基本通信协议精选(九篇)

第1篇：基本通信协议范文

一、计算机网络通信协议概述

1．通信协议概念。网络通信协议（network communication protocol），通常简称为网络协议（network protocol），就是对计算机之间通信的信息格式、能被收/发双方接受的传送信息内容的一组定义。

2．网络协议的分类。网络协议是一种特殊的软件，是计算机网络实现其功能的最基本机制。网络协议的本质是规则，即各种硬件和软件必须遵循的共同守则。但网络协议又不是一套单独的软件，它通常融合在其他软件系统中。网络协议遍及osi通信模型的各个层次，从我们非常熟悉tcp/ip、http、ftp协议，到ospf、igp等高级路由协议都可以认为是网络协议，有上千种之多。在所有常用的网络协议中，又可以分常用的基础型协议和常用的应用型协议。tcp/ip、ipx/spx、netbeui属于常用的基础型协议；而http、ppp、ftp则属于常用的应用型协议。基础型协议用来提供网络连接服务，它在网络连接和通信活动中必不可少；应用型协议对于网络来说不是必需的，而是在具体应用到网络服务时才需要。

3．网络协议的作用与组成。网络协议所起的主要作用和所适用的应用环境各不相同，有的是专用的，如ipx/spx就专用于novell公本文由http://收集整理司的netware操作系统，而netbeui协议则专用于微软公司的windows系统；有的则是通用的（当然是相对的），如tcp/ip协议就适用于几乎所有的系统和应用环境。在这么多的网络协议中，一般网络用户只需要着重掌握几种常用和主要的协议即可。网络协议包括语义、语法和时序三个组成部分。语义是对协议元素的含义进行解释，不同类型的协议元素所规定的语义是不同的。语法是将若干个协议元素和数据组合在一起用来表达一个完整的内容所应遵循的格式，也就是对信息的数据结构做一种规定。而时序是对事件实现顺序的详细说明。

二、tcp/ip协议族

tcp/ip协议族从字面上理解只有两个协议：tcp协议和ip协议，而事实上它是一个协议集合，而tcp和ip协议是协议族中最基本的最重要的两个协议。

1．ip协议。（1）ipv4协议。ipv4协议运行在网络层上，可实现异构的网络之间的互连互通。它是一种不可靠、无连接的协议。ipv4定义了在整个tcp/ip互联网上数据传输所用的基本单元，规定了互联网上传输数据的确切格式；ip软件完成路由选择的功能，选择一个数据发送的路径；除了数据格式和路由选择精确而正式的定义之外，还包括一组不可靠分组传送思想的规则。ip协议是tcp/ip互联网设计中最基本的部分。（2）ipv6协议。互联网发展到当前的规模，ipv4协议的建立功不可没。但是同时它的缺点也充分显现出来，如地址空间耗尽、路由表急剧膨胀、缺乏对qos的支持、移动性差等。尽管采用了许多新的机制来缓解这些问题，如dhcp技术、nat技术等，但问题没有得到根本解决。终于在1995年12月，ipv6协议诞生，该协议全称“互联网协议第6版”，即下一代的网际协议。相对于ipv4来说，其特点主要有以下两点，首先，讲ipv4的32位ip地址扩大到了128位；另外，在ipv6数据报的首部格式中，用固定格式的扩展首部取代了ipv4中可变长的选项字段。

2．tcp协议。tcp用于在不可靠的互联网上提供可靠的端到端字节流传输服务。在一个tcp连接中，仅有两方进行彼此通信。tcp的功能是：tcp把发送端试题要求发送的数据流分割成适当长度的数据段，然后传给ip层，再由ip层通过网络接口层将包传送给接收端主机。接收端主机接受到数据后，会将数据一路上传给制定的接收端实体。

第2篇：基本通信协议范文

【关键词】 TCP/IP协议 网络安全 防范 应对措施

安全是当前网络性技术发展的着力点，也是基本要求。面对多元化的网络环境。TCP/IP协议的安全问题日益突显，安全问题背后的安全网络体系构建，强调对TCP/IP协议的全面认识，以完善网络安全防护体系。就TCP/IP协议的工作原理及流程来看，协议自身存在先天性的安全问题，如何基于协议特性，阐述TCP/IP协议的安全防护性能，是进一步强化TCP/IP协议安全网络构建的重要基础。本文基于TCP/IP协议的工作原理，就其网络安全防范做了如下阐述。

一、TCP/IP协议的工作原理

相比于传统的OSI模型，TCP/IP协议主要由四个层次构成，具体如图1所示。从图可以知道，TCP/IP协议在功能构建中，基于每一层的功能体现，实现对网络物理接口及活动的处理。因此，TCP/IP协议的功能层称之为协议族，主要包括“ICMP协议”、“IP协议”和“IGMP协议”。在层次之间，传输层的功能体现，主要基于计算机的应用程序，实现“端――端”的网络信息传输。

二、TCP/IP协议的安全分析

就TCP/IP协议本身而言，其在安全性的构建上，存在先天不足的问题，这也是协议安全问题突出的关键所在。具体而言，集中体现在两个方面：（1）协议面向于连接。也就是f，TCP/IP协议的通信建立，在于双方连接的形成。只有在建立连接的基础之上，才能实现通信（具体如图2-1）。因此，TCP/IP协议在通信前需要进行建立，而通信之后，连接便终止。并且，在主机接受到源机的IP数据包之后，需要通过TCP/IP协议进行确认；（2）在进行网络信息传输的过程中，无论是用户、运行商设备，还是协议，IP协议是开放可见的。因此，在安全服务方面，不基于应用程序，或者是网络部件，这样一来，IP协议信息传输的开放性、透明性，导致了安全漏洞的存在，影响TCP/IP协议的安全。

三、基于TCP/IPv4、v6的安全分析

TCP/IP协议的先天不足，决定了其在网络安全中存在安全隐患。但就协议的安全性本质而言，基于协议可以实现有效的信息安全保护。TCP/IPv4是互联网协议的第四版，TCP/ IPv6是IPv4的下一代，是基于IPV4的发展。因此，在安全性上，ipv6的安全性优势更显著。首先，传统TCP/IP协议基于以太网的电器特性而制定，这就导致检验与分包原则，会占用大量的数据包，进而影响了网络的传输效率。就目前的网络发展而言，TCP/IPv4显然无法满足现实需求；其次，IPv6作为IPv4的下一代，在主动性能上，表现出显著的优越性，特别是安全性能的提高，更好满足当前网络安全防范构建的需求。1）IPv6的地址空间更加开阔，IP地址码长度变为了128，那么就有2128-1个地址，相比于IPv4的232-1，地址空间更大了；2）路由表使用更小，能够有效提高路由器转发数据包的速度；3）IPv6的安全性更高，这很大程度上取决于IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，这就极大地提高了网络的安全性。因此，随着Tcp/Ip协议的不断发展，IPv6在安全性能上更由于上一代的IPv4。

结束语：总而言之，TCP/IP协议的安全性问题已日益突显，由于协议本身的先天性缺陷，导致了协议网络问题频繁。但从协议的本质而言，存在网络问题的同时，其安全性防范也值得阐述。基于TCP/IP协议，实现对数据信息的隐蔽、转而，进而实现网络信息安全防护的重要作用。随着现代技术的不断发展，对于TCP/IP协议的安全性构建及防范体系的完善，都是进一步强化安全构建的重要之举。

参 考 文 献

[1]张辉.基于TCP/IP协议的网络安全防御系统设计与实现[J].性网络安全，2012（04）

[2]吴军良.新时期高校网络安全分析与防范对策[J].科技广场，2014（11）

第3篇：基本通信协议范文

关键词：网络协议 形式化分析 符号模型检验

中图分类号：T298K2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）（03）（b）-0034-02

协议一词最早出现在通信系统，协议历史拥有像通信一样古老的历史。从古至今，人们一直都在不断的探索研究，怎样才能建立一个能够在快速在远距离上传输信息的系统。如果想要实现信息在远距离间传递，不光需要硬件设备，也就是发送和接收信号的设备，还需要建立一整套能够规定信号所代表的意义以及传递接收信号方式的规则、标准或者约定，这个规则就是协议。

1 网络协议的基本要素

一套完整的，能够确保计算机网络可以顺利进行数据通信的网络协议要包括下边的五点基本要素：（1）协议所提供的服务。（2）对协议运行环境所进行的假设。（3）用来实现协议的消息词汇。（4）对该词汇中每个消息的编码。（5）用来控制消息一致性的过程规则。

实现计算机之间高度自动化数据通信的网络协议，一般都会极其复杂。借鉴对复杂系统问题分析研究的思想，分层结构对于理解和设计网络协议有着重要的作用。“七层”协议结构模型是目前网络协议的标准体系结构，也成为了网络协议开发的基础。

2 协议的形式化模型

协议分析和设计其中一项核心技术就是形式化模型。网络协议的形式化规格可以在形式化模型的基础上实现，从而为协议的形式化分析与验证、协议综合、协议测试、以及协议实现等提供良好的基础。形式化模型包括以下几点。

2.1 协议的有限状态机模型

有限状态机包括有限状态集、输入集和状态转移规则集；有限状态集，用于描述系统中的不同状态；输入集用于表征系统所接收的不同输入信息；状态转移规则集用于表述系统在接收不同输入下从一个状态转移到另外一个状态的规则。

2.2 Petri网模型

Petri网是一种适合于并发、异步、分布式系统描述与分析的图形数学工具。Petri网已成为网络协议分析和设计的典型形式模型之一。它作为系统描述和分析的工具，除了具有静态结构外，还包括了描述系统动态行为的机制。这一特征是通过允许位置中包含令牌，令牌可以依据迁移的引发而重新分布来实现的。

