Link—16中繼時隙自適應(yīng)調(diào)整分配技術(shù)研究

賀小寶

摘要：Link-16通過使用中繼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)超視距通信，中繼時隙的分配方式是系統(tǒng)時隙資源分配的重要內(nèi)容。本文針對Link-16時隙資源有限的情況，基于現(xiàn)有的配對中繼時隙分配方式，研究一種中繼時隙自適應(yīng)調(diào)整分配技術(shù)，為有效提高中繼時隙資源的利用率提供解決方法。

關(guān)鍵詞：Link-16；數(shù)據(jù)鏈；配對中繼；自適應(yīng)

1 引言

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是指揮信息系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)傳感器平臺、指控平臺和武器平臺之間的信息通信任務(wù)，是數(shù)據(jù)通信技術(shù)在軍事方面的典型應(yīng)用，它的出現(xiàn)大幅增強(qiáng)了從信息獲取、處理、傳輸?shù)阶鲬?zhàn)平臺的信息鉸鏈能[1]。Link-16是美軍用于指揮控制、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同和情報(bào)保障的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，主要裝備美海軍戰(zhàn)艦、空軍戰(zhàn)斗機(jī)、預(yù)警機(jī)等作戰(zhàn)平臺及陸軍防御系統(tǒng)等指揮機(jī)構(gòu)。該數(shù)據(jù)鏈采用時分多址（TDMA）、跳擴(kuò)頻等技術(shù)手段，通過構(gòu)建指揮機(jī)構(gòu)、作戰(zhàn)平臺等各用戶之間大容量、高速率、抗干擾的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢信息共享，提高指揮控制、協(xié)同作戰(zhàn)能力[2]。

Link-16工作在960～1215MHz頻段，是一種視距通信的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，視距外的通信則通過采用中繼的方式來實(shí)現(xiàn)。目前，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)階段通常即會根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)的通信、指控、情報(bào)等需求對中繼節(jié)點(diǎn)及其所需的時隙進(jìn)行分配。其中，PPLI、監(jiān)視和空中控制等網(wǎng)絡(luò)參與組（NPG）通常需要進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)[3]。Link-16目前廣泛使用的中繼時隙分配是使用配對中繼模式，該模式使用的是靜態(tài)的中繼時隙分配方式，另外如果在無中繼平臺或中繼平臺無法實(shí)現(xiàn)中繼功能時，中繼時隙從而被浪費(fèi)，所以對中繼時隙的分配改進(jìn)研究很有必要。

2 Link-16配對中繼時隙分配技術(shù)

Link-16數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)采用的是無中心節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以時分多址（TDMA）方式組網(wǎng)，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均按照統(tǒng)一的系統(tǒng)時間同步工作。Link-16將時間軸劃分為等長的循環(huán)時間段，稱為時元，長度為12.8分鐘；每個時元再次劃分為64個等長的時間段，稱為時幀，長度為12秒；每個時幀再次劃分為1536個等長的時間段，稱為時隙，長度為7.8125毫秒[3]。為滿足快速通信中的要求，Link-16使用時幀作為其循環(huán)的時間間隔，時幀是系統(tǒng)資源的基本分配周期，時隙是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在發(fā)射或接收消息時的基本時間單位。

Link-16分配給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時隙盡量實(shí)現(xiàn)均勻分布，從而使所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠均衡有效工作。通常，時隙以時隙塊的形式分配給不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。時隙塊由時隙組（Set）、起始索引號（ISN）及重復(fù)率（RRN）3個變量組成，其中，時隙組有A、B、C3個分組，每組包含512個時隙，每組時隙與其他組時隙交錯排列，順序?yàn)锳-0、B-0、C-0、A-1、B-1、C-1、…、A-511、B-511、C-511；起始索引號表示時隙塊中第一個時隙在時幀中的起始位置，取值范圍為0，…，215-RRN-1；重復(fù)率表示時隙塊中時隙數(shù)量的對數(shù)，取值范圍為6-15。綜上，通過Set-ISN-RRN能夠確定時隙塊中的時隙位置及大小。

