劉龍軍， 丁洪偉， 柳虔林,3， 保利勇， 劉正綱

(1.云南大學(xué) 信息學(xué)院, 云南 昆明 650091; 2.武警河南總隊(duì) 周口支隊(duì), 河南 周口 466000;3.云南省軍區(qū), 云南 昆明 650051)

基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中優(yōu)先級(jí)輪詢接入控制協(xié)議的研究

劉龍軍1,2， 丁洪偉1， 柳虔林1,3， 保利勇1， 劉正綱1

(1.云南大學(xué) 信息學(xué)院, 云南 昆明 650091; 2.武警河南總隊(duì) 周口支隊(duì), 河南 周口 466000;3.云南省軍區(qū), 云南 昆明 650051)

基于戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中的應(yīng)用背景，針對(duì)傳統(tǒng)輪詢協(xié)議存在的功能單一和不能滿足實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)先傳輸控制的問(wèn)題，提出了一種具有優(yōu)先級(jí)的輪詢接入控制協(xié)議(PPACP)。該協(xié)議可以根據(jù)系統(tǒng)中站點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)別，設(shè)定優(yōu)先級(jí)別最高的站點(diǎn)為網(wǎng)控站，其余站點(diǎn)為從屬站。仿真結(jié)果表明，PPACP能夠改善傳統(tǒng)輪詢協(xié)議存在不足，較好地適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中對(duì)于最為緊急的作戰(zhàn)報(bào)文的優(yōu)先傳輸要求。利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列對(duì)PPACP進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真測(cè)試，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的正確性。

兵器科學(xué)與技術(shù)； 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈； 優(yōu)先級(jí)； 輪詢； 優(yōu)先級(jí)輪詢接入控制協(xié)議； 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列

0 引言

隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，世界已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，信息網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)無(wú)處不在。在軍事領(lǐng)域，武器裝備的信息化、部隊(duì)的數(shù)字化、指揮控制的自動(dòng)化，標(biāo)志著世界軍事和未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)都在向信息化推進(jìn)。這些表明軍事領(lǐng)域的信息技術(shù)研究工作勢(shì)在必行。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，在美國(guó)稱(chēng)之為T(mén)ADIL,在北約稱(chēng)之為L(zhǎng)ink，是一種按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議，以無(wú)線信道為主對(duì)作戰(zhàn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)、保密傳輸?shù)男畔鬏斚到y(tǒng)[1]。通過(guò)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，可將戰(zhàn)場(chǎng)上的指揮中心、各級(jí)指揮所、各參戰(zhàn)部隊(duì)和武器平臺(tái)鏈接在一起，構(gòu)成陸、海、空、天一體化的數(shù)字信息網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)信息資源共享，為作戰(zhàn)指揮人員和戰(zhàn)斗人員提供作戰(zhàn)數(shù)據(jù)以及完整的戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)圖[2]。

基于輪詢機(jī)制的接入?yún)f(xié)議順應(yīng)了部隊(duì)編制中戰(zhàn)術(shù)單元之間級(jí)隸屬關(guān)系，同時(shí)，其時(shí)延特性又滿足了戰(zhàn)術(shù)通信的實(shí)時(shí)性要求, 因此，在戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中有著廣泛的應(yīng)用[3]。如美軍Link11數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)等都采用了輪詢接入控制協(xié)議。傳統(tǒng)的輪詢控制策略有3種，即完全服務(wù)輪詢控制策略、門(mén)限服務(wù)輪詢控制策略[4]和限定(每次服務(wù)的報(bào)文分組數(shù)k=1)服務(wù)輪詢控制策略[5]。作戰(zhàn)時(shí)，不是所有作戰(zhàn)命令的緊急性都相同，而是有一些作戰(zhàn)命令是迫切需要傳達(dá)的。這些迫切需要傳達(dá)的作戰(zhàn)命令的優(yōu)先級(jí)高于普通作戰(zhàn)命令的優(yōu)先級(jí)，那么優(yōu)先級(jí)高的作戰(zhàn)命令在數(shù)據(jù)鏈傳輸中就應(yīng)該最具優(yōu)先權(quán)。要實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中這一優(yōu)先傳輸控制功能，顯然，傳統(tǒng)的輪詢接入控制協(xié)議是無(wú)法做到的。為此，本文在充分考慮戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈在作戰(zhàn)環(huán)境下應(yīng)用的基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)前的輪詢接入控制協(xié)議的不足，提出了具有優(yōu)先級(jí)的輪詢接入控制協(xié)議(PPACP)。PPACP能夠很好地滿足戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中對(duì)于緊急作戰(zhàn)命令的優(yōu)先傳輸要求，實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)控制功能。

