（通信与信息系统专业论文）一种数据无线通信协议的研究.pdf

摘要 摘要 本文对一种论询式组网协议进行了分析和研究。首先介绍了军用通信协议 m i l s t d 一1 8 8 2 2 0 b 协议，接着阐述了该轮询式组网协议的工作过程，详细说明 了协议在终端的实现，然后对协议进行了仿真，针对协议的性能进行了分析，得 出了性能曲线。最后对全文做了简单的总结，指出了下一步工作的方向。 关键字：通信协议，论询，平均时延 摘要 a b s t r a c t 3 讹p a p e rg i v e sa n a l y s i sa n dr e s e a r c ho fap o l l i n go r g a n i z i n gn e t w o r kp r o t o c 0 1 f i r s t l yi n t r o d u c e st h em i l s t d - 18 8 2 2 0 bp r o t o c 0 1 i ns u c c e s s i o n e x p a t i a t e so nt h e w o r k i n gc o u r s eo ft h ep o l l i n go r g a n i z i n gn e t w o r kp r o t o c o la n dt h ei m p l e m e n t a t i o no f t h ep r o t o c o li nt e r m i n a l t h e nd e s c r i b e st h es i m u l a t i o no ft h ep r o t o c o l ，w h i c ht e s t st h e p e r f o r m a n c eo ft h ep r o t o c 0 1 a n dg i , y e st h ep e r f o r m a n c ec r r v e s a tl a s tm a k e sab r i e f s l m m m f yo f t h i sp a p e r , a n di n d i c a t e st h ed i r e c t i o no f t h en e x ts t e po f w o r k k e y w o r d ：c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，p o l l i n g ，a v e r a g ed e l a y 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人己经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了驸意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果对署名单位仍为西安电子科技大学。学 校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在 解密后遵守此规定) 本人签名：! l 壁日期呈丝：主：d 导师签名f i 期兰竺：主：星 第一章绪论 第一章绪论 1 1 通信协议发展概况 数据通信是依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数 据信息的一种通信方式和通信业务。o s i 模型以及其它任何网络通信模型，都只 提供了计算机间通信的概念框架，并不提供相关的通信方法。实质的通信是由多 种通信协议来定义的。所谓通信协议是指通信双方的一种约定，约定包括对数据 格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做 出统一规定，通信双方必须共同遵守。从数据通信束理解，协议是一组正式的规 则、协定和数据结构，它们控制计算机以及其它网络设备如何在网络上交换信息。 换句话说，协议是一种标准的程序和格式，是两个数据通信设备必需能够互相理 解、接收和交谈的。 现有的大量通信协议，是由很多遍及世界的不同标准组织以及历经多年技术 演变和发展的技术提供商制定而成。其中一种最常用到的是t c p m 协议 ( t r a n s m i s s i o nc o n u - o lp t o c o 肌恤m c tl ，r 】o t o c o i ，传输控制协议网际协议) ，它 是计算机世界里的一个通用协议，也是l m o m c t 网络通信的核心m ，网际协议， 主要负责路由器问的信息交换，确保路由器可以为网络流量选择正确的路径：而 t c p 负责确保数据包在网络上的可靠以及无错误的传输。局域网和广域网协议也 是很重要的网络通信协议。l a n ( 局域网) 协议适用于有多种l a n 介质的物理 层和数据链路层的通信，如以太网线和无线电波：w a n ( 广域网) 协议适用于 底三层，并定义了在多种广域媒体上的通信，如光纤和铜缆。除了传输过程中的 独立协议标准，现在还有一些关于不同层与各自上下层( 通常与操作系统有关) 之间对话的接口标准。