戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)接入方式研究

徐達(dá)峰，楊建波，劉 鵬

（空軍航空大學(xué) 吉林 長春 130022）

隨著高技術(shù)戰(zhàn)爭作戰(zhàn)模式的推廣，戰(zhàn)場電磁環(huán)境變得越來越復(fù)雜，戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)也隨之會(huì)發(fā)生驟變，對(duì)于TTNT數(shù)據(jù)鏈而言，采用Link 16數(shù)據(jù)鏈的競爭接入模式并不能滿足美軍的作戰(zhàn)需求[1]。因此TTNT借鑒了載波監(jiān)偵聽多路訪問（CSMA）協(xié)議的運(yùn)行模式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，形成了一種新的協(xié)議，即基于統(tǒng)計(jì)優(yōu)先級(jí)的多路訪問（SPMA）接入方式[2-3]。

1 技術(shù)機(jī)理

空閑狀態(tài)；如果此時(shí)未超時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立刻檢查信道的占用情況，如果信道占用超過了對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)的門檻，那么分組就會(huì)進(jìn)入退避等待狀態(tài)，直到退避結(jié)束或是具有更高優(yōu)先級(jí)的分組進(jìn)入隊(duì)列之中。如果此時(shí)信道允許發(fā)送分組，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)從隊(duì)列中移除分組，同時(shí)將分組以最高優(yōu)先級(jí)的狀態(tài)進(jìn)行傳輸。在傳輸結(jié)束之后，再次進(jìn)行隊(duì)列檢查以判斷是否還有待發(fā)送的分組存在，如果分組還存在，那么就對(duì)其進(jìn)行判斷，如果沒有分組則回到初始空閑狀態(tài)。

SPMA通過對(duì)各個(gè)信道的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行基于優(yōu)先級(jí)的動(dòng)態(tài)調(diào)控，使得所有消息數(shù)據(jù)可以進(jìn)行快速高效地傳輸[4]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在SPMA模塊中，內(nèi)部進(jìn)行了8個(gè)優(yōu)先級(jí)的劃分，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的優(yōu)先等級(jí)，自動(dòng)選擇不同的線路進(jìn)行傳輸，使得高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)可以在第一時(shí)間進(jìn)行傳輸與發(fā)送，從而為美軍作戰(zhàn)指揮提供了快速的可靠性保證。

SPMA的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程如圖2所示。假設(shè)某時(shí)刻信道處于初始空閑狀態(tài)，此時(shí)有分組進(jìn)入到隊(duì)列之中，系統(tǒng)會(huì)立即檢查隊(duì)列中所有具有最高優(yōu)先級(jí)的分組是否超時(shí)：如果已經(jīng)處于超時(shí)狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將分組從隊(duì)列中移除，之后進(jìn)行二次檢查以判斷隊(duì)列中是否還有待發(fā)送的分組存在，如果分組還存在，那么就對(duì)其進(jìn)行判斷，如果沒有分組則回到初始

2 核心參數(shù)

從參數(shù)的用途來說，SPMA模塊的核心參數(shù)可以分為兩大類：門限參數(shù)與速率參數(shù)。門限參數(shù)是指對(duì)各個(gè)優(yōu)先級(jí)門限的選擇以及當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載狀況有影響的參數(shù)；速率參數(shù)是指根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的占用情況來確定的影響傳輸速率的參數(shù)。參數(shù)說明具體如表1所示。

3 退避機(jī)制

若進(jìn)入隊(duì)列的分組消息因信道占用無法進(jìn)行消息傳輸，此時(shí)消息就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入退避流程。SPMA的退避是在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)負(fù)載參數(shù)NETPPS的基礎(chǔ)上，通過各參量之間的關(guān)系確定退避率SBR后，自動(dòng)設(shè)定退避時(shí)間，完成退避。可以利用分布式網(wǎng)絡(luò)感知技術(shù) （DNA，Distributed Network Awareness）對(duì)NETPPS進(jìn)行計(jì)算，各個(gè)作戰(zhàn)成員之間通過廣播DNA報(bào)文來交換網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況。DNA報(bào)文格式如表2所示。

圖1 SPMA結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 The structure diagram of SPMA

圖2 SPMA的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程圖Fig.2 The state transition diagram of SPMA

評(píng)估NETPPS的具體過程如圖3所示。

從上述流程可以得出：

NetTxPulses=Max{接收的 NetPulses，接收的 TxPulses，自身的 TxPulses} （1）

故SBR可以表示為：

在確定SBR的過程中，需要根據(jù)退避前消息目的平臺(tái)與發(fā)送平臺(tái)之間的距離對(duì)應(yīng)的傳輸速率Data_Rate，找出相應(yīng)的數(shù)據(jù)率因子×Data_Rate_Factor，最終計(jì)算得到SBR參數(shù)[5]。距離、傳輸速率、數(shù)據(jù)率因子的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