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)自問(wèn)世以來(lái)，一直在通信領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。對(duì)于協(xié)議的設(shè)計(jì)，相比于專(zhuān)用集成電路(ASIC)和通用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)，F(xiàn)PGA更具優(yōu)勢(shì)。FPGA的邏輯單元是百萬(wàn)級(jí)的，具有靈活性高、運(yùn)算速度快、可移植性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、現(xiàn)場(chǎng)可編程、開(kāi)發(fā)周期短、開(kāi)發(fā)成本低等眾多優(yōu)點(diǎn)[6]。本文所提的PPACP不僅具有優(yōu)先級(jí)控制功能，就協(xié)議本身而言，還要具有處理快、時(shí)延低、效率高等優(yōu)良性能。在研究時(shí)，可充分利用FPGA邏輯單元多、運(yùn)算速度快、靈活性高等優(yōu)勢(shì)，以提高處理效率和降低時(shí)延。同時(shí)FPGA具有的可移植性強(qiáng)和可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)會(huì)大大擴(kuò)展此設(shè)計(jì)的應(yīng)用面。因此，利用FPGA對(duì)PPACP進(jìn)行設(shè)計(jì)是非常有意義的。

1 具有優(yōu)先級(jí)的輪詢接入控制協(xié)議

1.1 PPACP模型

本文根據(jù)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中所要傳輸?shù)淖鲬?zhàn)命令具有優(yōu)先權(quán)的實(shí)際要求，提出了具有優(yōu)先級(jí)的輪詢接入控制協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈中最高級(jí)作戰(zhàn)命令具有最高優(yōu)先權(quán)，把發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)的站點(diǎn)設(shè)定為網(wǎng)控站，對(duì)網(wǎng)控站采用完全服務(wù)，其余N個(gè)站點(diǎn)為從屬站，對(duì)從屬站采用限定(k=1)服務(wù)，PPACP模型如圖1所示。PPACP服務(wù)規(guī)則如下：

1)在每一個(gè)輪詢周期開(kāi)始時(shí)，網(wǎng)控站首先檢查自己有無(wú)需要發(fā)送的報(bào)文。若有，則按照先到先服務(wù)(FCFS)發(fā)送報(bào)文；若沒(méi)有，則轉(zhuǎn)到查詢第i號(hào)從屬站。

2)若網(wǎng)控站有報(bào)文要發(fā)送，則當(dāng)網(wǎng)控站發(fā)送完其當(dāng)前所有的報(bào)文時(shí)，轉(zhuǎn)到查詢第i號(hào)從屬站。

3)若第i號(hào)從屬站有報(bào)文需要發(fā)送，則按FCFS的順序發(fā)送一個(gè)報(bào)文分組，之后再轉(zhuǎn)到查詢網(wǎng)控站。

4)網(wǎng)控站服務(wù)結(jié)束之后，轉(zhuǎn)到查詢第i+1號(hào)從屬站。

圖1 PPACP模型Fig.1 Model of PPACP

1.2 PPACP性能分析

在建立如圖1所示的PPACP模型基礎(chǔ)上，采用嵌入式Markov鏈和概率母函數(shù)的方法建立PPACP數(shù)學(xué)模型[7]。對(duì)該模型進(jìn)行分析，得到PPACP相關(guān)特性參數(shù)。假設(shè)數(shù)據(jù)鏈工作在離散時(shí)間上，每個(gè)網(wǎng)控站占用的信道是單一的，系統(tǒng)工作條件如下：