例如，位于第4 层与第5 层间的w i n s o c k 和b e r k e l e y 套 接字，位于第2 层与第3 层间的n d i s ( 网络驱动器接口标准) 和o d i ( 开放 式数据链路接口) 。 国外也出现了很多数据无线通信的高级协议，特别是在军事领域。美国国防 部继1 9 9 3 年5 月出台m i l - s t d 1 8 8 - 2 2 0 协议和1 9 9 5 年7 月公布 m i l s ) - 1 8 8 2 2 0 a 协议之后，又于1 9 9 8 年1 月制定出m 几s t d 1 8 8 2 2 0 b 协议， 并经过进一步的修订和完善后，于2 0 0 2 年3 月，公布了m i l s i d 1 8 8 - 2 2 0 c 协议。 这些协议是关于数字信息传送设备( d i g i t a lm 嚣s a g et r a n s f e rd e v i c e ，d m t d ) 之间， 命令系统，控制系统，通信系统，计算机系统，智能系统等c 4 i ( c o m m a n d ，c o n t r o l ，c o m m u n i c a t i o n s , c o m p u t e r s 。a n di n t e l l i g e n c e ) 系统之间交换 2 一种数据无线通信协议的研究 信息的互联通信协议，在战域环境下的数据通信系统中得到了广泛的应用。 ( 1 ) m i l s t d 1 8 8 2 2 0 协议 m i l - s t d - 1 8 8 2 2 0 协议是d m t d 子系统之间连接服务的互操作标准。该协议 使用i s o 七层参考模型，认为传输层和会话层为空，仅提供通过服务。协议定义 了两种类型的链路层操作：l 类型操作是必须要遵循的无连接操作模式( 分为有 应答和无应答) ，2 类型操作是可选择的有连接操作模式1 1 i 。它还提出了三种网络 控制接入法则：随机网络接入( r - n a d ) ，优先网络接入( p - n a d ) ，混合网络接 入( h n a d ) i 捌。 ( 2 ) m i l - s t d 1 8 8 2 2 0 a 协议 m i l s t d 1 8 8 2 2 0 a 协议由m i l s t d - 1 8 8 - 2 2 0 协议演化为战术无线电网中c 4 i 系统间的互操作标准，成为数字化战场中军队技术体系结构的核心部分。2 2 0 a 协 议的基本结构也使用i s o 七层参考模型，协议详细描述了底三层，其中网络层包 含i n t r a n e t 子层，该层为没有完全连接的网络提供中继服务。同时，2 2 0 a 协议被 设计为与t c p i p 协议族中的u d p 一起使用，没有阐述高层的功能。在数据链路 层定义了四种类型的操作：1 类型是无确认的无连接操作，2 类型是面向连接的有 确认操作，3 类型是有确认的无连接操作，4 类型是拆分确认的无连接操作。相对 于m i l s t d 1 8 8 2 2 0 协议，操作类型的划分更加详细。协议还阐述了五种网络控 制接入法则：除了m i l s t d 1 8 8 2 2 0 协议中的随机网络接入( 1 渊a d ) ，优先网 络接入( p n a d ) ，混合网络接入( h - n a d ) ，又新增加了确定自适应优先网络接 入( d a p - n a d ) 和嵌入电台的网络接入( r e - n a d ) i 捌。 ( 3 ) m i l s t d 1 8 8 2 2 0 b 协议 m i l s t d - 1 8 8 2 2 0 b 协议是一个关于d m t d 之间，c 4 i 系统之间以及d m t d 与c 4 i 系统之间交换信息的互联通信协议，描述了对应于i s oo s i 七层参考模型 中的物理层，数据链路层和网络层的详细实现规则和要求达到的标准，相对于 m i l s t d 1 8 8 2 2 0 a 协议，它增加了d m t d 与c 4 i 系统之间的互操作标准。我们 会在下一章详细介绍该协议。 ( 4 ) m i l s t d 1 8 8 2 2 0 c 协议 m i l s t d 1 8 8 - 2 2 0 c 协议是美军国防部制定的数字信息传递设备( d m l d ) 标准。它规范了d m t d 子系统之间，c 4 i 系统之间，d m t d 与c 4 i 系统之间互操 作所需的过程，协议和参数。相对于上述三个协议，该协议标准的目的是实现基 于c n r ( c o m b a tn e t w o r kr a d i o ) 的信息网络的横向综合和c 4 i 系统间的无缝互 联，为作战人员提供战场信息的联合互操作。该协议的体系结构如图1 1 所示1 4 l 。 第一章绪论 网络层 数据链路层 物理层 i n t r a n e t 中继 拓扑更新子网汇聚 t y p e l 矗【w p e 3t y p e 2 t y p es r n a dp - n a di i - n a dd a p - n a dr e n a d 异步模式同步模式 分组模式 图i i2 2 0 c 协议的体系结构 由此可见，军用通信协议是非常系统化的，针对不同的目的，各个版本的协 议的侧重点也不同，仅m i l s t d 1 8 8 2 2 0 系列的协议，就已经发展到了 m i l s t d 1 8 8 2 2 0 c 版本。