2.3 协议的时态逻辑模型

时态逻辑是模态逻辑的扩充，它涉及含有时间信息的事件、状态及其关系的命题、谓词和演算。要描述一个协议，首先要标识系统中的个体常量，定义变量，表达命题、谓词函数。以下为命题与谓词的表达。

（1）个体常量m0，m1表示序号为0，1的报文；any表示无序号的任意报文；ack0，ack1表示序号为0，1的认可报文。

（2）个体变量m代表m0，m1，any；ack代表ack0，ack1；seq代表0，1序号；a代表原子行动或事件。

（3）谓词at（a）开始一个协议行动或事件。

2.4 通信进程演算模型

通信进程演算是计算机通信系统的基本理论模型，它也是许多形式化语言的基础。通信进程演算的基本成分是事件与进程，而进程是通过顺序、选择和并行三个基本算子来定义的。一般用大写字母来表示进程，用小写字母来表示事件。

3 协议的形式化设计与验证

协议的设计验证是对协议的功能和性能进行校验的过程，是保证协议开发质量的必要环节。协议形式化验证首先需要对协议性质进行系统的语言描述，然后基于协议的形式模型或者形式语言进行描述，通过适当的技术对协议性质进行分析校验。

3.1 协议的性质描述

设计网络协议的目的就是设计出的协议要满足功能和性能。一方面，协议本身应用问题的特征性对协议的功能和性能具有特殊的要求；另外一方面，协议的功能和性能所拥有的协议的性质，是独立于问题的一般性要求。协议的性质包括活性、安全性、一致性、完备性、可恢复性和有界性六方面。

（1）活性就是指无死锁性，如果在协议运行时候发生一些好事，就叫协议的活性，像发生预定的事情，能够到达指定的协议状态，可以进行应该进行的协议活动等都是协议的好事情。协议的终止性和进展性两反面可以体现协议的活性。也就是说具有终止性和进展性的协议就拥有活性。如果协议能够在从任何一状态下开始运行都能正确的到达终止状态，就是协议的终止性。终止状态在某些情况下也会和初始状态是同一个。所以协议总能从初始状态开始运行然后正确的回到初始状态，并可反复运行，这就是协议的可重复性，即可重复性=终止性+进展性=活动性。

（2）安全性就是没有坏的事情出现在协议运行的时候。像不可接收事件、不可进一步向前的状态、错误的行动、错误的条件、变量值越界等都是坏的事情。坏事情一般会导致死锁和活锁两种情况发生。

（3）一致性就是指协议的服务行为和协议行为保持一致。像协议需要为用户提供的所要求的业务和不用提供用户没有要求提供的业务都体现了协议的一致性。

（4）完备性，协议拥有完全符合协议环境各种要求的性质，也就是在考虑了用户要求、用户特点、通道性质、工作模式等各种潜在影响因素之后构建的协议构造，同时兼备考虑各种错误事件以及异常情况的处理。

（5）可恢复性是指当协议出现差错后，协议本身能否在有限的步骤内返回到正常状态下执行。可恢复性是和可重复性相关联的一个性质。

（6）有界性是与协议中的变量和参数有关的一个性质，用来衡量协议中的变量和参数是否超过其限定值。

3.2 不变性分析

系统不变性是某一逻辑公式表达的系统性质的永真性，它不随系统的状态变化或执行序列而改变。系统不变性分析实际包含两个任务。第一是分析系统应该具有的不变性质，并用逻辑公式来表示，第二个任务是分析系统的执行，证明该逻辑公式成立。

3.3 可达性分析

可达性分析是试图产生和检查协议所有部分的可达状态，进而检验基于状态或者基于状态序列的协议性质。所谓可达状态是指协议从初始状态开始经历有限次转换之后可达到的状态，所有可达状态构成了系统状态空间。可达性分析算法是用来生成并检验一个特定的初始状态可达的所有状态算法。

3.4 基于有序二叉判决图的符号模型检验

符号模型检验是采用紧凑的信息压缩形式来隐式表示系统可达状态和要求证明性质的逻辑公式的模型检验。有序二叉判决图是隐式、高效率表示状态空间的一种数据结构。基于有序二叉判决图的符号模型检验是分析验证协议系统的有效技术。

基于有序二叉判决图实现的模型检验算法能有效地避免状态爆炸的问题，使得验证系统适用的系统规模扩大，现已能对具有多达1020个状态的系统进行验证。基于有序二叉判决图的符号模型验证主要考虑以下几个方面：状态的布尔公式表示；状态转移关系的布尔公式表示；Kripke结构的布尔公式表示；CTL公式在布尔公式表示的Kripke结构上的解释。

现用QBF公式表示Kripke结构，并把用这些符号表示的Kripke结构上的CTL算子用QBF上的算子来描述。实际上，因为逻辑连接词在CTL*和QBF上有着相同的意义，所以只需要刻画算子EN，而其它的CTL*的算子可以通过EN和逻辑运算的函数不动点进行描述。

4 网络协议的测试

测试是保证网络协议质量的一个重要手段，是协议实现过程中的一种实验活动。尽管测试并不能完全证明协议实现的正确性，但是在系统的测试活动检查下，可以把协议在实现过程中出错的概率降低到实际应用可以接受的程度。

相对而言，基于有限状态机模型的协议测试方法有比较高的错误覆盖率。然而，在实际中，协议规格的状态机模型并不满足对有限状态机的假设，即便满足，相应的测试生成算法也太复杂，生成的测试序列也太长，测试成本太高。随时着各种各样的有限状态机规格的广泛使用，借助于软件数据流测试的思想，基于数据流的协议测试序列生成方法相应得到了研究应用。数据流测试通常基于有向数据流图。在理想情况下，测试所有可能的输入数据将提供最完全的程序行为信息，而在实际测试中，通常选择一个可以代表整个输入域的子集。

5 结语

形式化方法是基于严密的、数学上的形式机制的系统研究方法。客观地讲，有了数学的应用，就有了形式化的方法。迄今为止，形式化方法成功地应用于空中交通管制系统、铁路信号系统、核电站控制系统、通信系统、医疗监护系统、硬件电路等诸多领域。网络协议的形式化分析和设计正在向完善化、系统化、自动化和标准化方向发展。

参考文献

第4篇：基本通信协议范文

1统一信息网空间数据通信传输协议研究的意义

现阶段，数据通信存在诸多的不足，主要表现在较高的误码率、非对称信道、易中断的通信链路等，为了有效解决上述问题，采用了传统的TCP/IP，此时的空间通信协议，虽然控制了航天任务开发、维护的成本，保证了空间信息网与地面互联网二者间的有效互通，但也产生了一系列的新问题，如：对航天器的处理能力有着较高的要求，协议未能满足空间链路的需求，在此情况下，空间通信问题仍较为严峻，制约着我国航天航空事业的发展。因此，根据空间通信的特点及需求，国际组织提出了空间通信协议规范，即：SCPS。当前，我国航天航空主要采用CCSDS协议对天地间的数据进行传输与处理，对SCPS协议的使用缺少广泛性，因此，关于SCPS协议的研究需不断完善，以此满足我国天空地一体化信息网发展的需求。

2空间信息网构架

在天空地一体化信息网络构建过程中，最为关键的便是飞行器组网技术，目前，我国的卫星网络主要分为三类，分别为同步轨道、中低轨道及多层轨道卫星网络，第一类的优点为组网结构简单、卫星节点间位置及星间链路较为稳定，第二类与第三类的网络中存在两种星间链路，分别存在于轨内与轨间。根据我国卫星网络的实际情况可知，卫星组网难度较大，对技术有着较高的要求。为了有效解决统一信息网中飞行器的组网问题，本文提出了有线等效网络的空间信息网构架，首先，对太空中的飞行器进行分类处理，其处理依据为区域、轨道与功能等；其次，将一颗同步卫星和飞行器借助无线链路进行连接组网，进而构成了短期有限局部区域网；再次，将固定飞行器，即：同步卫星与地面站，借助链路连接成网，进而构成了长期稳定的有线网络；最后，将短期有限网络通过切换技术转变为稳定的长期有线网，并将长期稳定的有线网络与短期稳定的空间局域网进行连接，进而构成空间广域网[1]。本文提出了基于有线等效网络的空间信息网架构，它是由基于有线等效网络的空间局域网、空间广域网及越区切换协议组成的，该信息网对空间飞行器进行了分级组网，在此基础上，飞行器间借助无线链路实现了连接，进而形成了有线网络，即：有线等效网络。上述研究不仅满足了统一信息网络关键技术需求，同时也适应了知识产权发展的需要。通过天空地一体化通信网络的研究，实现了全球覆盖通信，保证了航天星-地资源的高效利用，提高了对中低轨航天器的精密测控，延伸了通信网络实现了一体化的5W通信服务。

3空间通信传输协议规范

在20世纪末，空间数据系统咨询委员会提出了空间通信协议规范，即，SCPS，它根据空间传输环境的特性，对传统的TCP/IP协议栈进行了修改与扩展，在此基础上，制定了网络协议、安全协议、传输协议与文件协议，SCPS实现的基础为Internet，通过修改与扩充后，有效解决了空间通信中存在的问题，提高了空间数据传输的完整性、有效性与可靠性。在国外，关于SCPS的研究与应用均较为广泛，但在国内，受诸多因素的影响，我国测控和通信领域均应用着CCSDS标准，而对于SCPS的研究十分匮乏，在此情况下，制约着我国航天航空事业的发展，造成了大量资源的浪费，增加了空间系统的成本[2]。通过SCPS传输协议的设计，满足了当前或未来空间通信环境的需求，此协议修改了标准协议，进而有效解决了空间环境与资源限制的相关问题，具体的问题有窗口缩放比例、往返时间测量、记录边界指示及高度对称通信信道性能下的应答机制等。针对不同的通信环境，TCP提供了扩展的有效技术，满足了互联网社区的需要，当前，互联网主要用于地面通信环境，因此，TCP侧重于优化此环境的服务。但地面和空间环境对通信协议性能的影响存在差异，空间环境下的属性倾向于移动和无线通信，因此，SCPS应优化移动和无线通信社区的服务。在通信环境不同的问题得到解决后，SCPS传输协议要对TCP进行进一步规范，主要体现在误比特率、RTT、连接连通性、链路性能及内存性能等方面[3]。

