海戰場電子戰數據鏈時隙分配技術研究

范彰宇

中國船舶重工集團公司第七二三研究所 江蘇揚州 225000

海戰場電子戰數據鏈時隙分配技術研究

范彰宇

中國船舶重工集團公司第七二三研究所 江蘇揚州 225000

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

海戰場；電子戰；混合時隙分配；戰術數據鏈

在現代信息化的海戰場環境下，復雜多變的戰場態勢對于戰術數據鏈的要求越來越高，對于戰術數據鏈在抗干擾、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等各種數據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等戰術數據鏈當中，TDMA數據鏈在運用于突發性戰術報文中具有更加優秀的實施性支持效果，而且戰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戰術數據鏈的時隙分配所面臨的最大問題是如何在利用每個數據鏈節點分配一定時隙資源滿足節點報文發送的基本需求外，如何實現最高的時隙利用率、最低的報文沖突概率和最短的傳輸延誤時間。

TDMA數據鏈時隙分配方式可分為三類：固定時隙分配：數據鏈系統運行前，根據各節點預先估計的時隙需求分配一定數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；動態時隙分配：僅在節點需要發送報文時進行分配時隙，該方式時隙利用率高，但容易產生沖突，可靠性差；混合時隙分配：綜合固定時隙分配與動態時隙分配的優點，在保證發文傳輸的前提下，加入對突發性報文的處理機制。

本研究將網絡節點分為NTR節點、優先節點和非優先節點，嘗試提出一種以優先級為基礎的混合時隙分配新策略：

典型的TDMA戰術數據鏈，采用無中心節點控制的分布式網絡結構，通過固定時隙分配方式為各節點預先分配一定數量的時隙，若某一節點在分配給它的時隙中正好沒有戰術報文需要發送，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送的報文，如狀態報文、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，需定時發送的報文按預估計的分布和數量來預先分配合適的數目的時隙，除此之外的戰術報文都歸納為突發報文，在戰術數據鏈運行過程中通過競爭獲取剩余時隙。

網絡時間基準（NTR）是TDMA數據鏈中用于發送初始入網消息，使其他節點與之同步的一個網絡成員。每個TDMA數據鏈網絡只能有一個網絡時間基準，常選取網絡中與各節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，需指定一個網絡成員來處理動態時隙分配階段來自其它節點的時隙申請，考慮到NTR節點連通性好的特點，選取它來承擔該任務。

一、固態時隙分配的報文時延分析如下：

假設節點的固定報文產生服從泊松分布，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點報文數目，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，節點產的固定報文平均時延為

二、動態時隙分配的報文時延分析如下：

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

設TOMA網絡中節點數為N，其中NTR節點l個，優先節點n個，非優先節點有（N-n-1）個，各節點的報文到達率都服從參數為λ的泊松分布，產生的報文優先級與節點優先級相對應，則各優先級的報文到達率為NTR節點的報文到達，其等待時間為NTR節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節點報文的剩余服務時間，E（M1）為平均排隊隊長，可求得NTR節點報文的時延。

隨著信息化戰爭的深入發展，TDMA戰術數據鏈的各方面性能需求日益彰顯。文中提出一種基于優先級的混合時隙分配策略，通過在動態時隙分配階段加入優先級機制，使高優先級的報文能獲得更好的時延特性以及丟包率保證。復雜環境中的TDMA戰術數據鏈，報文突發率較高，該時隙分配策略能體現一定的優勢。

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