随着军事通信的发展，军用通信协议也将不断的发展 和完善，在未来的军事通信领域中将发挥越来越重要的作用。 另外，在一个网络中选择一个合适的通信协议也是非常重要的。无论对于几 台微机组成的微型w i n d o w s 9 5 9 8 对等网络，还是大型的w i n d o , sn t 、n o v e l l 或 u n i x 局域网，如何配置适当的通信协议，都是一个较为关键的阎题。如果选择了 不适合自身网络特点的通信协议，便很容易造成网络速度慢、稳定性不高、甚至 是无法接通。事实上，每一种网络通信协议都有其操作系统和软硬件工作环境， 同一种协议在一个网络上运行得非常出色，在另一个网络上则很可能根本不合适。 所以，在具体组网时，应根据网络的规模、网络阃兼容性、网络管理方式等方面 的情况来选择通信协议。 我们在选择通信协议时一般应遵循以下的原则： 第一，所选协议要与网络结构和功能相一致。如果你的网络存在多个网段或 要通过路由器相连时，就不能使用不具备路由和跨网段操作功能的协议，而必须 选择t c p i p 等协议。另外，如果你的网络规模较小，同时只是为了简单的文件和 设备的共享，这时你最关心的就是网络速度，所以在选择协议时应选择占用内存 小和带宽利用率高的协议。当你的网络规模较大，且网络结构复杂时，应选择可 管理性和可扩充性较好的协议，如t c p i p 。 第二，除特殊情况外，一个网络应尽量只选择一种通信协议。现实中许多人 的做法是一次选择多个协议，或选择系统所提供的所有协议，其实这样做是很不 可取的。因为每个协议都要占用计算机的内存，选择的协议越多，占用计算机的 内存资源就越多。一方面影响了计算机的运行速度，另一方面不利于网络的管理。 事实上一个网络中一般一种通信协议就可以满足需要。 第三，注意协议的版本。每个协议都有它的发展和完善过程，因而出现了不 同的版本，每个版本的协议都有它最为合适的网络环境。从整体来看，高版本协 议的功能和性能要比低版本好。所以在选择时，在满足网络功能要求的前提下， 3 4 一种数据无线通信协议的研究 应尽量选择高版本的通信协议。 第四，协议的一致性。如果要让两台实现互联的计算机间进行对话，它们两 者使用的通信协议必须相同。否则中间还需要一个“翻译”，进行不同协议的转 换，这样不仅影响通信速度，同时也不利于网络的安全和稳定运行1 5 l 。 通过上面的论述，我们可以看出通信协议的作用是至关重要的，研究通信协 议也具有非常重大的意义，现在已经有越来越多的人投入到通信协议的研究工作 中。本文就对一种论询式组网协议进行了分析和研究，并且在终端实现了该协议。 1 2 本文研究的主要内容 本文的工作来源于多调制数字中频调制解调器的研究项目，该项目是利用单 片机和d s p 实现多种调制解调功能，本文的工作重点是研究一种论询式组网协 议，并在终端实现该协议，使协议在两个终端之间通过多调制数字中频调制解调 器能够正确执行。本文主要包括以下一些内容： 第二章：m i l s t d 1 8 8 2 2 0 b 协议的介绍，在研究该论询式组网协议之前， 我先阅读了m i l s t d 1 8 8 2 2 0 b 协议，对军用通信协议有了一定的了解。这一章 介绍2 2 0 b 协议中对于物理层，数据链路层和网络层实现规则的描述以及战术无 线网络( c n r ) 的管理过程。 第三章：论询式组网协议的实现，先介绍了协议的工作过程以及协议中涉及 的帧格式，用户表等相关内容，接着详细说明了协议的实现。 第四章：论询式组网协议的仿真及性能分析，对于仿真的设计方案，流程图， 以及仿真的软件实现都有详细的说明。 第五章：仿真结果，包括仿真参数的说明以及仿真所得到的性能曲线。 第六章：对全文的工作做以总结。提出了研究工作中的不足之处以及后续工 作的研究方向。 第二章m i l s t d - 1 8 8 - 2 2 0 b 协议介绍 第二章m i l s t d 18 8 2 2 0 b 协议介绍 2 1 引言 核威慑条件下的信息化战争已逐渐成为主宰2 1 世纪战场的主要战争形态，以 争夺信息优势为目标的信息战也将成为支配未来战场新的作战形式。相对民用通 信系统来说，军用通信系统面临的战争环境比较严酷，受硬，软干扰和摧毁的概 率比较大，同时由于系统，平台，人员的流动性以及资源的限制，给通信带来了 很大的困难。由此军用通信的要求就比较高，要求有足够的实时性，可靠性，能 够抗摧毁，抗干扰，抗截取，抗破密，要采用多路由，多频段，多媒介，多平台， 机动性，冗余度等措施来保证通信质量。 无线通信由于具有应用灵活，安装快捷，不易被摧毁等优点，是军事通信中 的一种重要手段。由于历史原因，世界上现有的无线电数据通信设备缺少统一规 范的协议和信息格式，难以直接形成互联互通的网络体系。为实现各无线通信设 备的互联，必须完成接口协议的转换，m i l - s 1 1 ) 1 8 8 2 2 0 b 协议就是一种基于军用 分组无线电的c i 系统互操作标准。 