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)勢也隨之會發(fā)生驟變，對于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)計優(yōu)先級的多路訪問（SPMA）接入方式[2-3]。

1 技術(shù)機(jī)理

空閑狀態(tài)；如果此時未超時，系統(tǒng)會立刻檢查信道的占用情況，如果信道占用超過了對應(yīng)優(yōu)先級的門檻，那么分組就會進(jìn)入退避等待狀態(tài)，直到退避結(jié)束或是具有更高優(yōu)先級的分組進(jìn)入隊列之中。如果此時信道允許發(fā)送分組，那么系統(tǒng)就會自動從隊列中移除分組，同時將分組以最高優(yōu)先級的狀態(tài)進(jìn)行傳輸。在傳輸結(jié)束之后，再次進(jìn)行隊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通過對各個信道的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行基于優(yōu)先級的動態(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個優(yōu)先級的劃分，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的優(yōu)先等級，自動選擇不同的線路進(jìn)行傳輸，使得高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)可以在第一時間進(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)某時刻信道處于初始空閑狀態(tài)，此時有分組進(jìn)入到隊列之中，系統(tǒng)會立即檢查隊列中所有具有最高優(yōu)先級的分組是否超時：如果已經(jīng)處于超時狀態(tài)，系統(tǒng)會自動將分組從隊列中移除，之后進(jìn)行二次檢查以判斷隊列中是否還有待發(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)是指對各個優(yōu)先級門限的選擇以及當(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)入隊列的分組消息因信道占用無法進(jìn)行消息傳輸，此時消息就會自動進(jìn)入退避流程。SPMA的退避是在計算網(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，自動設(shè)定退避時間，完成退避?？梢岳梅植际骄W(wǎng)絡(luò)感知技術(shù) （DNA，Distributed Network Awareness）對NETPPS進(jìn)行計算，各個作戰(zhàn)成員之間通過廣播DNA報文來交換網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況。DNA報文格式如表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與發(fā)送平臺之間的距離對應(yīng)的傳輸速率Data_Rate，找出相應(yīng)的數(shù)據(jù)率因子×Data_Rate_Factor，最終計算得到SBR參數(shù)[5]。距離、傳輸速率、數(shù)據(jù)率因子的對應(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N的關(guān)系

從TTNT的16個頻率點(diǎn)中選出8個頻率點(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 Ni（i=1，2，3，4，5，6，7，8）之間的映射關(guān)系為：載頻 fi是的信息對應(yīng)的優(yōu)先級數(shù)為Ni=i（定義N8=8是最高優(yōu)先級別）。在其他參數(shù)均確定的情況下，對8個不同優(yōu)先等級的數(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8個信道全部可以用來進(jìn)行信息的傳輸，信道號越大表示傳輸優(yōu)先級越高（即傳輸速率越快），最終載頻為f8的信息（優(yōu)先級N=8）在信道中所用的發(fā)送時間最少，而優(yōu)先級最低的載頻為f1的信息所用的發(fā)送時間最長。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報文Tab.2 DNA message

圖3 NETPPS評估流程圖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)前提是此時只有一個通信信道，最終載頻為f8的信息（優(yōu)先級N=8）最先被信道傳送出去，而優(yōu)先級最低的載頻為f1的信息最后被發(fā)送。這一結(jié)果也表明，SPMA協(xié)議對同時進(jìn)入該信道的由8個不同優(yōu)先級組成的混合信息進(jìn)行了優(yōu)先級劃分，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N的關(guān)系

圖5 數(shù)據(jù)傳輸與優(yōu)先級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)先級比例間隔PPI、最大用戶傳輸速率MTTR、優(yōu)先級最小傳輸脈沖數(shù)MPTPC、數(shù)據(jù)率因子等參數(shù)確定的情況下，對不同優(yōu)先級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N越小時，SBR在NETPPS較小時就會出現(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會隨著優(yōu)先級N的減小而呈現(xiàn)上升趨勢，說明本退避機(jī)制有效地對不同等級的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行了不同SBR的處理，優(yōu)先級越低的分組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)先級下退避率與優(yōu)先級關(guān)系圖Fig.6 The relationship between SPMA Back-off Rate and priority under all priorities

圖7 各優(yōu)先級下退避率與優(yōu)先級關(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，可以更好地對高優(yōu)先級數(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TTNT數(shù)據(jù)鏈認(rèn)識的不斷深入，可以更好地推動部隊的技術(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)先級下退避率與優(yōu)先級關(guān)系圖Fig.8 The relationship between SPMA Back-off Rate and priority under the same priority

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