4结论

第5篇：基本通信协议范文

数字家庭是由家庭网络作为核心以连接个人计算机、信息家电、数字影音家电、数字电视及白色家电等消费性电子产品从而形成联网家庭（Connected Home）架构，并通过特定的家庭服务器（Home Server）或家庭网关设备（Home Gateway）以整合相关网络系统，来实现诸如家庭娱乐、家庭信息处理、家庭通信、家庭控制、家庭安防、居家照护、家电远端维修、及数字互动电视等未来e化智能型生活愿景（典型服务见图1）。

随着计算机、通信技术的发展与IP网络光纤通道、有线电视网络、移动通信网络的建设，使3C（计算机，消费电子和通信）融合成为信息产业发展的重要趋势，同时也为家用电子系统产生创造性的新型应用模式。对于3C融合，国际上目前尚无事实标准，但以大企业和企业联盟为主的国际标准团体正在加快相关标准的制定，加速构建新一轮的标准垄断。目前国际上跨国企业联盟在应用层面上的面向前端设备互联互通的标准制定非常活跃，多种标准在蓬勃发展，其中具有代表性的标准组织首先有ISO/IEC/JTC1/SC25（信息技术设备互连），另外还包括欧洲和北美洲的UPnP、DLNA，与亚洲的IGRS、ECHONET等。

ISO/IEC/JTC1/SC25是国际标准化组织/国际电工委员会信息技术委员会的25分委员会，主要致力于信息技术设备之间互连的标准。由来自亚洲、欧洲和北美的25个参与国和12个观察员成员组成。中国是其成员国之一。SC25分为三个工作组：WG1，WG3和WG4。其中WG1的研究内容为家用电子系统HES(The Home Electronic System)。该工作组专门致力于制定家庭电子系统领域的国际标准。HES最主要的设计目标是为产品厂商提供软件、硬件规范，使该产品能够与多种家庭自动化网络互连互通。

为了完成这个功能，该工作组的家庭电子系统结构中包含如下一些要素：通用接口；家庭网关；应用互操作性方法和模型。HES还负责研究在商用和商住两用楼中的命令、控制和通信网络中的具体应用。目前SC25/WG1正在进行下列领域相关标准的研究和制定：家庭网关、应用互操作性、宽带家庭网络、家庭网络中的保密、私密和安全性等。

UPnP（通用即插即用）是以微软、INTEL等公司为主要成员，包含国际上700多家企业的国际组织所制定的一个面向家庭的，致力于家庭设备互联互通的标准，目前其1.0版本已经，2.0版本正在制定中。为解决在家庭中UPnP协议对于控制类设备的实现相对复杂、不适合于家庭控制子网的情况，微软联合通用电器公司联合制定了简单控制协议（SCP），用于家电设备的自动控制，其与UPnP主网络通过一个控制子网关进行协议转换和信息传递。

“数字家庭工作组”Digital Home Working Group(DHWG)(现改名为“数字生活网络联盟”Digital Living Network Alliance (DLNA))于2003年6月成立，由Intel、Sony、Microsoft、HP、Nokia、Panasonic、Philips、Samsung等公司发起，目前有190多家厂家参加，包括中国的联想、TCL、华为、中兴等。该组织的目标是使消费者可以通过有线/无线网络，将家中的PC、电视、机顶盒、音响、手机、PDA、DVD播放机等多种设备共享信息。目前该协会已经制定完成了DLNA1.0，定义了具有保存、发送数字内容等功能的DMS（Digital Media Server）和负责数字内容播放的DMP（Digital Media Player）。DMS与DMP之间通过有线LAN、无线LAN、IPv4或UPnP（通用即插即用）等开放标准连接。

身为家电王国的日本很早就开展了家庭网络技术和标准的研究。早在1997年由夏普、东芝、日立、松下、三菱等日本大公司共同成立了Energy Conservation and Homecare Network（ECHONET）协会，其研究内容包括用于ECHONET的通信中间件、通信接口、通信协议等。 ECHONET是在家庭监控应用方面具有代表性的标准化组织。截止到2004年4月，该协会共有110个成员。在2002年4月，东芝已开始销售可以上网的冰箱、微波炉、洗衣机。随后，日立、松下等公司陆续推出符合ECHONET规范的产品。在3.0版本中，ECHONET在底层传输媒介中增加了蓝牙和以太网，这样ECHONET标准可使用的传输媒介由此前的5种(电线、特定小功率无线、扩展HBS用双绞线、红外线、遵照LonTalk的小功率无线)增至7种。

2003年7月，经中国信息产业部批准，由联想、TCL、康佳、海信、长城等5家企业发起的“信息设备资源共享协同服务”标准工作组(简称IGRS标准工作组)正式成立。信息设备资源共享协同服务标准(IGRS标准)，是新一代网络信息设备的交换技术和接口规范，即在通信及内容安全机制的保证下，支持各种3C设备智能互联、资源共享和协同服务，实现“3C设备＋网络运营＋内容/服务”的全新网络架构，为未来的终端设备提供商、网络运营商和网络内容/服务提供商创造出健康清晰的赢利模式，为用户提供高质量的信息服务和娱乐方式。

IGRS标准是使不同品牌的电视、计算机、家用电器、手机等设备之间安全便捷进行协同工作的统一标准，它保障了设备之间可以便捷、高效的协同工作，将数字设备的功能尽可能的发挥出来，是未来我们的数字生活将会无处不用到的标准。

IGRS标准工作组在成立及发展过程中得到了包括信息产业部、建设部、国家发改委、科技部和北京市政府在内的各级政府部门的大力支持。目前该工作组成员已达85家，包括学术机构、网络运营商、软件中间件、芯片、终端制造商、内容供应商等，基本涵盖了产业链的各个环节的国内外产业巨头；联盟成员占据中国PC市场份额的41.7%，手机市场46%，电视市场的84.3%，形成了一个非常健康的产业链。目前已有多款产品上市，2006年的产品销量已经达到200多万台，具有初步的产业规模。IGRS标准的体系架构和技术方案也具有行业领先性，其自主知识产权的发明专利数量已达到204项。该标准于2005年6月29日正式获批成为国家推荐性行业标准（SJ/T 11310－2005，SJ/T 11311－2005），成为中国第一个“3C协同产业数字家庭技术标准”。

2004年，在国家建设部，信息产业部和北京市的领导下，IGRS标准工作组参与了《建筑及居住区数子化技术应用》标准的制定工作，并负责完成了“家用电子系统”的编制工作。

2006年9月，IGRS标准提案获得了国际标准组织ISO/IEC JTC1 SC25的立项支持，并已进入委员会草案（Committee Draft）投票表决（ISO/IEC CD 14543-5-1“信息技术 家用电子系统体系结构 用于HES第二、三类的信息设备资源共享协同服务IGRS 第5-1部分：基础协议”，ISO/IEC CD 14543-5-4“信息技术 家用电子系统体系结构 用于HES第二、三类的信息设备资源共享协同服务IGRS（HES第二、三类）第5-4部分：设备验证”）。2006年10月，IGRS标准荣获由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会设立的首届“中国标准创新贡献奖”一等奖。目前，IGRS标准工作组的核心成员正在积极参与“国家数字社区示范工程”的建设，并于2006年得到了“十一五”国家科技支撑计划重大项目――“现代服务业共性技术支撑体系与应用示范工程”这一专项的支持。这一由科技部、建设部支持的项目主要是为了推动数字社区和数字家庭产业的成熟，并计划至2008年，在青岛、济南建设5个智能小区和多个数字社区，这些小区内的家用电子系统和信息管理系统将全部采用IGRS标准进行建设。

中国IGRS标准工作组与日本ECHONET Consortium、韩国Home Network Forum等三方标准组织已于2006年3月签署协议，正式联合成立了亚洲第一个跨地区的家庭网络标准组织“亚洲家庭网络标准委员会(Asia Home Network Council)”；IGRS标准工作组还与其他国际标准组织开展了深入合作，包括CEPCA，IPv6 Forum，DLNA，UPnP等。IGRS标准的国际合作力度与国际影响力正在日益增强。

此外，在相关领域中的国内标准组织包括“家庭网络标准工作组”、“数字电视标准工作组”、“数字音视频编解码技术标准工作组（AVS）”、“中国无线个域网标准工作组（C-WPAN）”等均在数字生活领域做出了一定的贡献。

1. 《建筑及居住区数字化技术应用》标准中的家用电子系统应用

在建设部与信产部共同指导下，IGRS标准工作组配合《建筑及住宅社区数字化技术应用》国家标准编制委员会完成了GB/T 20299-2006《建筑及居住区数字化技术应用》标准中的家用电子系统部分。因此，在实现家用电子系统应用层协议时，建议开发者与建筑商遵守“SJ/T 11310-2005”标准和“SJ/T 11311-2005”标准中定义的详细规范性要求。