该协议是在m i l s t d 1 8 8 - 2 2 0 协议和m i l - s 1 r i ) 1 8 8 - 2 2 0 a 协议的基础上发展而 成，主要阐述了数字信息传输设备( d m t d ) 子系统之间，c 4 i 系统之间以及d m t d 与矾系统之间互操作时所需的过程，协议和参数。如图2 1 所示，系统a 和系统b 可以是d m t d 或者c 4 i 系统，传输信道可以是单信道，也可以是多信道i “。 传输信道 标准接口 图2 1d m t d 子系统的标准接口 通过图2 1 中d m t d 子系统的标准接口可实现d m t d 和相关的c 4 i 系统的 互通。系统a 和系统b ( d m t d 或c 4 i 系统) 可能包含调制解调器，线路驱动器， 差错控制算法，加密设备，控制单元和其它遵循这个标准要求的设备。传输信道 可能包括单路的和多路的传输设备。该协议的提出为基于军用分组无线电的c i 系统互揲作奠定了技术基础，是未来数字化部队和数字化战场建设重要的参考性 6 一种数据无线通信协议的研究 文件。目i j ，该标准已作为国防军工电子标准化科研课题进行深入研究。 2 22 2 0 b 协议概述 2 2 0 8 协议定义了在广播无线通信子网和点到点连接中信息传输的分层协议， 涉及网络层的内部子网层、数据链路层和物理层，使得分层结构内部的d m t d 之 间、d m t d 和c 4 i 系统之间能够互通。内部子网协议定义了多种协议数据封装格 式，用于在无线通信网中的一个源节点与可能的多个目的节点之间路由内部子网 的数据分组，同时提供拓扑和连接信息的交换。数据链路层定义了面向连接和面 向无连接的四种工作模式和帽应的数据链路层帧格式，给数据提供组帧请求，提 供差错控制，流量控制和信道接入控制等功能，保证信息在己建好的物理通道中 的传输。物理层定义了传输网络的接口和物理层数据帧格式。 分段重组 传输层t c p 可选择的直接的广播 u d p 网络互联网 i p 层内部子 内部子网拓扑更新s n d c p 网 数据链路层类型1 和3类型2类型4 网络接入( r n a d ，p - n a d 。h - n a d d a p - n a d 。r e n a d ) 物理层异步模式同步模式分组模式 图2 2m i l s t d - 1 8 8 - 2 2 0 b 协议结构 图2 2 是2 2 0 b 协议带有t c p u d p i p 的结构，并结合了互联网协议口l 。描述 了将战斗网无线电台( c n r ) 作为传输媒体交换信息时所用的标准通信协议，用于主 机系统和电台系统之间的接口，主机一般包括执行低层协议的通信处理器或调制 解调器。下面简单介绍物理层，数据链路层和网络层的实现规则以及战术无线网 络( c n r ) 的管理过程。 2 2 1 物理层 物理层的目的是将原始的比特从一台机器( 移动终端等) 传输到另一台机器 ( 移动终端等) 。2 2 0 b 协议规范主要说明了在通信系统间激活，维持，解除通信 等功能。传输协议数据的物理信道可以是有线链路。卫星链路和无线链路。 为了实现战术网络的互联互通，协议支持多种物理接口，以满足不同的通信 接口设备。协议要求提供的物理接口如表2 1 所示降l 。 第二章m i l - s t d - 1 8 8 2 2 0 b 协议介绍 表2 1 协议要求提供的物理接口 7 接口类别名信号波形传输速率工作模式 ( i n t e r f a c et y p e )( w a v e f o r m ) ( t r a m m i s s i o nr a t e s ) ( o p e r a t i n gm o d e ) n o n - r g t l n n - t o - z e l oc o n f o r mt o 7 5 ，1 5 0 ，3 0 0 ，6 0 0 ，1 2 0 0 ， h a l f d u p l e x r a i l s t d 1 8 8 “4 a 2 4 0 0 ，4 8 0 0 ，9 6 0 0 b p s 音频信道f s k 接c o n f o r mt o 7 5 ，1 5 0 。3 0 0 6 0 0 ， h a l f d u p l e x 口 r a i l s t d 1 8 8 - 1 1 0 1 2 0 0 b p s c o n d i t i o n e dc o n f o r mt o 1 6 k , 3 2 k b p s h a l f d u p l e x d i p h a s ei n t e r f a c e m i l s t d 18 8 2 0 0 音频信道d p s kc o n f o r mt o 1 2 0 0 2 4 0 0 b p sh a l f d u p l e x 接口 m i l s t d - 1 8 8 1 1 0 p a c k e tm o d e 同c c t v 1 0 1 6 k b p sh a l f d u p l e x i n t e r f a c e a s k 接口 2 4 0 0 4 8 0 0 1 6 0 0 b o sh a l f d u p l e x 物理层协议数据单元是数据在物理链路上传输的最基本的形式，所有有用的 数据信息必须封装成物理层帧，然后在物理信道上传输。