(1)

在tn時(shí)刻，πi(x1,x2,…,xN,xp)的概率母函數(shù)定義為

(2)

同理可得πip(y1,y2,…,yN,yp)的概率母函數(shù)為

(3)

根據(jù)PPACP模型所采用的輪詢機(jī)制和以上定義的概率母函數(shù)，可求得戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中采用PPACP的性能參數(shù)。

1)平均輪詢周期。系統(tǒng)的輪詢周期為按照PPACP規(guī)則對(duì)系統(tǒng)中N+1個(gè)站點(diǎn)全部服務(wù)一遍所用時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均值，它由服務(wù)時(shí)間和查詢轉(zhuǎn)換時(shí)間組成。利用概率母函數(shù)的關(guān)系可得

(4)

Gi0=Gi(1,1,…,zi,…,1)|zi=0,i=1,2,…,N.

(5)

簡(jiǎn)化(4)式和(5)式得到系統(tǒng)的平均輪詢周期為

(6)

2)平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)。輪詢到i號(hào)從屬站時(shí)，i號(hào)從屬站內(nèi)存儲(chǔ)的報(bào)文分組數(shù)(即報(bào)文分組的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng))為gi(i)；輪詢到網(wǎng)控站時(shí)，網(wǎng)控站內(nèi)存儲(chǔ)的信息分組數(shù)為gip(p). 對(duì)概率母函數(shù)求偏導(dǎo)數(shù)和極限可得

(7)

(8)

3)系統(tǒng)吞吐量。系統(tǒng)吞吐量是指單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所能傳輸服務(wù)的報(bào)文分組數(shù)，其表達(dá)式為

T=Nρ+ρp.

(9)

根據(jù)PPACP模型，利用Matlab進(jìn)行仿真。圖2為PPACP站點(diǎn)的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)仿真值與理論值隨到達(dá)率變化的曲線圖，圖3為PPACP與傳統(tǒng)的3種輪詢協(xié)議站點(diǎn)的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)隨到達(dá)率變化對(duì)比圖。

圖2 PPACP站點(diǎn)平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)隨到達(dá)率變化曲線 (β=βp=1,γ=2)Fig.2 Change of average queue length of PPACP site with arrival rate (β=βp=1,γ=2)

圖3 PPACP與3種基本輪詢協(xié)議的站點(diǎn)平均排隊(duì) 隊(duì)長(zhǎng)對(duì)比圖(β=βp=1,γ=2,N=4)Fig.3 Average queue length of station between PPACP and three basic polling protocols (β=βp=1, γ=2,N=4)

分析圖2中可知：仿真值和理論值相同，說(shuō)明了仿真的正確性；無(wú)論N取3還是15，網(wǎng)控站的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)都遠(yuǎn)小于從屬站的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)，說(shuō)了網(wǎng)控站的傳輸優(yōu)先性；N取15時(shí)，網(wǎng)控站和從屬站的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)都比N取3時(shí)的大，且隨著報(bào)文分組到達(dá)率的增大，差值逐漸增大，這與理論是相符的。

分析圖3可知，在相同工作條件下，PPACP網(wǎng)控站的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)是遠(yuǎn)小于3種傳統(tǒng)輪詢協(xié)議站點(diǎn)的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)的，但PPACP從屬站的該性能參數(shù)值卻是要差于3種傳統(tǒng)輪詢協(xié)議。說(shuō)明PPACP是以犧牲普通站點(diǎn)的性能來(lái)提高高優(yōu)先級(jí)站點(diǎn)性能的，這是符合優(yōu)先級(jí)傳輸控制理論[8]的。

2 PPACP的FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)FPGA自頂而下的模塊化設(shè)計(jì)思想，對(duì)PPACP設(shè)計(jì)時(shí)，以包含3個(gè)從屬站和1個(gè)網(wǎng)控站(即N=3)的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)為例，把系統(tǒng)分為報(bào)文分組產(chǎn)生模塊、站點(diǎn)模塊、PPACP控制模塊和接收終端模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 報(bào)文分組產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)