《建筑及居住区数字化技术应用》标准的家用电子系统服务应用场景具体可分为以下三个方面――家庭、办公和公共移动场所：

（1）在家庭环境中

把计算机（PC/NB）中存储的多媒体文件（电影、MP3、照片等）播放到电视上；

把电视内容录制到计算机上；

手机拍摄的照片直接投到电视上；

用手机遥控家用电器的开关；

通过家庭网关进行设备间的互联（包括连接互联网）。

（2）在办公环境中

笔记本和投影机智能互联，手机控制PPT播放；

笔记本之间自由方便地交换文件；

打印机驱动自动下载安装。

（3）在公共移动场所中

利用手机的摄像功能和笔记本的通讯功能，协同工作召开远程视频会议；

在机场，手机与手机智能连接，玩游戏；

用手机遥控家用电器的开关。

术语和定义

下列术语和定义适用于本部分：

1. 家用电子应用层协议设备IGRS device

符合家用电子应用层协议的设备。

2.设备标识符device identifier

用于区分不同家用电子应用层协议设备的标识。

3.设备管道device pipe

符合本部分规定的传输设备间交互消息的通道。

4.设备组device group

多个家用电子应用层协议设备遵循本部分规定的交互规则形成的设备群组，包括对等设备组和主从设备组两种类型。

5.对等设备组peer device group

组内各家用电子应用层协议设备为对等关系的设备组。

6.主从设备组centralized device group

组内存在一个家用电子应用层协议主设备的设备组。家用电子应用层协议主设备管理设备组的创建、解散和家用电子应用层协议从设备的加入。组内的家用电子应用层协议主设备与家用电子应用层协议从设备构成主从关系。

7.家用电子应用层协议服务IGRS service

家用电子应用层协议设备提供的符合本部分规定的可共享资源。家用电子应用层协议服务基于本部分规定的模板描述，基于本部分规定的机制，并且能够通过本部分规定的使用机制被家用电子应用层协议客户调用。

8.服务类型service type

家用电子应用层协议服务分为多种类型，实现同一类型的服务程序具有相同的调用接口和事件机制。

9.服务标识符service identifier

家用电子应用层协议设备上用于区别不同家用电子应用层协议服务的标识。

10.家用电子应用层协议客户IGRS client

家用电子应用层协议设备上调用家用电子应用层协议服务的应用程序。

11.客户标识符client identifier

家用电子应用层协议设备上用于区别不同家用电子应用层协议客户的标识。

12.家用电子应用层协议用户IGRS user

家用电子应用层协议设备和家用电子应用层协议客户的拥有者。

13.用户标识符user identifier

家用电子应用层协议用户的身份标识。

14.测试设备test devices

能够发出、接收、校验符合家用电子应用层协议的基础协议规定的网络消息的实体。

家用电子系统应用层协议实现要求

1.概述

参考SJ/T 11310－2005《信息设备资源共享协同服务》系列标准中的要求，家用电子系统应用层协议实现时应该参照以下描述：

家用电子应用层协议的目标是在企业、公共场所、个人以及家庭所涉及的设备互连时，通过遵循共同资源描述及功能服务接口标准，使设备能够有效实现资源开放及服务协同，提高设备间功能的互操作性。从而最大限度的利用各个设备所拥有的功能，同时创造更多的单个设备所不具备的功能。

家用电子应用层协议本身是一个应用层的协议，支持各种底层的物理连接介质，包括WiFi，蓝牙，以太网，UWB，PLC等等，因此适合于家用电子系统的应用与实施。家用电子系统通过实现家用电子应用层协议可以简化各设备之间连接配置的复杂性，同时可以在各个设备之间共享彼此的资源，为客户提供更多更新的应用体验。

多个信息设备通过家用电子应用层协议构成家用电子应用网络。家用电子应用网络的最小构成元素为设备，各个设备上具有一些可被其他设备所共享的资源。各个设备上所具有的可共享资源在家用电子应用层协议体系中划分为两类，一类为以计算为中心的共享资源，称之为服务，一类为以数据为中心的共享资源，称之为数据集合。家用电子应用层协议将会对常见的服务和数据制定相应的类型及接口标准。用户通过和相应类型的服务或数据相匹配的服务或数据客户端即可使用家用电子应用网络中各个设备上的共享资源。

家用电子应用层协议层次结构如图5。家用电子应用层协议支持各种设备通过有线局域网、无线局域网、蓝牙等网络连接，传输与网络协议基于TCP/IP协议，设备交互消息框架基于HTTP/1.1，设备发现与资源共享基于家用电子应用层协议的基础协议，设备协同服务基于家用电子应用层协议的应用框架。

设备连接、传输与网络协议以及设备交互消息框架采用现有的并被广泛应用的网络技术，家用电子应用层协议的

基础协议、家用电子应用层协议的应用框架及家用电子应用层协议的基础及扩展应用构成了家用电子应用层协议的主要内容，其中家用电子应用层协议的基础协议定义了家用电子应用层协议设备间的组网和客户与服务间的交互机制，在基础协议的基础上，家用电子应用层协议的应用框架为各种家用电子应用抽象并定义出相应的标准服务和交互逻辑，而各种家用电子应用可以基于对应的家用电子应用层协议的应用框架进行标准化实现，保证互操作。

2.家用电子应用层协议的基础协议

家用电子应用层协议的基础协议规定了家用电子应用层协议设备间相互发现及资源共享的机制，包括设备相互发现机制、设备间管道创建机制、服务发现机制、设备组管理机制、会话管理机制和服务访问机制。

设备相互发现机制定义了家用电子应用层协议设备在网络上宣告自身及发现其他设备信息的机制，设备管道创建机制定义了两个家用电子应用层协议设备间建立可靠的交互管道的机制，设备组管理机制定义了多个家用电子应用层协议设备形成特定的设备群组的机制，服务发现机制定义了家用电子应用层协议客户发现家用电子应用层协议服务的机制，会话管理机制定义家用电子应用层协议客户访问家用电子应用层协议服务时的会话创建和维护的机制，服务访问机制定义家用电子应用层协议客户调用家用电子应用层协议服务的交互机制。

3.家用电子应用层协议的应用框架

家用电子应用层协议的应用框架是基于基础协议、面向最终应用而定义的一系列应用交互规则，如面向家庭多媒体应用的音频/视频应用框架定义家庭场景中各种音频/视频相关设备为实现音频/视频应用所应具备的家用电子应用层协议服务与家用电子应用层协议客户间的配合关系。

4.家用电子应用

家用电子应用基于家用电子应用层协议的基础协议和家用电子应用层协议的应用框架，包括家用电子应用层协议的基础应用和家用电子应用层协议的扩展应用两种类型。家用电子应用层协议设备按用途可分为多种设备类型，家用电子应用层协议基础应用是家用电子应用层协议规定的与具体设备类型相关、具有家用电子应用层协议设备功能的标准应用，某种类型的家用电子应用层协议设备上存在某些标准的家用电子应用。家用电子应用层协议的扩展应用是应用程序开发者基于家用电子应用层协议的基础协议和家用电子应用层协议的应用框架开发的符合家用电子应用层协议的应用，以更好地发挥家用电子应用层协议设备功能。

一个家用电子应用层协议应用由一个或多个家用电子应用层协议服务和一个或多个使用家用电子应用层协议服务的家用电子应用层协议客户交互完成。典型情况下一个家用电子应用层协议应用交互如图6所示：

5.家用电子应用层协议与其他标准之间的关系

第6篇：基本通信协议范文

关键字：无线传感器网络；LEACH；PEGASIS；路由协议

中图分类号：TP393 文件标志码：A 文章编号：2095-2163（2015）05-

Cluster-Chain Routing Protocol for Wireless Sensor Networks based Layer

WANG Yanhong

（Nantong Shipping College Management information Department， Nantong Jiangsu 226010，China）

Abstract： Energy effective utilization is the most important goal to routing algorithm . Based on LEACH and PEGASIS algorithm， this paper designs a Routing Protocol on base of hierarchical Cluster heading into Chain （Layer -based Cluster-Chain Routing Protocol for Wireless Sensor Networks）. The algorithm separates network into layers and runs in two stages. In the first phase each layer of the nodes clusters according to the greedy algorithm， and in the second stage it selects the largest residual energy of a cluster head node to communicate directly with the base station as a leader node. The rest of the cluster head nodes choose the nearest cluster head nodes to do multi-hop communication. And the experiment shows that the improved algorithm can effectively prolong the network life cycle and reduce the data latency.

Key words： Wireless Sensor Network （WSN）； LEACH； PEGASIS； Routing Protocol

0引 言

无线传感器网络（Wireless sensor networks ，WSN）是一种特殊的网络，与以往的传统无线网络相比具有鲜明显著的特点。无线传感器网络由成千上万微型传感器节点所组成，无线传感器网络节点由于受到成本的限制，使得节点的感知能力、通信能力和数据处理能力都非常有限[1]。正是无线传感器网络中节点的这些物理特性使得无线传感器网络路由协议在设计时面临着很多挑战。其中，无线传感器网络节点由于电池供电能量有限则可证得当下即是无线传感网络路由协议设计升级时的重点研发因素。基于此，有效利用节点能量、并延长网络生命周期就势将成为路由协议设计中的现实关键研究课题[2-3]。相应地，本文将针对这一领域方向展开如下具体分析研究。