根据不同的保密要求， 协议提供了三种不同的物理帧结构形式，如图2 3 所示i 捌。 图2 3 a 带外部c o m $ o ：的传输帧结构 图2 3 b 嵌套c o t l k g o g 的传输帧结构 图2 3 b 无c , o m s e c 的传输帧结构 其中，c o m s e c 域作为传输安全控制使用，为了链路保密，必须在传输中加上 传输安全控制的报头和报尾( c o m m u n i c a f i o ns e c u r i t yp t e m n b l ea n dp o s t a m b l e ) ： p h a s i n g 域是由d t e ( 数据终端设备) 发送的，以l 开头的一系列的交变的1 和0 组成的系列：t r a n s m i s s i o n s y n c h r o n i z a t i o n 域作为传输同步使用。传输同步域依赖 一种数据无线通信协议的研究 操作模式是异步模式，同步模式还是分组模式的不同而不同；d a t af i e l d 域包含了 由链路层传来的数据经过0 插入，封装，差错控制( f e c ) ，t d c 编码和扰码等 操作后形成的位串。 在传送信息之前，物理层必须通过相应的机制向上层报告网络状态信息。这 包括：通过状念指示信息向链路层报告网络忙信息，一旦检测到网络忙，就设置 网络忙指示信息，上层得到这个信息以后就会延迟向物理信道发送数据；网络访 问控制算法需要发送器知道传输最后一位的时间，接收器接收最后一位的时间， 这样通过协议规定的网络访问控制机制来调整不同站点通信的时隙。 物理层和数据链路层之闻交互信息发生在物理层到数据链路层的边界上，包 括物理层向数据链路层传输物理帧，网络状态信息以及链路层向物理层发送链路 层数据帧。 2 2 2 数据链路层 协议中数据链路层将提供控制功能以确保在物理信道上的信息传送，包括提 供数据的组帧规范以及流量控制，前向差错控制，0 插入，t d c 编码解码和网络 访问控制等功能。 协议标准说明了两种基本的链路层服务模式：有连接的服务和无连接的服务。 其中无连接的服务是强制的，即所有实现协议的系统都必须提供无连接的服务： 而有连接的服务是可选的。无连接的服务同时要求能处理有确认和无确认操作。 对系统间数据通信，基于无连接和面向连接的服务，m i l s t d 1 8 8 2 2 0 b 协议 又定义了四种服务类型，分别对应不同的数据业务。 乱类型l ( t y p e1 ) ：无确认无连接服务( u n a c k n o w l e d g e dc o n n e c t i o n l e s s o p e r a t i o n ) a b 类型2 ( t y p e2 ) ：面向连接的服务( c o n n e c t i o n m o d eo p e r a t i o n ) 。 c 类型3 ( t y p e3 ) ：有确认无连接服务( a c k n o w l e d g e dc o n n e c t i o n l e s s o p e r a t i o n ) 。 d 类型4 ( t y p e4 ) ：拆分有确认无连接服务( d e c o u p l ea c k n o w l e d g e d c o n n e c t i o r d e s so p e r a t i o n ) 。 其中类型l 和类型3 是基于i s o8 0 2 2 的，对所有实现m i l s t d 1 8 8 2 2 b 协议的 d m t d 和c 4 i 系统来说，都必须支持类型1 和类型3 服务。类型2 和类型4 服务则是可 选的。 在该协议中，类型l 指i s o8 0 2 2 中的无连接服务类型，包括有确认的服务和无 确认的服务。在类型2 中，两个系统在交换数据信息前需要在其间建立数据链路连 接，该连接通常一直保留，直到某个站点离开网络，该服务类型下的通信过程包 括协议数据单元p d u ( p r o t o c o l d a t a u n i t ) 从源台传送到目的台，以及在相反方向 上对收到这些p d u 进行应答。类型3 通常包含在类型l 中。在类型4 中，应答是从信 第二章m i l - s t d 1 8 8 2 2 0 b 协议介绍 9 息应答p d u 中拆分出来的，信息应答p d u 包含一个由源台指定的标识号。 根据站点可支持服务类型的不同，协议将站点分为以下图类： 山a 类站点：支持服务类型l ，3 ；不支持服务类型2 ，4 。 b b 类站点：支持服务类型i ，2 ，3 ；不支持服务类型4 。 c c 类站点：支持服务类型l ，3 ，4 ：不支持服务类型2 。 d d 类站点：支持服务类型1 ，2 ，3 。4 。 数据链路层的帧必须是链路层的基本协议数据单元( p d u ) 。