報(bào)文分組產(chǎn)生模塊生成具有到達(dá)率為λ的泊松分布的報(bào)文分組，用以表示戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中要傳輸?shù)淖鲬?zhàn)報(bào)文。設(shè)計(jì)中，到達(dá)率λ是可以設(shè)定0～1之間的任意值。為了便于統(tǒng)計(jì)和驗(yàn)證，報(bào)文分組的內(nèi)容都設(shè)定為8位的10101010. 報(bào)文分組產(chǎn)生模塊的時(shí)序仿真圖如圖4所示。

圖4 報(bào)文分組產(chǎn)生模塊的時(shí)序仿真圖Fig.4 Time sequence simulation diagram of packet generation module

2.2 站點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)PPACP調(diào)度策略，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中的站點(diǎn)具有存儲(chǔ)報(bào)文的功能，并且能在讀、寫(xiě)信號(hào)的控制下，對(duì)報(bào)文按照FCFS的順序進(jìn)行存入和讀出。設(shè)計(jì)時(shí)，利用4個(gè)異步FIFO對(duì)站模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。每個(gè)異步FIFO代表一個(gè)站點(diǎn)，在寫(xiě)信號(hào)有效時(shí)，對(duì)報(bào)文分組順序存儲(chǔ)，在讀信號(hào)有效時(shí)，對(duì)存儲(chǔ)的報(bào)文分組按照FCFS規(guī)則讀取。單個(gè)站點(diǎn)模塊仿真時(shí)序圖如圖5所示。

2.3 PPACP控制模塊設(shè)計(jì)

該模塊是戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)按照PPACP策略調(diào)度的核心控制模塊。圖6為PPACP模塊狀態(tài)機(jī)。輪詢周期開(kāi)始時(shí)，首先為網(wǎng)控站進(jìn)行完全服務(wù),服務(wù)結(jié)束后轉(zhuǎn)到為1號(hào)從屬站進(jìn)行限定(k=1)服務(wù)。對(duì)從屬站1服務(wù)結(jié)束后再轉(zhuǎn)到對(duì)網(wǎng)控站進(jìn)行完全服務(wù)。服務(wù)結(jié)束繼而對(duì)2號(hào)從屬站進(jìn)行限定(k=1)服務(wù)。3號(hào)從屬站的服務(wù)轉(zhuǎn)換情況與之相同。

圖6 PPACP控制模塊狀態(tài)機(jī)Fig.6 State machine of PPACP control module

2.4 接收終端模塊設(shè)計(jì)

接收終端模塊實(shí)現(xiàn)從總線上正確讀取對(duì)應(yīng)站點(diǎn)所發(fā)送的報(bào)文分組的功能。由于信道利用率不可能達(dá)到100%，故該模塊中需要濾波電路，以濾除總線上全零的非報(bào)文數(shù)據(jù)。圖7為接收終端模塊電路圖。在輪詢控制服務(wù)信號(hào)s有效時(shí)，通過(guò)始終置為高電平的讀信號(hào)r把濾波后正確的報(bào)文分組讀取出來(lái)。

圖7 接收終端模塊電路圖Fig.7 Circuit diagram of receiving terminal module

2.5 PPACP的FPGA頂層設(shè)計(jì)

根據(jù)PPACP原理，把報(bào)文分組產(chǎn)生模塊、站點(diǎn)模塊、PPACP控制模塊和接收終端模塊連接構(gòu)成系統(tǒng)如圖8所示。4個(gè)報(bào)文分組產(chǎn)生模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中待傳輸?shù)淖鲬?zhàn)報(bào)文，網(wǎng)控站和3個(gè)從屬站對(duì)待發(fā)送的報(bào)文進(jìn)行存儲(chǔ)，并在PPACP控制下進(jìn)行發(fā)送。4個(gè)站點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文經(jīng)或門(mén)電路后發(fā)送到總線上進(jìn)行傳輸。4個(gè)接收終端從總線上讀取各自對(duì)應(yīng)站點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文。

