海战场电子战数据链时隙分配技术研究

【摘要】伴随电磁技术和用频设备的广泛应用，战场电磁环境变得日益复杂，特别是在信息化元素非常丰富的海战场，复杂电磁环境给海上作战只会提出了更高的挑战，作为大容量、高速度、抗干扰、高保密的战术数据链在海上战争中的应用也越来越广泛，目前美国在各种数据链研制方面仍处于领先地位，时隙分配是影响战术数据链性能优劣的重要因素，混合时隙分配方式兼顾固态与动态时隙分配的优点，本文试从仿真研究角度分析该时隙分配的策略。

【关键词】海战场；电子战；混合时隙分配；战术数据链

在现代信息化的海战场环境下，复杂多变的战场态势对于战术数据链的要求越来越高，对于战术数据链在抗干扰、容量、速度、保密方面都提出了更高的需求。目前美国在诸如Link16/JTIDS等各种数据链上的研制依然处于领先地位，TDMA技术作为一种将时间信道分割利用的多址方式，也被用于美军的link16、link22等战术数据链当中，TDMA数据链在运用于突发性战术报文中具有更加优秀的实施性支持效果，而且战术报文占用时隙信道进行传输能够获得更强的抗干扰和抗截获的能力。

目前在TDMA战术数据链的时隙分配所面临的最大问题是如何在利用每个数据链节点分配一定时隙资源满足节点报文发送的基本需求外，如何实现最高的时隙利用率、最低的报文冲突概率和最短的传输延误时间。

TDMA数据链时隙分配方式可分为三类：固定时隙分配：数据链系统运行前，根据各节点预先估计的时隙需求分配一定数量无冲突的时隙资源，该方式对时隙利用率较低，灵活性差，处理周期长；动态时隙分配：仅在节点需要发送报文时进行分配时隙，该方式时隙利用率高，但容易产生冲突，可靠性差；混合时隙分配：综合固定时隙分配与动态时隙分配的优点，在保证发文传输的前提下，加入对突发性报文的处理机制。

本研究将网络节点分为NTR节点、优先节点和非优先节点，尝试提出一种以优先级为基础的混合时隙分配新策略：

典型的TDMA战术数据链，采用无中心节点控制的分布式网络结构，通过固定时隙分配方式为各节点预先分配一定数量的时隙，若某一节点在分配给它的时隙中正好没有战术报文需要发送，则会造成时隙资源的浪费，而有一些可以预先估计并需定时发送的报文，如状态报文、同步报文等，又不得不占用该时隙进行传输，不能将其释放。因此可将这两类报文分开考虑，需定时发送的报文按预估计的分布和数量来预先分配合适的数目的时隙，除此之外的战术报文都归纳为突发报文，在战术数据链运行过程中通过竞争获取剩余时隙。

网络时间基准（NTR）是TDMA数据链中用于发送初始入网消息，使其他节点与之同步的一个网络成员。每个TDMA数据链网络只能有一个网络时间基准，常选取网络中与各节点连通性最好的一个截点担任此角色。本研究提出的混合时隙分配策略，需指定一个网络成员来处理动态时隙分配阶段来自其它节点的时隙申请，考虑到NTR节点连通性好的特点，选取它来承担该任务。

一、固态时隙分配的报文时延分析如下：

假设节点的固定报文产生服从泊松分布，到达率为λa，服务时间设为定长E（S）=1/µ，µ为服务速率，则任意一固定报文到达，其等待时间由等待中的报文服务时间总和以及正在接受服务的报文剩余服务时间组成，其中M为报文到达时队列中等待服务的节点报文数目，E（Sm）为正在接受服务的报文剩余服务时间。

通过对服务x时间后剩余的时间S-x积分，可得平均剩余服务时间为：

报文产生呈播送分布，由Little定理可得E（M）=Ntλa

最终可计算出固定时隙分配阶段，节点产的固定报文平均时延为

二、动态时隙分配的报文时延分析如下：

动态分配问题中，各节点的时隙请求按优先级分别被安排在优先和非优先两个队列中，NTR节点的报文加入拥有最高优先级的队列，采用抢占优先模式，其服务规则为：①优先级高的队列先进行服务，同一队列中遵循先到先服务规则；②若NTR节点有报文到达，且NTR节点的队列中无等待的报文，则立即抢占正在服务的时隙，将正在接受服务的报文返回该队列的头；③优先报文到达，需等待NTR节点的队列服务和优先队列服务全部结束后才能开始接受服务，并允许NTR节点的报文抢占，但是可以抢占正在服务非优先报文，规则如②、④非优先报文到达，需等待3个队列中所有报文服务结束才能进行服务，并允许高优先级报文的抢占。

设TOMA网络中节点数为N，其中NTR节点l个，优先节点n个，非优先节点有（N-n-1）个，各节点的报文到达率都服从参数为λ的泊松分布，产生的报文优先级与节点优先级相对应，则各优先级的报文到达率为NTR节点的报文到达，其等待时间为NTR节点报文队列中的服务时间综合，即其中E（S1m）为正在接受服务的NTR节点报文的剩余服务时间，E（M1）为平均排队队长，可求得NTR节点报文的时延。

随着信息化战争的深入发展，TDMA战术数据链的各方面性能需求日益彰显。文中提出一种基于优先级的混合时隙分配策略，通过在动态时隙分配阶段加入优先级机制，使高优先级的报文能获得更好的时延特性以及丢包率保证。复杂环境中的TDMA战术数据链，报文突发率较高，该时隙分配策略能体现一定的优势。

参考文献

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