海戰(zhàn)場電子戰(zhàn)數(shù)據(jù)鏈時隙分配技術研究

【摘要】伴隨電磁技術和用頻設備的廣泛應用，戰(zhàn)場電磁環(huán)境變得日益復雜，特別是在信息化元素非常豐富的海戰(zhàn)場，復雜電磁環(huán)境給海上作戰(zhàn)只會提出了更高的挑戰(zhàn)，作為大容量、高速度、抗干擾、高保密的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈在海上戰(zhàn)爭中的應用也越來越廣泛，目前美國在各種數(shù)據(jù)鏈研制方面仍處于領先地位，時隙分配是影響戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈性能優(yōu)劣的重要因素，混合時隙分配方式兼顧固態(tài)與動態(tài)時隙分配的優(yōu)點，本文試從仿真研究角度分析該時隙分配的策略。

【關鍵詞】海戰(zhàn)場；電子戰(zhàn)；混合時隙分配；戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈

在現(xiàn)代信息化的海戰(zhàn)場環(huán)境下，復雜多變的戰(zhàn)場態(tài)勢對于戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的要求越來越高，對于戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈在抗干擾、容量、速度、保密方面都提出了更高的需求。目前美國在諸如Link16/JTIDS等各種數(shù)據(jù)鏈上的研制依然處于領先地位，TDMA技術作為一種將時間信道分割利用的多址方式，也被用于美軍的link16、link22等戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈當中，TDMA數(shù)據(jù)鏈在運用于突發(fā)性戰(zhàn)術報文中具有更加優(yōu)秀的實施性支持效果，而且戰(zhàn)術報文占用時隙信道進行傳輸能夠獲得更強的抗干擾和抗截獲的能力。

目前在TDMA戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的時隙分配所面臨的最大問題是如何在利用每個數(shù)據(jù)鏈節(jié)點分配一定時隙資源滿足節(jié)點報文發(fā)送的基本需求外，如何實現(xiàn)最高的時隙利用率、最低的報文沖突概率和最短的傳輸延誤時間。

TDMA數(shù)據(jù)鏈時隙分配方式可分為三類：固定時隙分配：數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)運行前，根據(jù)各節(jié)點預先估計的時隙需求分配一定數(shù)量無沖突的時隙資源，該方式對時隙利用率較低，靈活性差，處理周期長；動態(tài)時隙分配：僅在節(jié)點需要發(fā)送報文時進行分配時隙，該方式時隙利用率高，但容易產(chǎn)生沖突，可靠性差；混合時隙分配：綜合固定時隙分配與動態(tài)時隙分配的優(yōu)點，在保證發(fā)文傳輸?shù)那疤嵯拢尤雽ν话l(fā)性報文的處理機制。

本研究將網(wǎng)絡節(jié)點分為NTR節(jié)點、優(yōu)先節(jié)點和非優(yōu)先節(jié)點，嘗試提出一種以優(yōu)先級為基礎的混合時隙分配新策略：

典型的TDMA戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈，采用無中心節(jié)點控制的分布式網(wǎng)絡結構，通過固定時隙分配方式為各節(jié)點預先分配一定數(shù)量的時隙，若某一節(jié)點在分配給它的時隙中正好沒有戰(zhàn)術報文需要發(fā)送，則會造成時隙資源的浪費，而有一些可以預先估計并需定時發(fā)送的報文，如狀態(tài)報文、同步報文等，又不得不占用該時隙進行傳輸，不能將其釋放。因此可將這兩類報文分開考慮，需定時發(fā)送的報文按預估計的分布和數(shù)量來預先分配合適的數(shù)目的時隙，除此之外的戰(zhàn)術報文都歸納為突發(fā)報文，在戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈運行過程中通過競爭獲取剩余時隙。

網(wǎng)絡時間基準（NTR）是TDMA數(shù)據(jù)鏈中用于發(fā)送初始入網(wǎng)消息，使其他節(jié)點與之同步的一個網(wǎng)絡成員。每個TDMA數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡只能有一個網(wǎng)絡時間基準，常選取網(wǎng)絡中與各節(jié)點連通性最好的一個截點擔任此角色。本研究提出的混合時隙分配策略，需指定一個網(wǎng)絡成員來處理動態(tài)時隙分配階段來自其它節(jié)點的時隙申請，考慮到NTR節(jié)點連通性好的特點，選取它來承擔該任務。

一、固態(tài)時隙分配的報文時延分析如下：

假設節(jié)點的固定報文產(chǎn)生服從泊松分布，到達率為λa，服務時間設為定長E（S）=1/μ，μ為服務速率，則任意一固定報文到達，其等待時間由等待中的報文服務時間總和以及正在接受服務的報文剩余服務時間組成，其中M為報文到達時隊列中等待服務的節(jié)點報文數(shù)目，E（Sm）為正在接受服務的報文剩余服務時間。

通過對服務x時間后剩余的時間S-x積分，可得平均剩余服務時間為：

報文產(chǎn)生呈播送分布，由Little定理可得E（M）=Ntλa

最終可計算出固定時隙分配階段，節(jié)點產(chǎn)的固定報文平均時延為

二、動態(tài)時隙分配的報文時延分析如下：

動態(tài)分配問題中，各節(jié)點的時隙請求按優(yōu)先級分別被安排在優(yōu)先和非優(yōu)先兩個隊列中，NTR節(jié)點的報文加入擁有最高優(yōu)先級的隊列，采用搶占優(yōu)先模式，其服務規(guī)則為：①優(yōu)先級高的隊列先進行服務，同一隊列中遵循先到先服務規(guī)則；②若NTR節(jié)點有報文到達，且NTR節(jié)點的隊列中無等待的報文，則立即搶占正在服務的時隙，將正在接受服務的報文返回該隊列的頭；③優(yōu)先報文到達，需等待NTR節(jié)點的隊列服務和優(yōu)先隊列服務全部結束后才能開始接受服務，并允許NTR節(jié)點的報文搶占，但是可以搶占正在服務非優(yōu)先報文，規(guī)則如②、④非優(yōu)先報文到達，需等待3個隊列中所有報文服務結束才能進行服務，并允許高優(yōu)先級報文的搶占。

設TOMA網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)為N，其中NTR節(jié)點l個，優(yōu)先節(jié)點n個，非優(yōu)先節(jié)點有（N-n-1）個，各節(jié)點的報文到達率都服從參數(shù)為λ的泊松分布，產(chǎn)生的報文優(yōu)先級與節(jié)點優(yōu)先級相對應，則各優(yōu)先級的報文到達率為NTR節(jié)點的報文到達，其等待時間為NTR節(jié)點報文隊列中的服務時間綜合，即其中E（S1m）為正在接受服務的NTR節(jié)點報文的剩余服務時間，E（M1）為平均排隊隊長，可求得NTR節(jié)點報文的時延。

隨著信息化戰(zhàn)爭的深入發(fā)展，TDMA戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的各方面性能需求日益彰顯。文中提出一種基于優(yōu)先級的混合時隙分配策略，通過在動態(tài)時隙分配階段加入優(yōu)先級機制，使高優(yōu)先級的報文能獲得更好的時延特性以及丟包率保證。復雜環(huán)境中的TDMA戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈，報文突發(fā)率較高，該時隙分配策略能體現(xiàn)一定的優(yōu)勢。

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