协议定义了在 链路上传输数据的三种类型的帧：无编号帧( a nu n n u m b e r e df r d 1 l c up d u ) ，所 有服务类型都会用到无编号帧，它为服务类型l 到服务类型4 提供链路控制功能， 为服务类型l 和服务类型3 提供无连接信息，以及为服务类型1 提供应答，站点标识 和状态信息；信息帧( a ni n f o r m a t i o n 丘 d l n e ip d u ) ，信息帧只用在服务类型2 ，用 来在镀路上传输数据和信息；监控帧( a ns u p e r v i s o r yf h l l y i e sp d u ) ，用来在数据 链路上进行监视控制，在服务类型2 和4 中用来应答收到的信息帧。协议规定所有 的数据链路层的帧必须组成图2 4 的结构进行传输1 6 i 。 传输头一个或多个数据链路帧 n a g 传输信帧效验 f l a gf l a g 地址域控制域信息域帧效验 n a g 息域序列序列 823 28s2 1 7l - 3 2 u p t 0 3 3 4 5 3 28 b i t so c t e t s b i b b i 协b i 乜o c t e t so c t e t so c t e t sb i t s b i 协 图2 4 数据链路层帧的基本结构 其中，传输头在每一个数据链路帧之前传送，它包含一些控制信息。f l a g 字符 系列是数据链路层的帧同步标志，每一帧都使用0 l l l l l l o 作为开始和结束标志。 地址域用束存放源台和目的台的链路层地址，可以是2 一1 7 个8 位字符串组成，源地 址占据地址域的最开始8 位字符串，目的地址包含在源地址后面紧接着的第2 到第 1 7 个8 位字符串。控制域指示在链路上传输的数据链路层协议数据单元的类型，响 应请求和连接信息等。信息域用来承载用户所要传送的信息，信息域长度必须是8 的整数倍，并且不能超过3 3 4 5 个8 位字节，如果信息域的有效数据长度不是8 的整 数倍数，那么必须在后面补o 填充，信息域的最大长度默认为3 3 4 5 个字节 无连接服务模式下的命令p d u 主要有： ( 1 ) 无编号信息命令协议数据单元( u n n u m b e r e di n f o r m a t i o nc o m m a n dp d u ) u ip d u 是发送站点用来发送信息绘其他的一个或多个站点的协议数据单元。 其中，u i p d u 的p 位指示接收站点是否对发送给自己的u i 命令p d u 做出响应，p 位 为l 时，接收站点向发送方发送u r r ( u n n u m b e r e dr e c e i v e d - r e a d y ) 响应p d l ) 。 1 0 一种数据无线通信协议的研究 ( 2 ) u r r 命令p d u ( u n n u m b e r e dr e c e i v e d r e a d yc o m m a n dp d u ) 当一个站点准备好接收信息帧，它就向外发送u r r 命令p d u ，请求其他站点 向它发送数据信息。 ( 3 ) u i l n r 命令p d u ( u n n u m b e r e dr e c e i v e n o t - r e a d yc o m m a n dp d u ) 与u r r 命令p d u 相反，当一个站点忙或不能接收信息帧时，就向外发送u r n r 命令p d u ，暂时阻止其他站点向它发送信息。 无连接服务模式下的响应p d u 命令主要有： ( 1 ) u r r 响j 立p d u ( u n n u m b e r e dr e c e i v e d - r e a d yr e s p o n s ep d u ) u r r 响应p d u 是接收站点用来向发送站点发送确认信息的协议数据单元。当 一个站点接收到包含有自己地址的u i 命令p d u 并且其中的p 位为l 时就必须发送 u r r 响应p d u 给源站点，指示信息接收成功。 ( 2 ) u r n r 响应p d u ( u n n u m b e r e dr e c e i v e - n o t - r e a d yr e s p o n 辩p d u ) 当一个站点接收到包含有自己地址的u i 命令p d u 并且其中的p 位为l ，而自己 因为处于忙状念，就必须发送u r n r 响应p d u 给发送站点，这样当发送站点接收到 这个信息以后就会等待一段时间，而不向其发送信息。 有连接服务模式下的命令及响应p d u 主要有： ( 1 ) 信息命令及响应p d u ( i n f o r m a t i o nc o m m a n da n dr e s p o n s e ) 信息命令及响应p d u 用来在数据链路连接上传送包含信息域并且有序编号的 p d u 。 ( 2 ) r r 命令及响应p d u ( r e c e i v e - r e a d yc o m m a n da n dr e s p o n s e ) r r 命令及响应p d u 用来表示一个站点已经准备好接收信息p d u 。 ( 3 ) r n r 命令及响应p d u ( r e c e i v e - n o t - r e a d yc o m m a n da n dr e s p o n s e ) r n r 命令及响应p d u 用来表示一个站点此时正处于忙状态，暂时不能接收信 息p d u 。 ( 4 ) r e j 命令及响应p d u ( r e j e c tc o m m a n d a n dr e s p o n s e ) l 汪j 命令及响应p d u 用来表示一个站点请求发送站点重新发送某些信息p d u 。 ( 5 ) s r e j 命令及响应p d u ( s e l e c t i v e r e j e c tc o m m a n d a n dr e s p o n s e ) s l 逻j 命令及响应p d u 用来表示一个站点请求发送站点重新发送某个信息 p d u 。 2 2 3 网络层 协议的网络层主要规定了在同一无线子网络中如何交换路由信息和更新拓扑 路由结构表以及其他上层的信息交换规程。 协议主要分析了i n t r a n e t 层。i n t r a n e t 层又叫3 a 层，它是在相同的无线网络 中，在源和可能多个目的地之间传递i n t r a n e tp a c k e t s 。i n t r a n e t 层同时交换拓扑和 连接信息。 第二章m i l s t d - 1 8 9 - 2 2 0 b 协议介绍 i n t r a n e t 层中比较重要的就是i n w a n e th e a d e r ，它的格式如图2 5 所示吲。 l s bm s b o123 45 67 版本号 信息类型 i n t r a n e t 头长度 服务类型 信息标识号 最大跳数空 源地址 目的地中继状态比特l 目的地中继地址1 目的地中继状态比特2 目的地中继地址2 目的地，中继状态比特n 目的地中继地址n 圉2 5i n t r a n e th e a d e r 格式 其中，版本号( v e r s i o n n u m b e r ) 指出当前使用的i n t r a n e t 协议的版本，当前 值为0 ；信息类型( m e s s a g et y p e ) 有o 至1 5 个值。指出i n w a n e t 包中数据域里 的数据类型，比如1 代表i n t r a n e t 应答，2 代表拓扑更新，6 代表x n p 信息等等： i n t r a n e t 头长度( i n t r a n e t h e a d e r l e n g t h ) 是以o c t e t s 为单位，指出i n t r a n e t 头的长 度，最小长度为3o c t e t s ：服务类型( t y p eo fs e r v i c e ) ，这个子域的值是建立在 i pt o s 域的基础之上的；信息标识号( m e s s a g ei d e n t i f i c a t i o nn u m b e r ) 是一个0 - 2 5 5 之问的值，由发送机指定，与源地址一起唯一标识每一个被中继的包：最大跳数 ( m a x i m u mh o pc o u n t ) 指的是在无线网络中，一个i n t r a n e t 包可以被中继的最 大次数。 2 2 4 战术无线网络( c n r ) 的管理过程 这一部分描述了与数据链路层及网络层有关的管理过程。因为战术网络可能 不是完全连接的，两所有的站被提供兼容的操作参数又是非常必要的，所以本协 议定义了一个交换网络参数的信息( e x c h a n g en e t w o r kp a r a m e t e r s ( x n p ) m e s s a g e ) ，x n p 信息在服务类型1 的无编号帧中传送，可以破中继，允许未连 1 2 一种数据无线通信协议的研究 接的站点接入网络，并且可以被用来动态改变网络参数。 x n p 信息的结构如图2 6 所示n l 版本号中转信息头咿信息一个或多个 ( 可选) ( 标识加上基本的信息域) g 岬信息块 幽2 6 x n p 信息的结构 其中，版本号为0 。 入网用户可能不知道网络的拓扑信息，也可能无法联系到网络中的所有用户， 中转信息头就提供了一种方法，使入网用户能够通过i n t r a n e t 中继并且利用相邻 用户来达到入网的目的。它包括源台链路地址( s o u r c e l i n k a d d r e s s ) ，中转) g n p 信息的台的链路地址( f o r w a r d e rl i n ka d d r e s s ) ，目的台链路地址( d e s t i n a t i o n l i n ka d d r e s s ) 。 