圖8 PPACP的FPGA頂層設(shè)計(jì)圖Fig.8 Top-level design of PPACP based on FPGA

3 仿真測(cè)試和統(tǒng)計(jì)分析

3.1 仿真測(cè)試

圖9 網(wǎng)控站報(bào)文分組傳輸仿真時(shí)序圖Fig.9 Time sequence simulation diagram of network control station packet transmission

圖10 網(wǎng)控站和3個(gè)從屬站服務(wù)控制仿真時(shí)序圖Fig.10 Time sequence simulation diagram of network control station and 3 slave stations service control

采用硬件描述語(yǔ)言VERILOG HDL和原理圖相結(jié)合的方法，在FPGA開(kāi)發(fā)軟件QUARTUSⅡ8.0中進(jìn)行綜合和布線。系統(tǒng)工作時(shí)鐘clk周期設(shè)定為1 ns，復(fù)位信號(hào)rst設(shè)為低電平有效，報(bào)文分組到達(dá)率λp=λi=λ=0.05，發(fā)送1個(gè)報(bào)文分組所需的時(shí)隙數(shù)βp=β=1，查詢轉(zhuǎn)換時(shí)間γ=2. 對(duì)PPACP進(jìn)行仿真，得到如圖9、圖10所示的時(shí)序仿真圖。圖9中，網(wǎng)控站發(fā)送的報(bào)文分組d1與其接收終端接收的報(bào)文分組r1的值是完全相同的，只是存在1個(gè)時(shí)隙的延時(shí)，這是通信傳輸中無(wú)法避免的，3個(gè)從屬站的報(bào)文分組情況與網(wǎng)控站相同。圖10中，s1為網(wǎng)控站服務(wù)控制信號(hào)，s2、s3、s4為3個(gè)從屬站服務(wù)控制信號(hào)，從中可以看出，網(wǎng)控站和3個(gè)從屬站是按照PPACP控制策略接受服務(wù)的。把所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)下載到DE2 CycloneⅡ2c35F672c6開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果與仿真結(jié)果一致。說(shuō)明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PPACP控制功能。

圖11 復(fù)位測(cè)試機(jī)圖Fig.11 Diagram of reset test machine

把所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)下載到DE2 CycloneⅡ2c35F672c6開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行測(cè)試，用CLOCK 50作為系統(tǒng)工作時(shí)鐘，SW[17]為復(fù)位rst控制。用DE2上的8個(gè)7段數(shù)碼管顯示系統(tǒng)輸出結(jié)果，其中，前4個(gè)數(shù)碼管HEX7、HEX6、HEX5、HEX4分別顯示網(wǎng)控站和3個(gè)從屬站的服務(wù)控制信號(hào)，HEX3、HEX2、HEX1、HEX0分別顯示網(wǎng)控站和3個(gè)從屬站發(fā)送的報(bào)文分組，并且以“7”代表報(bào)文分組的內(nèi)容。圖11為復(fù)位控制SW[17]置為低電平(即rst有效)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入工作準(zhǔn)備階段的測(cè)試機(jī)圖。圖12中第1個(gè)數(shù)碼管HEX7顯示“1”， HEX6、HEX5、HEX4都無(wú)顯示，說(shuō)明此時(shí)只有網(wǎng)控站在接受服務(wù)，同時(shí)，HEX3顯示“7”， HEX2、HEX1、HEX0都無(wú)顯示，說(shuō)明此時(shí)只有網(wǎng)控站正在發(fā)送報(bào)文分組。圖13為系統(tǒng)工作中1號(hào)從屬站接受服務(wù)的測(cè)試結(jié)果，其他2個(gè)從屬站接受服務(wù)的測(cè)試結(jié)果與1號(hào)從屬站相同。這與系統(tǒng)的時(shí)序仿真結(jié)果是一致的，說(shuō)明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PPACP控制功能。