表1 參數(shù)說明Tab.1 Parameter description

4 協(xié)議仿真

4.1 數(shù)據(jù)傳輸與優(yōu)先級(jí)N的關(guān)系

從TTNT的16個(gè)頻率點(diǎn)中選出8個(gè)頻率點(diǎn)作為信息載頻，并記為 fi（i=1，2，3，4，5，6，7，8），定義 fi與 優(yōu)先級(jí) Ni（i=1，2，3，4，5，6，7，8）之間的映射關(guān)系為：載頻 fi是的信息對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)數(shù)為Ni=i（定義N8=8是最高優(yōu)先級(jí)別）。在其他參數(shù)均確定的情況下，對(duì)8個(gè)不同優(yōu)先等級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，得到的仿真結(jié)果如圖4、5所示。

圖4中假設(shè)此時(shí)8個(gè)信道全部可以用來進(jìn)行信息的傳輸，信道號(hào)越大表示傳輸優(yōu)先級(jí)越高（即傳輸速率越快），最終載頻為f8的信息（優(yōu)先級(jí)N=8）在信道中所用的發(fā)送時(shí)間最少，而優(yōu)先級(jí)最低的載頻為f1的信息所用的發(fā)送時(shí)間最長。這一結(jié)果很好地驗(yàn)證了SPMA協(xié)議的可行性，與預(yù)期結(jié)果相符合。

表2 DNA報(bào)文Tab.2 DNA message

圖3 NETPPS評(píng)估流程圖Fig.3 The flow chart of appraisal NETPPS

表3 距離、傳輸速率、數(shù)據(jù)率因子對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.3 The correspondences of distance，transm ission rate and data rate factor

圖4 數(shù)據(jù)傳輸與優(yōu)先級(jí)N的關(guān)系Fig.4 The relationship between data transmission and priority N

圖5的假設(shè)前提是此時(shí)只有一個(gè)通信信道，最終載頻為f8的信息（優(yōu)先級(jí)N=8）最先被信道傳送出去，而優(yōu)先級(jí)最低的載頻為f1的信息最后被發(fā)送。這一結(jié)果也表明，SPMA協(xié)議對(duì)同時(shí)進(jìn)入該信道的由8個(gè)不同優(yōu)先級(jí)組成的混合信息進(jìn)行了優(yōu)先級(jí)劃分，并按照信息的優(yōu)先順序?qū)旌闲畔⑦M(jìn)行了傳輸，突出了“有用信息優(yōu)先傳輸”這一原則，達(dá)到了預(yù)期的效果。

4.2 退避率SBR與優(yōu)先級(jí)N的關(guān)系

圖5 數(shù)據(jù)傳輸與優(yōu)先級(jí)N的關(guān)系Fig.5 The relationship between data transmission and priority N

假設(shè)在最大網(wǎng)絡(luò)傳輸率MNTR、最大門限比例MTP、優(yōu)先級(jí)比例間隔PPI、最大用戶傳輸速率MTTR、優(yōu)先級(jí)最小傳輸脈沖數(shù)MPTPC、數(shù)據(jù)率因子等參數(shù)確定的情況下，對(duì)不同優(yōu)先級(jí)N下的SBR進(jìn)行了仿真，結(jié)果如圖6~8所示。

從圖6、圖7中可以看出，隨著NETPPS的增加，SBR的走勢(shì)呈現(xiàn)階梯狀：在NETPPS超過門限Threshold之前，增加緩慢，趨近于零；超過門限值以后，急劇增大；在優(yōu)先級(jí)傳輸速率PTR降到MPTPC后，就以MPTPC進(jìn)行傳輸，收斂于200 ms左右。此外，當(dāng)優(yōu)先級(jí)N越小時(shí)，SBR在NETPPS較小時(shí)就會(huì)出現(xiàn)急劇增大的情況。從圖8中可以看出，在NETPPS參量固定的情況下，SBR會(huì)隨著優(yōu)先級(jí)N的減小而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說明本退避機(jī)制有效地對(duì)不同等級(jí)的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行了不同SBR的處理，優(yōu)先級(jí)越低的分組SBR越長。仿真結(jié)果與預(yù)期相符合。

5 結(jié)束語

圖6 各優(yōu)先級(jí)下退避率與優(yōu)先級(jí)關(guān)系圖Fig.6 The relationship between SPMA Back-off Rate and priority under all priorities

圖7 各優(yōu)先級(jí)下退避率與優(yōu)先級(jí)關(guān)系圖Fig.7 The relationship between SPMA Back-off Rate and priority under all priorities

從上述分析可以看出，TTNT數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂昧伺cLink 16數(shù)據(jù)鏈不同的接入模式，可以更好地對(duì)高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)送，保證了消息的快速傳輸，從而很好地彌補(bǔ)了Link 16數(shù)據(jù)鏈的不足[6]。但是，對(duì)TTNT數(shù)據(jù)鏈其他層的構(gòu)建也非常重要，還需要繼續(xù)深入的研究。通過對(duì)TTNT數(shù)據(jù)鏈認(rèn)識(shí)的不斷深入，可以更好地推動(dòng)部隊(duì)的技術(shù)變革與我軍戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展建設(shè)，為打贏信息化戰(zhàn)爭做好更充足的準(zhǔn)備[7]。

圖8 同一優(yōu)先級(jí)下退避率與優(yōu)先級(jí)關(guān)系圖Fig.8 The relationship between SPMA Back-off Rate and priority under the same priority

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