配對中繼時隙分配是一種靜態(tài)的時隙分配方式，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行前已完成中繼時隙的分配，原發(fā)時隙和中繼時隙配對分配，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，由承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)中繼責(zé)任的中繼節(jié)點(diǎn)使用來實(shí)現(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)。由于資源有限及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化等原因，配對中繼時隙分配會導(dǎo)致時隙資源的浪費(fèi)，具體說明如下：（1）一個時幀內(nèi)共有1536個時隙，時隙資源有限，為實(shí)現(xiàn)中繼，限制了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的參與數(shù)量及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本身的原發(fā)時隙分配數(shù)量；（2）如果原發(fā)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)未按照預(yù)定要求參與網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致原發(fā)時隙及中繼時隙均無法使用而浪費(fèi)；（3）如果無中繼節(jié)點(diǎn)或中繼節(jié)點(diǎn)故障無法時隙中繼功能時，中繼時隙未使用而浪費(fèi)。

3 中繼時隙自適應(yīng)調(diào)整分配技術(shù)

考慮到配對中繼時隙分配會導(dǎo)致時隙資源浪費(fèi)的情況，提出一種中繼時隙自適應(yīng)調(diào)整分配方法，該方法的處理流程說明如下。

（1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)階段配對中繼時隙按需分配，針對任務(wù)執(zhí)行場景，對需求進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)任務(wù)確定哪些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要被中繼，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時只對有中繼需求的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分配配對中繼時隙，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省時隙資源分配的目的，盡量實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時隙資源的合理分配。

（2）在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)整分配中繼時隙。各有中繼需求的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)動態(tài)監(jiān)測自身可達(dá)的中繼節(jié)點(diǎn)，維護(hù)可用中繼節(jié)點(diǎn)集合，以保證有消息需要中繼轉(zhuǎn)發(fā)時有中繼節(jié)點(diǎn)可以完成中繼，同時為后續(xù)自適應(yīng)調(diào)整提供依據(jù)。

（3）判斷是否有可用的中繼節(jié)點(diǎn)。如果沒有，則將中繼時隙作為原發(fā)時隙來使用，原始的原發(fā)時隙仍可以繼續(xù)利用，如此可用的原發(fā)中繼時隙增多，實(shí)現(xiàn)中繼時隙資源的再次利用。如果有中繼節(jié)點(diǎn)則繼續(xù)后續(xù)步驟。

（4）在有消息需要中繼且存在中繼節(jié)點(diǎn)時，另外因可能存在原發(fā)時隙不夠用的情況，通過查找有無其他可用的空閑時隙來確保消息的及時發(fā)送并實(shí)現(xiàn)中繼。查找范圍是未參與網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的時隙資源，查找滿足中繼時延及時隙占空比要求的空閑時隙。如果未查找到可用的多余空閑時隙，則按照原始方式進(jìn)行工作。如果查找到可用的多余空閑時隙，則將自身的原發(fā)時隙和中繼時隙作為原發(fā)時隙使用，而將查找到的多余空閑時隙作為新的中繼時隙使用。如此可以擴(kuò)展可用的原發(fā)時隙，保證了原發(fā)消息的及時發(fā)送，同時新的中繼時隙可以縮短中繼時延，這樣也可以保證中繼消息的及時發(fā)送，從而提高網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性要求。

5 結(jié)束語

本文在配對中繼時隙分配的基礎(chǔ)上，提出了一種中繼時隙自適應(yīng)調(diào)整分配方式，該方法可以有效提高中繼時隙資源的利用率，同時可以減少中繼時延，并可以適當(dāng)提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的原發(fā)時隙數(shù)量，對Link-16數(shù)據(jù)鏈的使用有一定的現(xiàn)實(shí)意義。另外，由于多中繼節(jié)點(diǎn)可能導(dǎo)致大量中繼信息在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)，造成傳輸信道的擁塞的問題，所以如何選取高效、可靠的中繼策略是下一步研究的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳曦，張世祥，田萬勇，等.戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈時隙分配協(xié)議綜述[J].電子科技，2013，26（4）：165：168.

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[3] 梅文華，蔡善法.JTIDS/Link16數(shù)據(jù)鏈[M].北京：國防工業(yè)出版社，2017.

（作者單位：中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所）