圖12 網(wǎng)控站發(fā)送報(bào)文分組Fig.12 Network control station sending packets

圖13 1號(hào)從屬站發(fā)送報(bào)文分組Fig.13 The first slave station sending packets

3.2 統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)PPACP原理，可得到系統(tǒng)的平均輪詢周期、吞吐量以及網(wǎng)控站和從屬站的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì)表達(dá)式為

平均輪詢周期

(11)

吞吐量

(12)

網(wǎng)控站平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)

(13)

從屬站的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)

(14)

式中：tm為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間；nc為輪詢次數(shù)；ng為總線上傳輸?shù)目偟膱?bào)文分組數(shù)；lp(m)為第m次訪問(wèn)網(wǎng)控站時(shí)網(wǎng)控站待發(fā)送的報(bào)文分組數(shù)；l(m)為第m次訪問(wèn)從屬站時(shí)該從屬站待發(fā)送的報(bào)文分組數(shù)。通過(guò)對(duì)上述參量的統(tǒng)計(jì)，就可以求得系統(tǒng)的性能參數(shù)值。表1是利用(6)式、(7)式、(8)式、(9)式和(11)式、(12)式、(13)式、(14)式分別計(jì)算了在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)tm=100 μs，tm=200 μs，、tm=400 μs和tm=800 μs的平均輪詢周期、系統(tǒng)吞吐量以及網(wǎng)控站和從屬站的平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)。

表1中，在相同的工作條件下，通過(guò)取不同工作時(shí)長(zhǎng)的多次統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)值和理論值是非常接近的，且隨著工作統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)的增加，統(tǒng)計(jì)值是逐漸向理論值收斂的，這與理論實(shí)際是一致的。

表1 統(tǒng)計(jì)值和理論值對(duì)比

4 結(jié)論

本文根據(jù)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用背景，分析了傳統(tǒng)輪詢接入控制協(xié)議存在的不足，提出了具有優(yōu)先級(jí)的輪詢接入控制協(xié)議PPACP. 該協(xié)議能夠較好地滿足戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中對(duì)于緊急作戰(zhàn)命令即具有最高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文優(yōu)先傳輸?shù)膶?shí)際需求。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)輪詢接入控制協(xié)議相比，PPACP中網(wǎng)控站的作戰(zhàn)報(bào)文得到了最優(yōu)先的傳輸權(quán)限，其平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他站點(diǎn)。本文還利用FPGA對(duì)PPACP進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真測(cè)試和統(tǒng)計(jì)分析，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的可行性和正確性。

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Research on Priority Polling Access Control Protocol in FPGA-based Tactical Data Link

LIU Long-jun1,2， DING Hong-wei1， LIU Qian-lin1,3， BAO Li-yong1， LIU Zheng-gang1

(1.School of Information, Yunnan University, Kunming 650091, Yunnan, China;2.Zhoukou Detachment, Henan Armed Police Corps, Zhoukou 466000, Henan, China;3.Yunnan Military Command Region, Kunming 650051,Yunnan, China)

Considering the background of the application of tactical data link in modern information war, a priority polling access control protocol (PPACP) is proposed for that the traditional polling protocol has single function and can not achieve the priority transmission control in actual application. The proposed protocol can set the top priority site as the network control station and the rest of the sites as slave stations based on the priority level of sites. The simulated results show that PPACP can improve the traditional polling protocol, which is better adapted to the requirements of the priority transmission of the most urgent operational message in the tactical data link. PPACP is designed based on field programmable gate array ( FPGA), and the correctness of the design is verified by the simulation test.

ordnance scicne and technology; tactical data link； priority； polling； priority polling access control protocol； field programmable gate array

2016-07-27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61461053、61461054、61072079)；云南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2010CD023)；云南大學(xué)科研項(xiàng)目(XT412004)

劉龍軍(1989—), 男, 碩士研究生。E-mail: 8938170238@qq.com

丁洪偉(1964—), 男, 教授，碩士生導(dǎo)師。E-mail: dhw1964@163.com

TN915.851

A

1000-1093(2017)02-0305-08

10.3969/j.issn.1000-1093.2017.02.014