，tpr为帧的处理时延。

　假设帧长为l，有效数据位长为n，H为帧头长，帧发送速率为r，pe为误比特率，pf为误帧率，p为帧重传的概率，tav为成功传输一个帧的平均传输时间，U为信道的利用率，D为平均传播时延，N为退后帧的个数，则
帧发送时延tf为：

  
   
    从上述的数字结果来看，当帧长增大时，信道的利用率增大，但随之帧的平均传播时延也同时增大。
3.2 仿真分析
　利用Matlab仿真工具来验证模型的正确性。下面各仿真结果中，窗口的大小均为127，误码率为0.000 01。
　当速率为9 600 b/s时，帧长与信道利用率的关系，如图2所示。从图2可以看出，信道的利用率随着帧长的增大而增大。

    在位误码率不同的情况下，帧长与帧传输延时的关系如图3所示。从图3可以看出，位误码率越大，帧的传输延时越大，当位误码率小于0.000 01或更小时，帧的传输延时几乎接近卫星链路的传播延时。

    当速率不同时，帧长与帧的传播时延的关系如图4所示。从图4可以看出，不论信道的速率如何，帧的传播时延都随着帧长的增大而增大,但速率越大时延越小。

    SR协议在数据链路层占有重要的地位，由于其具有较高的传输能力和较高的错误控制能力而得到广泛的应用。本文以SR协议的运行原理为基础，建立了SR协议分析的数学模型，并通过仿真分析验证了卫星链路上模型的合理性。由于模型是在SR协议的运行原理上建立的，对于陆地链路也是适合的，因此模型具有广泛的应用，同时会对协议的改进和优化起到积极的作用。
参考文献
[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] 叶晓国,肖甫，孙力娟.卫星网络链路传输协议的性能分析[J].计算机应用研究,2009,26(7):2680-2682.
[6] GLOVER L A,GRANT P M. Digital communications[M]. 机械工业出版社，2010,9:712-730.
[7] 李成忠,靳桅，刘捷,等.计算机网络[M].北京：清华大学出版社, 2010:86-88.
[8] 孙翔,陈松明.数据链路层停等ARQ协议的最佳帧长近似解[J].电子科技大学学报,2007,36(5):854-856.