1相关工作

无线传感器网络路由协议根据网络拓扑结构可以将路由协议分成两大类，平面路由和分簇路由。其中的分簇路由将网络分成多个子集，每个子集称为一个簇，由簇首和多个簇内节点组成。由于分簇协议能够平衡节点负载，与平面路由相比分簇协议能够有效地延长网络生命周期。因此，分簇协议是近期学者研究的重点。典型的分簇路由主要有LEACH、PEGASIS、HEED、TEEN等。尤其是LEACH[4]是最早提出的、也是经典的分簇协议之一，LEACH协议采用“轮”机制，每轮分为簇首选举、成簇和数据传输三个阶段，簇首负责收集簇内节点数据并将数据直接传输给基站。相对于一般的平面静态路由协议，LEACH可以将网络生存时间延长近15%。但是LEACH协议仍然表现有明显的不足，例如随机选取簇首导致簇首分布不均匀，簇首与基站直接通信导致通信能耗过大。这些都影响着网络的生命周期，所以大量学者基于LEACH做了很多改进性研究。文献[5，6]主要从簇首的选举进行优化，在LEACH协议中引入竞争机制，保证簇首的分布。文献[7]针对LEACH协议中簇首直接与基站通信的缺点提出了一定改进，在簇首间采用多跳传输通信，降低远离基站簇首节点的通信能耗，从而延长网络生命。文献[8]同样是针对簇首间通信的改进，簇首间以基站为根形成最小生成树多跳通信。

PEGASIS[9]协议是在LEACH基础上改进演变而来的，与LEACH协议不同的是PEGASIS协议将网络看成一个簇，只有一个簇首。PEGASIS协议的主要思想是将全网节点形成一条链，链上随机选出簇首节点，在数据传输阶段链上的普通节点只与自己相邻的节点通信，最后数据汇聚到链上的簇首节点，簇首节点直接将数据发送到基站。由于PEGASIS协议在全网形成一条链，链上的节点只需与相邻的节点通信，如此即显著降低了节点的通信能耗，但在此同时PEGASIS协议却增加了数据传输的时延。

为了有效延长网络生命周期，基于LEACH和PEGASIS协议的众多后续升级算法则相继获得提出。文献[10]提出了簇首成链算法，该算法就是基于LEACH和PEGASIS两种协议的结合改进，在改进的簇首选择机制的基础上，簇首按照PEGASIS协议形成链，算法中采用链式簇首间链式能够平衡簇首的负载，但是并没有考虑链式路由带来的数据延迟。为了解决这个问题，该文设计出了基于分层的簇首成链协议，协议将网络分层，每层中的节点采用贪婪算法形成一条链，每层随机选出簇首，簇首间同样采用链式通信。其后的应用实践表明该协议能够适应大型网络结构、降低能耗、延长网络周期。

2 系统模型

2.1模型假设

假设传感器网络中 N 个传感器节点分布在一定的区域当中，并且具有以下性质：

（1） 节点在监测区域内均匀分布并保持静止不动，所有的节点是同质的，即初始能量、计算能量、存储能力都相同；

（2） 每个节点能够计算自身的剩余能量以及自身的地理位置；

（3） 基站位于传感器监测区域以外的固定一点，基站能量不受限制，物理安全有保证；

（4） 相邻监测区域内的数据具有相关性，可以进行数据融合；

（5） 节点之间通信链路是对称的，例如节点a发送数据到节点v消耗的能量等于节点v发送数据到节点a的能耗。

2.2 能量模型

本协议的能量模型采用LEACH协议中的能量模型[11]。式（1）为发射 bit数据耗损的能量，由发射电路耗损和功率放大耗损两部分构成。功率放大耗损根据发送者和接收者之间的距离（ 表示通信距离， 为其临界值）分别采用自由空间模型和多路径衰减模型。具体地， 为发射电路的耗损能量； 和 分别表示两种信道模型下功率放大所需能量。式（2）为接收 数据的能量耗损，仅由电路耗损引起。

数据发送： （1）

数据接收： （2）

3改进的路由协议

本文结合 LEACH 和 PERASIS 的协议各自的优点，提出一个基于分层的簇首成链的路由协议LCCRP（Layer Based Cluster-Chain Routing Protocol）。LCCRP算法摒弃了LEACH 和PERASIS 各自的缺点，采用了如下的分层思想，即簇内成链传输数据至簇首，数据汇总后再簇首成链传送数据至基站。在此假设一个无线传感器网络的N个节点均匀分布在L（m）×L（m）的区域内。如果N等于100，即可假设每层的节点个数等于10，那么就把区域分成了10层，如图1所示。

图1 100个节点被分成10层

Fig.1 100 nodes are divided into 10 layers

3.1成簇阶段

在这个阶段，每层随机选择一个节点作为簇首，然后簇首节点向层的两端发送消息宣告自己是簇首节点，之后每层的端节点向距离自己最近的邻居节点发送数据，邻居节点接收到数据后、并将数据融合后再转发给自己的邻居节点，直到每层的数据都到达簇首。本文采用类似LEACH协议中的簇首选举机制，簇首选举公式如公式（3）所示。

（3）

簇首选举成功之后，每层节点入簇，和LEACH协议不同的是节点不再根据收到信号强弱加入簇，而是由每层选举出来的簇首向层两端最远距离发送成链的信息，每层距离簇首最远的两个端点则将选择离自己最近的节点作为下一跳，最终每层的节点形成一条链通信。

在此，研究中举例说明了某一层的成簇过程，具体如图2所示。图2中黑色的节点代表随机选出的簇首节点。在开始的时候层两端的节点收到由簇首发来的消息，两端的两个节点就可以把数据以及簇首的消息发送给邻居节点，邻居节点在收到上个节点发来的数据后将自己的数据与之融合再转发给邻居节点，以此类推直至数据都到达簇首。

图2 簇内数据传输过程

Fig.2 Data transmission within a cluster

在每层内节点只须与自己相邻的两个节点通信，减少了节点之间传送数据的平均距离。簇内的节点除了两端的节点都要将数据融合后再转发，减少了数据转发量。当分簇完成之后，进入到第二个阶段，簇间路由的形成。

3.2簇间路由

如上面所述，当所有层的节点将数据发送给每层的簇首之后，即进入到簇间通信的阶段。首先在所有的簇首中选出剩余能量最大的作为簇首链的Leader节点。每个簇首节点向其他簇首节点广播自己的剩余能量消息。每个簇首节点接收到这样消息时对比自己的剩余能量与接收到的节点的剩余能量大小。如果一个簇首节点发现自己的能量比其他的簇首节点都大，就将作为Leader节点并向其他簇首广播。当有两个以上的簇首剩余能量都最大，为了避免冲突，第一个发送广播消息的簇首则当选Leader。每层的簇首同样看成一个簇，Leader节点即是簇首，其他层的簇首节点形成链式多跳通信。Leader节点向离自己最远的两个簇首发送消息，簇首间以贪心算法形成链。簇首节点依次向自己的邻居节点发送数据。邻居节点接收到数据后将数据与自己的数据融合后转发。当所有数据到达簇首的Leader节点后，Leader节点将数据与自己的数据融合后发送给基站。在图3中显示了LCCRP算法的数据传输过程。

图3 LCCRP算法的数据传输过程

Fig.3 Data transmission process of the LCCPR algorithm

3.3数据传输

当簇间路由形成阶段完成之后网络进入数据传输，首先每层的节点收集数据，之后每层的簇首向层内两端节点发送消息，两端的节点接收到簇首发来的消息就将自己的数据按照层内的数据链转发给离自己最近的邻居节点，邻居节点收到上个节点发来的数据并与自己的数据融合后转发至邻居节点依次类推直到层内的数据汇总到簇首，然后簇内节点进入休眠状态。在簇间路由中数据的传输与簇内传输类似，由选出的Leader节点向最远的两个簇首节点发送令牌环，离Leader最远的两个簇首节点将接收到的数据融合后，继而转发给临近层的簇首，直至数据汇聚到Leader节点，Leader节点则与基站直接通信。

3.4改进后的算法过程

LCCRP算法的执行过程如下：

（1）网络分层，由基站将网络均匀分层。

（2）簇首选举，采用类似LEACH协议相同的选举方法选出每层的簇首节点。

（3）各层成链，由选举出的簇首节点向层的两端节点发送成链信号，每层节点采用贪婪算法形成链。

（4）簇间路由，在所有的簇首中选出能量最大的簇首节点作为Leader节点，簇首间的通信同样以Leader节点为簇首们的簇首形成链。最后由Leader节点直接与基站通信。

（5）数据传输，当簇首间路由建立之后，网络进入数据传输，首先每层的簇首节点向链上最远的两端节点发送收集数据的信息包，每层的节点依次将数据转发至本层的簇首节点，之后每层的簇首节点同样通过簇间路由将数据转发至Leader节点，最后由Leader节点将数据直接发送给基站。

4仿真分析

本文采用了 MATLAB 软件对 LCCRP算法，LEACH 算法和 PEGASIS 算法进行了对比，分别从网络生存周期和数据传输时延两方面考虑，评价 LCCRP算法的性能。在范围为100 m×100 m 的区域内有100个传感器节点，设节点的坐标值在（ 0，0） ～（ 100，100）范围内变化，BS 设定于（ 50，-25） 的位置上，节点的初始能量 =1J，发送和接收电路通信耗能 =50nJ/bit，数据融合耗能 =5nJ/bit/ signal， 和 分别为0.001 3 pJ/bit/m^4、10pJ/bit/m^2。

LCCRP 算法改进了已有算法中节点负载不均衡，能量消耗差异等缺点，以延长整个网络生存周期为设计目标，结合LEACH协议和PEGASIS协议，汲取了两者的优点、同时摒弃了各自不足，通过采用簇首间链式多跳通信降低了簇首与基站直接通信的能耗，并且将网络分层结合使得每层的链明显减短，由此而降低了PEGASIS协议将整个网络形成一条链带来的数据延迟。

