石瑞

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

JTIDS/Link16戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)敲儡娛褂玫囊环N戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要實現(xiàn)基于 TDMA協(xié)議的大容量、保密、抗干擾的戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)功能，它首先需要將時間周期劃分為若干個小的時間片作為通信資源，并根據(jù)固有的時間分配原則，離散的將不同的時間片固定分給某個特定的網(wǎng)絡(luò)成員使用[1]。該方式在JTIDS/Link16數(shù)據(jù)鏈運用初期，網(wǎng)絡(luò)成員相對較少的情況下，起到了成員占有時間片資源數(shù)量充足和資源相關(guān)信息直觀明了的作用，但隨著數(shù)據(jù)鏈的進一步運用，發(fā)現(xiàn)由于網(wǎng)絡(luò)成員結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致頻繁修改時間周期劃分原則，將在使用重帶來極大的空間和時間的成本，進而使用者產(chǎn)生了對時間周期劃分原則需要包含盡可能多的網(wǎng)絡(luò)用戶的需求，但隨著網(wǎng)絡(luò)用戶組成數(shù)量的增大，每個網(wǎng)絡(luò)成員固定占有的時間片資源將急劇減少，進而導(dǎo)致單個網(wǎng)絡(luò)成員通信能力的下降。本文針對上述不足提出一種在保持原有通信特征下的基于TDMA的通信資源占有優(yōu)化方法的設(shè)計思路和實現(xiàn)方法。

1 通信資源分配方式

數(shù)據(jù)鏈通信采用 TDMA通信體制，是以時間片作為通信資源單位，并且需要考慮到通信設(shè)備發(fā)射模塊發(fā)射占空比不能過高的原因，所以預(yù)先針對網(wǎng)絡(luò)成員時間片資源劃分原則是按照盡可能離散的方式[2]，將通信用戶對時間片的資源需求離散分布在整個時間域上，進而起到資源合理分配，射頻發(fā)射占空比可控的目的，分布方式大致示意圖如圖1。

圖1 時隙分布示意圖

由圖1可以得出在不考慮通信資源重新分配的情況下，每個成員的通信資源出現(xiàn)在某個位置的概率是大致相同的，進而通信設(shè)備進行信號發(fā)射也會均勻出現(xiàn)在整個時間域上，不會產(chǎn)生單個成員在某個時間區(qū)間內(nèi)連續(xù)發(fā)射的情況。

隨著網(wǎng)絡(luò)成員數(shù)量的急劇上升，如果保持原有時間資源的成員預(yù)先固定分配原則，則每個成員在整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中占有的時間資源就會變得十分有限，這對實際網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用產(chǎn)生了巨大的條件限制。故在系統(tǒng)實際應(yīng)用過程中，一方面為了滿足網(wǎng)絡(luò)成員對時間資源的數(shù)量需求，另一方面為了降低重新時間資源分配產(chǎn)生的空間和時間消耗，產(chǎn)生了在網(wǎng)成員動態(tài)占用其他暫時沒有在網(wǎng)成員的時間資源的解決方法。該方法的應(yīng)用可以解決上述條件限制，但是這種動態(tài)的時間資源占用如果不進行控制，就會產(chǎn)生打破原有時間資源均勻離散分布的隱患，進而導(dǎo)致通信設(shè)備在某個時間區(qū)間的占空比被人為升高[3]。故需要一種優(yōu)化算法來保持時間資源調(diào)整前后時間資源的均勻離散狀態(tài)。

2 通信資源動態(tài)分配優(yōu)化方法分析

這里引入的資源動態(tài)占有的優(yōu)化方法設(shè)計思路是，在時間資源動態(tài)調(diào)整過程中，首先對需要調(diào)整的資源數(shù)量進行合法性判定，如果調(diào)整數(shù)量已經(jīng)大于當(dāng)前所有可用資源數(shù)量之和，則直接返回并提示用戶調(diào)整需求過大，需重新評估需求數(shù)量；如果當(dāng)前資源數(shù)量滿足調(diào)整需求，則將滿足調(diào)整需求的所有可用的調(diào)整組合進行優(yōu)化判斷，其中優(yōu)化判斷的主要內(nèi)容是資源離散度和連續(xù)時隙長度合法性判斷，最終將判斷出資源離散度最優(yōu)又能保證最大連續(xù)時隙長度可控的調(diào)整組合返回用戶，進而實現(xiàn)優(yōu)化的資源動態(tài)占有方法。

該優(yōu)化算法實現(xiàn)的基礎(chǔ)是在保證提出通信資源申請方的需求的前提下，針對需求的數(shù)量在整個時間域資源上的實現(xiàn)過程進行算法實現(xiàn)，實現(xiàn)的結(jié)果是挑選一組或者多組最能保證調(diào)整后時間資源離散分布的策略提供給用戶，這樣既減少用戶對時間資源動態(tài)調(diào)整功能實現(xiàn)過程中的工作量，又避免無序調(diào)整帶來的時間資源使用混亂，同時還可以對時間資源動態(tài)調(diào)整的本身需求的正確性合理性進行判斷和評估。本文提出的優(yōu)化方法實現(xiàn)過程如圖2所示。

下面給出圖2對應(yīng)優(yōu)化方法進行算法實現(xiàn)的具體步驟：

（1）獲取時間資源動態(tài)調(diào)整前的時間域狀態(tài)：

（2）將需要進行時間資源調(diào)整的需求量與當(dāng)前資源空閑量進行比較，如果空閑量滿足不了需求，直接返回用戶；如果反之則進入優(yōu)化算法；

（3）在整個x空閑域上將滿足時間資源調(diào)整需求量的所有占有組合進行比較判斷，選出動態(tài)占有資源與原本資源在整個時間域上離散程度最高的組合，

并且每一個通過時間資源動態(tài)調(diào)整之后的時間區(qū)間的最大寬度必須不大于設(shè)備最大可支持的連續(xù)射頻發(fā)射時間，

（4）如果步驟（3）結(jié)果存在且可滿足設(shè)備的占空比，將結(jié)果提交用戶，反之則提示用戶該算法的最優(yōu)結(jié)果依然不能滿足設(shè)備的長時間正常運行要求，需要用戶修改時間資源動態(tài)占有需求。

圖2 時隙動態(tài)分配優(yōu)化方法示意圖

3 結(jié)論

隨著數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用的不斷深入，對通信資源的充分運用已成為該方向的重點研究課題，隨著不斷的研究深入，必將對數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響和推動作用。本文針對傳統(tǒng)通信資源動態(tài)占有方式進行研究，分析其不足，進而從整個時間域的角度出發(fā)，通過建立通信資源動態(tài)占有模型實現(xiàn)對空閑通信資源的合理化使用，并提出一種優(yōu)化的動態(tài)占有實現(xiàn)方法，對比之前用戶無法對時間資源動態(tài)調(diào)整過程進行預(yù)估和評估，該方法通過算法證明不但可以提高整個通信過程的效率，而且可以保證設(shè)備射頻模塊正常運行，對數(shù)據(jù)鏈實際應(yīng)用的起到促進作用。該方法現(xiàn)已應(yīng)用在某型數(shù)據(jù)鏈通信控制過程當(dāng)中。

參考文獻：

[1]梅文華, 蔡善法. JTIDS/Link16 數(shù)據(jù)鏈[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2007.

[2]崔可嘉, 孫昕. 基于 TDMA的無沖突動態(tài)時隙分配算法[J]. 計算機工程. 2014, 40(10).

[3]冷愛蓮. 基于固定和動態(tài)時隙相融合的 TDMA分配算法[J]. 計算機工程與應(yīng)用. 2015,13.