在一个用户的入网程序中可能要用到六个x n p 信息，它们分别是入网请求 ( j o i nr e q u e s t ) ，入网接受( j o i na c c e p t ) ，入网拒绝( j o i nr e j e c t ) ，参数更新请 求( p a r a m e t e ru p d a t er e q u e s t ) ，参数更新( p a r a m e t e ru p d a t e ) ，延迟时间( d e l a y t i m e ) ，另外还要用到h e l l o 信息和g o o d b y e 信息。 c n r 管理过程包括中心式和分布式的操作。中心式的网络控制指只有一个网 络控制者管理和控制网络的所有方面，在某个时候，只能有一个站被指派为网络 控制者，接入参数仅能从这个网络控制者处获得。分布式的网络控制指允许有多 个站来共享网络控制的功能，接入参数可以从任何一个充当网络控制者的站点处 获得。 由于我们后面要介绍的论询式组网协议适用于中心式网络，所以就介绍加入 中心式网络的过程，如图2 7 所示i l ： 第二章m i l s t d - 1 8 8 - 2 2 0 b 协议介绍 入同用户 中转用户 网络控制台 1 3 圈2 7 加入中心式同络的过程 入网用户先发送以网络控制台为目的台的入网请求信息，如果入网用户由于 距离或拓扑结构的原因无法联系到网络控制台，就不会收到对于入网请求信息的 应答。在这种情况下，入网用户在定时器超时后会重传入网请求信息。若超过最 大重传次数后，入网用户仍然没有收到应答，他就会以广播的方式重新发送入网 请求信息。网络中收到这个入网请求信息，并且愿意加入这次入网过程的用户会 向入网用户回复一个带有x n p 中转信息头的延迟时间信息，入网用户从所有应答 用户中选择一个，作为自己的中转用户，并向这个中转用户发送入网请求。中转 用户会把入网请求信息转发给网络控制台，网络控制台若接受该入网用户的入网 请求，就向中转台发送入网接受信息，中转台把这个信息转发给入网用户，此时， 入网用户会广播一个h e l l o 信息，通知全网用户自己己入网，中转用户收到这个 h e l l o 信息后，会应答入网用户，并把此信息广播到全网用户至此。该入同用户 成功入网。 第三章一种论询式组网协议的实现 第三章一种论询式组网协议的实现 3 1 轮询式组网协议 3 1 1 协议简介 该协议中，网络形式为中心网，指挥台为中心，网络中的用户按下列方式编 号：o 号为中心台，l 至7 号为用户台( 用户台的数目可以扩展) ，o 号台即为指 挥台。组网方式为轮询。 协议中的工作频点只有一个，采用同频单工方式，单跳，即某一时刻只能有 一个台处在发送状态或者接收状态：网络为非同步，每一个台不是同时发送，只 有被点名时，才可以发送数据。工作模式有两种：不组网模式，即端对端的工作 方式( 不组网) ，用户台不需要入网，中心台与用户台之间，用户台与用户台之间 可以直接发送数据：组网模式，即0 号台为中心台。l 至7 号为用户台，用户台 先要入网，并且在入网后中心台以论询点名方式让备用户台发送数据。工作模式 由用户终端选择。 图3 1 为协议简单的工作过程 0122 号台发射3 44 号台发射56701 图3 1 协议的简单工作过程 该协议的工作过程为：仞始化时，未组网，中心台向用户台l 发送用于入网 的0 信标帧，用户台1 接收到此o 信标帧后，向中心台发送入网申请帧，中心台 接收到该入网申请帧，表明用户台l 成功入网。若中心台有数据发送且其目的台 已入网，则发送数据帧。接下来中心台判断是否所有用户台都已经入网，如果还 有台未入网，就需要让未入网的用户继续入网，比如允许用户台2 入网，用户台 2 入网后，中心台依次点名已入网的用户，使其发送数据，之后，如果中心台有 数据要发送且该数据的目的台已入网，就发送数据帧。如果还有用户台没入网， 继续让他们入网。接着点名全部已入网用户台让他们发送数据。然后中心台发送 数据当所有用户台均入网后，就点名每一个用户台，给他们发送数据的机 会，之后中心台发送数据，再接着点名所有用户台，此过程不断循环，直到所有 台发送完数据为止。 1 6 一种数据无线通信协议的研究 3 1 2 协议中的帧格式和用户表 协议中有两种类型的帧：信标帧( s 帧) 和数据帧( i 帧) 。 信标帧( s 帧) 包括四种：中心台发送的让用户入网的0 信标帧，中心台点 名用户台使其发送数据的点名帧，用户台发送的提出入网申请的入网申请帧，当 用户台被点名时，没有数据要发送，向中心台发送的应答分组。信标帧的帧格式 如图3 2 所示。 2 4 b i t8 b i t 帧头保留 l 圈3 2 信标帧帧格式 为了在协议中便于区分，我们对各信标帧的保留字节做了如下规定： 未组网时，中心台发送的让用户台入网的0 信标帧，其保留字节置为0 ； 组网时，中心台发送的让用户台入网的0 信标帧，其保留字节置为2 ； 用户台发送的提出入网申请的入网申请帧，其保留字节置为l ： 中心台点名用户台使其发送数据的点名帧，其保留字节置为3 ： 用户台无数据耍发时，向中心台发送的应答分组，其保留字节鼍为4 。 文中提到的“组网时”指已经有一个用户台入网，但还有其他台没有入网的 情况；“未组网时”指没有一个用户台入网的情况。 数据帧( i 帧) 是载有用户要发送的数据的帧，其帧格式如匿3 3 所示。 2 4 b i t 2 4 b i t