其中图 4 表示的是 LCCRP 协议与LEACH 协议，PEGASIS 协议平均一轮能量消耗的比较。由于传感器的节点分布，簇头的选择以及成链的随机因素很大。所以每种协议循环计算 50 次取其平均值从而得到结果。在网络中传输通信是网络中最大的能量消耗因素，LEACH协议中所有簇首都与基站直接通信，尤其是远离基站的簇首节点消耗的能量更大，PEGASIS协议通过链式通信能够改进LEACH协议的缺点，每轮能耗明显降低了，改进的协议同样采用PEGASIS的链式通信，所以三种协议相比，LEACH协议中每轮的能耗最大。从图4可以看出LCCRP能量消耗几乎和PEGASIS 协议相同，但只有LEACH协议的20%左右。可以得出改进的协议相比较LEACH协议则能有效演唱网络的生命周期。图5表示三种协议数据延迟对比，从图中可以看到改进的协议数据延迟和LEACH协议相同，只是PEGASIS协议的28%。

图4 三种协议平均能量消耗对比

Fig.4 Comparing the average energy consumption of three protocols

PEGASIS协议理论上的性能是非常好的，但是会带来较大的滞后性，同时链上个别节点的失效，会导致数据采集的整体失败。LCCRP协议将网络分层成链，避免了整个网络形成一条链时数据传输的时延。为了实验的简便，假设一次数据转发计为一个单位的数据延迟。图5表示三种协议数据传输延迟对比情况。LEACH协议每轮的分簇数目不定，所以同样统计50轮分簇数目的平均值来计算延迟，从图中可以看出LCCRP协议的延迟略高于LEACH协议，但只有PEGASIS协议的22%左右。由此可得，改进算法结合上述两个协议的优点不仅有效地降低了能耗，而且保证了必要的实时性。

图5 三种协议延迟比较

Fig.5 Comparing the delay of three protocols

5结束语

论文以平衡网络负载延长网络生命周期为研究目的，提出了一种基于分层的簇首成链路由协议LCCRP，该协议综合了 LEACH 协议和 PERASIS 协议的优点，将网络分为层，并在每层中按照贪心算法成簇，整个网络数据传输分成两个阶段运行，第一阶段每层的节点将数据融合发送给邻居节点直到发送到簇首节点，第二阶段簇首节点选出剩余能量最大一个簇首节点作为Leader节点，并直接与基站通信。簇间通信由簇首选择离自己最近的簇首节点多跳传输。由仿真结果可得，改进的新协议在更大程度上能够优化节点能量，延长网络的生命周期，并且分层的成链操作也可减小数据的传输时延。

参考文献：

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第7篇：基本通信协议范文

1水声传感网MAC协议的研究现状

水声传感网是由布放在海底、海中的传感器节点和海面浮标节点以及它们之间的双向声链路组成的分布式、多节点、大面积的覆盖水下目标区域,可以对信息进行采集、处理、分类和压缩,并通过水下通信网节点以中继方式回传到岸基或船基的信息控制中心的综合系统。当前,对水声传感网的研究主要集中在点对点的水下通信,而对组织网络方面的研究较少。虽然水声传感器网络与无线传感器网络有许多相似之处,例如,它们在网络节点中都配置了感知组件、数据处理组件和通信组件,但由于它们的环境条件和通信媒介的不同,2种传感网络的性能存在很大差异,主要体现在传播时延、功耗、内存容量和空间的相关性等方面。因此,比较成熟的无线传感网的MAC协议不能直接用于水下水声传感网,这使得人们对水声传感网MAC协议的设计需求较为迫切。目前,海军在水下通信中采用的协议主要是基于避免冲突的载波检查多路接入协议(CSMA/CA),此协议主要靠RTS(requesttosend)/CTS(cleartosend)和数据包的交换来确保数据包的可靠传输。但是,由于水声传输的长时延性,使得CSMA/CA并不能较好地适应水声通信。随着数据量的增大,延迟会造成网络碰撞增多。因此,传统的RTS/CTS数据包交换机制并不适用于水声传感网。而且,在物理层水声传感网也没有相似于香农理论容限的测量依据[3]。目前,水声通信MAC协议的研究主要有2个方面,一是定义合适的水下MAC协议容量测量方法,另一个是对协议本身进行改造。由于水声传感网通信的可用带宽受限,传输时延较长,水下传感器电量有限,因此,水声传感器MAC协议的研究重点主要集中在传输时延和能量的消耗问题上。

水声传感网的MAC协议大体可分为2类:一类是基于非竞争的MAC协议,包括FDMA,CDMA,TDMA以及它们的改良协议;另一类是基于竞争的MAC协议,主要有基于信道预留和握手机制等,包括ALOHA,CSMA,MACA及其改良协议。

2 基于非竞争的MAC协议

基于非竞争的MAC协议是不允许任何碰撞的协议[4]。适用于无线传感网络的基于非竞争的MAC协议主要是致力于同步整个传感网,但推广到水声传感网中则不切实际。基于非竞争的MAC协议的主要目的是把一个传感网从一个随机状态转换到一个稳定的状态,从而使碰撞次数减少。当前,水声传感网中的基于非竞争的MAC协议主要有基于TDMA和基于CDMA 2种形式。

2.1基于TDMA的MAC协议

在水声传感网中基于TDMA的MAC协议及其改良协议方面已有一些研究,其中比较典型的有ITDMA与WMAC。

基于竞争的协议一般不要求全局时间同步[11],它主要通过先侦听信道,然后竞争信道,在竞争成功的信道上进行数据的传输。基于竞争的协议的主要研究内容是解决包冲突的问题。此类协议主要有基于信道预留和基于握手机制两类。

3.1基于信道预留

基于信道预留就是通过控制信息来对信道竞争的1种预留机制,本文以典型的TLohi (tonebased Lohi)与RMAC(reservation based MAC)协议为例做具体介绍。

3.2基于握手机制

基于握手机制是指针对水声所采用的特殊的握手方式。本文以典型的MACAMN(MACA multiple neighborsbased)协议,RIPT(receiverinitiated packet train)协议以及Slotted FAMA(slotted floor acquisition access)协议为例来具体介绍。

MACAMN协议可实现水下节点的1点对多点的传输[18],即发送节点通过形成1串包在1个握手周期内完成对多个邻居节点的数据传输,具体步骤如图6所示[18]。如果1个节点要发送数据包,先广播1个RTS包给目的节点,当目的节点收到RTS包后,会回复1个CTS给发送节点。由于内部节点的传播延迟,当目的节点感知到它所发送的CTS包与前1个目的节点发送的CTS包会在发送节点产生碰撞时,会延迟CTS包的发送[13]。当接收机等待了1个最大传输时延的时延过后,会根据自己所收到的CTS包的顺序,依顺序发送数据包给目的节点。该协议极大地减少了长传播时延导致的时间浪费,也减少了隐藏终端的问题[19]。

Slotted FAMA协议包含了时隙划分、载波侦听和握手技术[23]。Slotted FAMA的主要算法和CSMA算法相同,但它和CSMA最大的不同是它分时间段的信道接入和强制性地在每一个节点的开始时隙里面发送RTS,CTS,data和ACK包。时隙长度等于最大传播时间、RTS/CTS包的传输时间和保护时间的总和,每一个包传输都在时隙的开始部分[24],其大致步骤如图8[25]所示。在SFAMA协议中,节点一直侦听信道,在没有侦听到载波或有包要发送的时候,节点处于空闲状态。如果在节点有包准备发送并且没有侦听到载波,节点会发送1个RTS,然后等待2个时隙来接收CTS。如果在这个时间段内没有收到CTS,则认为是发生了碰撞,发送终端会随机退避到另外的时隙。如果在这个新时隙同样没有发现载波,就再次发送RTS。当收到CTS过后,节点会在下一个时隙发送数据。当接收节点收到整个数据包过后,会发送1个确认ACK包回给发送节点,这便完成了整个包握手机制。该 协议在很大程度上避免了包的碰撞。在未来的工作中需要改进时隙中的退避算法,使其能够更好地实现网络的公平性[26]。

4结论和展望

第8篇：基本通信协议范文

Diameter协议介绍

简介

Diameter系列协议是IETF开发的新一代AAA协议。AAA即Authentication(认证)、Authorization(授权)、Accounting(计费)。Authentication(认证)用以对用户身份进行确认；Authorization(授权) 用以确定用户是否被授权使用某种网络资源；Accounting(计费)用以监测用户使用网络资源的状况，可依照检测的记录对用户收费。

Diameter协议的特点

以前的AAA协议如RADIUS、TACACS主要是针对PPP服务和终端服务而设计的。随着网络技术的发展，新的接入方式如无线接入、DSL接入、移动IP陆续出现，以太网也不断发展，AAA中的网络访问服务器（NAS）自身也逐渐变得越来越复杂。这些发展变化，对AAA协议提出了新的要求。原有的AAA协议已经不能充分满足这些要求，而新一代AAA协议－Diameter协议却可以满足这些需求，主要包括如下几个方面：

(1) 良好的故障切换机制。Diameter协议支持应用层的信息确认和失效检测机制。

(2) 传输层安全。Diameter协议通过IPsec和TLS保证传输的安全性，其中TLS对于客户端来讲是可选的。

(3) 可靠的传输。Diameter协议通过TCP或SCTP提供可靠的传输。

(4) 支持各种类型的，包括中继、重定向、Proxy、协议转换。

(5) 支持服务器发起消息。例如服务器可以发消息要求客户端重新认证。

(6) 保持与现有网络AAA协议（如RADIUS）的兼容性。

(7) 支持节点间的能力协商机制。

(8) 支持对等端自主发现和配置机制。

(9) 支持漫游。Diameter协议定义了域间漫游、消息路由及安全传输，能够提供安全漫游服务。

Diameter协议的框架结构

Diameter协议包含IP传送、安全协议、Diameter基础协议以及不同的应用协议。Diameter基础协议为各种应用协议提供一个基本框架，它定义了协议的传输机制、消息格式、消息处理、差错处理、计费与安全服务等。应用协议依赖基础协议提供针对某一应用的AAA服务，它是不断发展变化的。IETF已经确定了一些应用协议的标准，而其它的应用协议的标准尚在制定的过程中。已被确定为协议标准的应用有：移动IP应用协议（MIPv4）、网络访问服务应用协议（NAS或NASREQ）、信用控制应用协议（Credit-Control）、扩展认证应用协议（EAP）等。尚在讨论和制定的标准有：SIP应用协议等。

图1是Diameter协议结构的示意图。

图1

如前所述，Diameter协议通过TCP或SCTP提供可靠的传输，通过Ipsec和TLS来保证传输的安全性。Diameter在基础协议的基础上提供各种应用服务。

Diameter协议的消息格式

Diameter基础协议定义了Diameter协议的消息格式：

Diameter消息的头部包括20个字节。头4个字节包括8比特的版本信息（目前是1）和24比特的消息长度（包含头部的长度）。

图2

随后的4个字节包括8比特的消息标志位和24比特的命令代码。消息标志位有R、P、E、T。R为1或0分别表示请求（Request）和应答（Answer）；P表示本消息是否允许被处理、被转发或重定向；E表示是否为消息错误；T表示本消息是重发的消息。r为保留的标志位。

命令代码用来表示这个消息所对应的命令（其中0至255保留给RADIUS后向兼容），基础协议定义了如下几个基本的命令代码：

而Diameter应用协议会根据需要添加必要的命令代码，例如NAS应用协议定义了下面的命令代码：

再举例来说，3GPP（R5）向IANA（网络地址分配机构）申请保留了300～313的命令代码，用于3G的应用，目前已经定义了如下的命令用于Cx/Dx/Sh/Dh接口（目前这些命令尚未被现有的IETF的Diameter协议所定义）：

随后的12个字节分别为应用标识、逐跳标识和端到端标识，其中应用标识用以指示消息所适用的应用：

逐跳标识用于帮助匹配请求与响应的对应关系，例如I-CSCF发UAR消息向HSS查询应选择哪个S-CSCF，HSS发UAA回应查询请求；UAR和UAA的逐跳标识是相同的。

表1

端到端标识主要用于重复消息的检查。

消息头部之后为属性值对（AVP），一个消息中可以包括多个AVP。AVP中包含了认证、授权、计费、消息的路由和安全等信息。

表2

AVP的格式

图3为AVP的格式：

V标志位表示本AVP有无Vendor-ID字段。若V标志位为1，则需要Vendor-ID不能为0。若V标志位为0，则表示没有Vendor-ID。

M标志位表示本AVP是否是强制性的。如果收到M为1的AVP，若Diameter客户端或服务器端或不能识别此AVP或AVP的值，必须丢弃此AVP。

P标志位表示本AVP是否需要端对端安全加密。

图3

若V标志位为0，则AVP code使用的是IANA组织定义的AVP code值。基本协议中定义了一些基本的AVP Code和数据（Data）的类型。其中AVP Code 1至255用于与原有Radius协议兼容。各个应用协议也根据应用的不同分别定义了相应的AVP Code以及Data类型。由于AVP Code较多，这里不一一列举，仅举二例：

Vendor-ID为厂商的标识，例如3GPP组织的Vendor-ID为10415。若Vendor-ID不为0，则厂商可以定义自己的AVP code和Data类型。这里也仅举3GPP在TS29.229中定义的AVP的两个例子：

表3

表4

Diameter协议在IMS中的应用

参考点（reference point，interface）

下一代多媒体融合业务是通信市场的发展趋势，3GPP定义了IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）标准，实现IP多媒体业务的建立、维护及管理等功能。在3GPP IMS的体系结构中，各个实体之间信息的交换可以依照某些参考点（接口）来实现。3GPP IMS定义了许多参考点，但下面几个参考点是借用Diameter协议来实现的：Cx、Sh、Dx、Dh、Rf、Ro等，如图4所示。

图4

这些参考点的定义以及与Diameter协议的对应关系，可以参见3GPP的有关标准，如TS32.225、TS 29.228、TS29.229、TS29.329等。例如Cx命令与Diameter命令的对应关系如表7所示：

表7

这里将这些参考点实现的功能描述如下：

Cx参考点是CSCF（Call Session Control Function，会话控制功能模块）和HSS（Home Subscriber Server，用户数据库）之间的接口，用于用户认证、用户注册、位置查询、用户配置文件查询和更新等。

Dx参考点是CSCF 和SLF（Subscription Locator Function，用户位置服务）之间的接口。当一个运营上的网络中存在多个HSS时，CSCF可以查询SLF以获得与某个用户保持签约的HSS的地址。Dx通常与Cx一起使用。

Sh参考点，其主要功能在于提供HSS和AS（应用服务器）以及HSS和OSA-SCS（OSA接口的业务能力服务器）之间的接口。AS（或OSA-SCS）通过Sh接口与HSS交换用户信息，为用户提供各类业务。

Dh参考点是AS与SLF（用户位置服务）之间的接口，AS通过Dh接口获取用户的位置信息。Dh通常与Sh一同使用。

表5

表6

Cx、Sh、Dx、Dh主要是通过Diameter基本协议、SIP应用协议和3GPP补充的Diameter协议来实现的。

Ro和Rf参考点分别是在线和离线计费的接口。IMS体系中有多个实体间利用到这两个接口，实体间的关系也比较复杂，所以也没有在图4中列出。Ro通过Diameter信用控制应用协议和3GPP补充的Diameter协议实现的；Rf则通过Diameter基本协议和3GPP补充的Diameter协议实现。

应用实例

下面以用户注册为例，简单描述一下Diameter协议在IMS网络中的应用。

如下的图5为一个用户首次注册的流程图：

图5

在图5中，HSS不但作为归属域的用户数据服务器，还作为Diameter服务器，为用户提供AAA服务。

用户注册所依照的参考点为Cx（HSS与CSCF之间的参考点），用户注册过程中所涉及的Diameter命令在图5中为浅色标识的命令。可以依照上面表7知道Diameter命令所对应的Cx命令。

如下为用户成功注册的过程描述：

1. 用户终端向P-CSCF发SIP Register消息请求注册，但注册消息中没包含完整的认证(Authorization)的信息；

2. P-CSCF查询DNS服务器获取归属域的I-CSCF的IP地址；

3. P-CSCF将SIP Register消息转发给归属域的I-CSCF；

4. 归属域的I-CSCF收到Register请求后，发UAR消息向HSS查询用户的注册状态（或者说查询S-CSCF）；

5. HSS发UAA回应查询请求；对于已经注册的用户则回应用户已经注册在哪个S-CSCF；对于没有注册的用户，返回S-CSCF能力集，I-CSCF会根据这个能力集选择一个具备这种能力的S-CSCF并把注册请求转发给它。

6. 归属域的I-CSCF将Register消息转发给查询到的归属域的S-CSCF；

7. S-CSCF发MAR到HSS，查询如何认证；

8. HSS回应MAA，MAA包含认证有关信息；

9. S-CSCF根据收到的MAA包含的认证信息，对本次注册进行判断，认为注册失败（由于注册消息中没包含完整的认证信息），需要用户终端重发包含认证的注册信息；

10. S-CSCF回SIP 401（认证失败）给I-CSCF，401中包含了认证所需的信息，如随机数（nonce）、算法等；

11. I-CSCF再把401转发给P-CSCF，P-CSCF再转发给用户终端；

12. 用户终端重新向P-CSCF发SIP Register消息请求注册，消息包含了认证有关信息，如随机数（nonce）及其response等；

13. 重复以上2到6部后，S-CSCF认为本次收到的注册信息有效，用户注册成功；

14. S-CSCF向HSS发送SAR，要求更新此用户的S-CSCF信息；

15. HSS回应SAA，表示此用户的S-CSCF的信息更新成功，SAA还包含用户的配置文件（userdata）；

16. S-CSCF向I-CSCF发200，表示注册成功；I-CSCF再将200转发给P-CSCF，P-CSCF再转发给用户终端，用户成功注册。

Diameter消息实例

下面以UAR消息为例，熟悉一下Diameter消息的格式。如下是一个UAR消息的十六进制的原始代码：

01000140 c000012c 01000000 4f8cdca1 c3be982e 00000107 4000003f 69637366

2d737464 6e2e696d 73677270 2d303030 2e696d73 2e637463 2e636f6d 3b323337

34303434 37323b32 33373430 34343732 3a303000 00000104 40000020 0000010a

4000000c 000028af 00000102 4000000c 01000000 00000115 4000000c 00000001

00000108 40000028 69637366 2d737464 6e2e696d 73677270 2d303030 2e696d73

2e637463 2e636f6d 00000128 40000013 696d732e 6374632e 636f6d00 0000011b

40000013 494d532e 4354432e 434f4d00 00000001 40000008 00000259 c0000029

000028af 7369703a 2b383631 30383838 38323030 3140696d 732e6374 632e636f

6d000000 00000258 c0000017 000028af 696d732e 6374632e 636f6d00 00000125

40000011 4354435f 4843462d 34000000 0000026f c0000010 000028af 00000000

解释此Diameter消息如下：

01000140：版本为1，长度为320（0x000140）字节。

c000012c：本消息是请求（Request）消息，可以被处理、可以被转发、重定向；本消息的命令代码为UAR（300，0x00012c）。

01000000：应用标识为16777216（见表4）。

4f8cdca1 c3be982e：逐跳标识和端到端标识。

随后为多个属性值对（AVP），现在只列举两个具有代表性的AVP:

第一个AVP如下（AVP Code由Diameter基本协议定义）：

00000107 4000003f 69637366 2d737464 6e2e696d 73677270 2d303030 2e696d73 2e637463 2e636f6d 3b323337 34303434 37323b32 33373430 34343732 3a303000:

AVP命令是Session-Id(263,0x00000107)，Vendor标志位为0（此AVP不包含Vendor-ID），AVP长度为63（0x00003f）。之后的为数据部分，表示：;237404472;237404472:00。最后的00为补足32比特而加上的。

再一个AVP如下（AVP由3GPP TS29.229定义）：

00000258 c0000017 000028af 696d732e 6374632e 636f6d00:

AVP命令是Visited-Network-Identifier（600，0x00000258），Vendor标志位为1（此AVP包含Vendor-ID），AVP长度为23（0x000017），Vendor-ID为10415（0x000028af）。之后为数据部分，表示：。

上面的Diameter消息的完整解释如下：

Message:

version (1B) = 0x01 - 1

requestFlag (1b) = 1

proxyableFlag (1b) = 1

errorFlag (1b) = 0

retransFlag (1b) = 0

cmdCode (3B) = 0x00012c - 300

appIdType (4B) = 0x01000000 - 16777216

hopByHopId (4B) = 0x4f8cdca1 - 1334631585

endToEndId (4B) = 0xc3be982e - 3284047918

Command UserAuthorizationRequest:

AVP SessionId 1/1 = ;237404472;237404472:00

AVP VendorSpecificApplicationId 1/1

AVP VendorId 1/1 = 0x000028af - 10415

AVP AuthApplicationId 1/1 = 0x01000000 - 16777216

AVP AuthSessionState 1/1 = 0x00000001 - 1 - NoStateMaintained

AVP OriginHost 1/1 =

AVP OriginRealm 1/1 =

AVP DestinationRealm 1/1 =

AVP UserName 1/1 =

AVP PublicIdentity 1/1 = sip:+

AVP VisitedNetworkIdentifier 1/1 =

第9篇：基本通信协议范文

随着海洋探索和海洋军事的快速发展，水声传感网的许多新应用，如环境数据的收集与整理、污染的检测与控制、灾难的预报与预防、水下能源如水下石油和天然气的探测与开发，以及日趋激烈的水下军事竞争等已成为各国竞争的焦点必须设计出合适的MAC协议。由于水声传感网与无线传感网的特性存在巨大差别，不能将比较成熟的无线传感网的MAC协议直接应用到水声传感网。虽然近年来对水声传感器网络的MAC协议已有一些研究，取得了一定成果。但是，对相关研究的总结较少。为此，本文拟对近年来MAC协议的最新研究成果进行总结、归纳，并分析目前存在的问题，展望未来该领域的研究方向，旨在为我们和同行今后的工作提供必要的参考。

1水声传感网MAC协议的研究现状

水声传感网是由布放在海底、海中的传感器节点和海面浮标节点以及它们之间的双向声链路组成的分布式、多节点、大面积的覆盖水下目标区域，可以对信息进行采集、处理、分类和压缩，并通过水下通信网节点以中继方式回传到岸基或船基的信息控制中心的综合系统。当前，对水声传感网的研究主要集中在点对点的水下通信，而对组织网络方面的研究较少。虽然水声传感器网络与无线传感器网络有许多相似之处，例如，它们在网络节点中都配置了感知组件、数据处理组件和通信组件，但由于它们的环境条件和通信媒介的不同，2种传感网络的性能存在很大差异，主要体现在传播时延、功耗、内存容量和空间的相关性等方面。因此，比较成熟的无线传感网的MAC协议不能直接用于水下水声传感网，这使得人们对水声传感网MAC协议的设计需求较为迫切。目前，海军在水下通信中采用的协议主要是基于避免冲突的载波检查多路接入协议（CSMA/CA），此协议主要靠RTS（requesttosend）/CTS（cleartosend）和数据包的交换来确保数据包的可靠传输。但是，由于水声传输的长时延性，使得CSMA/CA并不能较好地适应水声通信。随着数据量的增大，延迟会造成网络碰撞增多。因此，传统的RTS/CTS数据包交换机制并不适用于水声传感网。而且，在物理层水声传感网也没有相似于香农理论容限的测量依据[3]。目前，水声通信MAC协议的研究主要有2个方面，一是定义合适的水下MAC协议容量测量方法，另一个是对协议本身进行改造。由于水声传感网通信的可用带宽受限，传输时延较长，水下传感器电量有限，因此，水声传感器MAC协议的研究重点主要集中在传输时延和能量的消耗问题上。

水声传感网的MAC协议大体可分为2类：一类是基于非竞争的MAC协议，包括FDMA，CDMA，TDMA以及它们的改良协议；另一类是基于竞争的MAC协议，主要有基于信道预留和握手机制等，包括ALOHA，CSMA，MACA及其改良协议。

2 基于非竞争的MAC协议

基于非竞争的MAC协议是不允许任何碰撞的协议[4]。适用于无线传感网络的基于非竞争的MAC协议主要是致力于同步整个传感网，但推广到水声传感网中则不切实际。基于非竞争的MAC协议的主要目的是把一个传感网从一个随机状态转换到一个稳定的状态，从而使碰撞次数减少。当前，水声传感网中的基于非竞争的MAC协议主要有基于TDMA和基于CDMA 2种形式。

2.1基于TDMA的MAC协议

在水声传感网中基于TDMA的MAC协议及其改良协议方面已有一些研究，其中比较典型的有ITDMA与WMAC。

基于竞争的协议一般不要求全局时间同步[11]，它主要通过先侦听信道，然后竞争信道，在竞争成功的信道上进行数据的传输。基于竞争的协议的主要研究内容是解决包冲突的问题。此类协议主要有基于信道预留和基于握手机制两类。

3.1基于信道预留

基于信道预留就是通过控制信息来对信道竞争的1种预留机制，本文以典型的TLohi （tonebased Lohi）与RMAC（reservation based MAC）协议为例做具体介绍。

3.2基于握手机制

基于握手机制是指针对水声所采用的特殊的握手方式。本文以典型的MACAMN（MACA multiple neighborsbased）协议，RIPT（receiverinitiated packet train）协议以及Slotted FAMA（slotted floor acquisition access）协议为例来具体介绍。

MACAMN协议可实现水下节点的1点对多点的传输[18]，即发送节点通过形成1串包在1个握手周期内完成对多个邻居节点的数据传输，具体步骤如图6所示[18]。如果1个节点要发送数据包，先广播1个RTS包给目的节点，当目的节点收到RTS包后，会回复1个CTS给发送节点。由于内部节点的传播延迟，当目的节点感知到它所发送的CTS包与前1个目的节点发送的CTS包会在发送节点产生碰撞时，会延迟CTS包的发送[13]。当接收机等待了1个最大传输时延的时延过后，会根据自己所收到的CTS包的顺序，依顺序发送数据包给目的节点。该协议极大地减少了长传播时延导致的时间浪费，也减少了隐藏终端的问题[19]。

Slotted FAMA协议包含了时隙划分、载波侦听和握手技术[23]。Slotted FAMA的主要算法和CSMA算法相同，但它和CSMA最大的不同是它分时间段的信道接入和强制性地在每一个节点的开始时隙里面发送RTS，CTS，data和ACK包。时隙长度等于最大传播时间、RTS/CTS包的传输时间和保护时间的总和，每一个包传输都在时 隙的开始部分[24]，其大致步骤如图8[25]所示。在SFAMA协议中，节点一直侦听信道，在没有侦听到载波或有包要发送的时候，节点处于空闲状态。如果在节点有包准备发送并且没有侦听到载波，节点会发送1个RTS，然后等待2个时隙来接收CTS。如果在这个时间段内没有收到CTS，则认为是发生了碰撞，发送终端会随机退避到另外的时隙。如果在这个新时隙同样没有发现载波，就再次发送RTS。当收到CTS过后，节点会在下一个时隙发送数据。当接收节点收到整个数据包过后，会发送1个确认ACK包回给发送节点，这便完成了整个包握手机制。该协议在很大程度上避免了包的碰撞。在未来的工作中需要改进时隙中的退避算法，使其能够更好地实现网络的公平性[26]。

4结论和展望

水声传感网因其宽广的应用领域和巨大的应用潜力受到高度重视。本文对近年来水声通信MAC协议的研究进行了综述，并对未来的研究方向进行了展望。目前水声传感网的MAC协议已有一些探索。现有的各种协议在吞吐量、开销、信道利用率以及网络的扩展性等方面存在优势，也有不足。如何更好地克服水声通信中的长传播时延、有限的可用带宽、能量消耗和可移动性等问题，提出更合理更实用的水声通信MAC协议将是该领域未来的重点研究方向。

为了提高信道的利用率，现存的MAC协议中ITDMA采用了双向数据包同传的方式，不过仅局限于2个对传节点；MACAMN，RIPT采用了数据包成串的发送方式，不过仅是一对多的传输。目前还没有协议提出了多向数据包成串同传的协议，一个多向数据包成串同传的MAC协议，使得多个传感器节点能够利用水声的高时延在1个给定的周期内传输和接收数据包，该协议是非常具有研究意义的，它能极大地提升整个水声网络的信道利用率。另外，由于水声传感网的应用领域很广，针对不同的环境以及所想要搜集的数据，所采用的MAC协议也会不同，我们不能局限于提出单个的MAC协议，应该考虑到跨层的问题。跨层使得层与层之间能够“直接”通信，避免了冗余信息和对等层的通信开销，能够获得更高的网络性能，所以，基于跨层的水声传感网是值得大力探索和研究的方向。

参考文献：

.Storrs，CT，USA：University of Connecticut，2010.

.IEEE Journal of Oceanic Engineering，2000，25（1）：7278.

[3]肖扬.水下声传感器网络[M].北京：国防工业出版社，2012：155157.

.Stillwater：Oklahoma State University，2012.

.http：//ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp？tp=&arnumber=5382438.