基于TDMA的数据链动态时隙分配算法研究

摘要：对于TDMA数据链网络来说，根据特定作战任务进行数据链的时隙分配是决定其能否满足作战需求的关键所在，本文在阐述TDMA数据链时隙分配方法的基础上，分析比较了当前几种典型时隙分配方法的性能特点，为战术数据链的作战运用、作战效能研究以及装备研发提供理论方法和技术参考。

关键词：数据链 TDMA 时隙分配

中图分类号：TN919.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）04-0126-01

1 引言

战术数据链需要针对特定的战术任务在部署实施前进行网络结构设计、资源分配和相关参数配置。在TDMA数据链网络中，为实现战场资源的可靠传输、交换与处理，各数据链端机可共用同一信道，在时间上将信道划分为若干个时隙，每个用户轮流占用时隙完成数据交换。因此，如何将有限的时隙资源最佳的分配给用户，是决定系统效能发挥的关键所在。本文以作战需求为牵引，根据TDMA数据链的特点，对时隙分配的程序及方法进行了分析和探讨，通过对比各种时隙分配方法的实现原理及性能差异，得出其适用条件。

2 时隙分配方法

基于TDMA协议的数据链将1天24小时划分成112.5个时元、每个时元又划分成12秒长的64个时帧，每个时帧由1536个时隙构成，时隙长7.8125ms，为数据传输的最小分配单元。所有时隙分成A、B、C三组，每组均包含512个时隙。一般情况下，时隙按时隙块的形式进行分配。对于时隙块中时隙的划定按照等时间间隔均匀分配。因此，一旦划定好时隙块，便能够从中分析出时隙的数量能否与传输的数据量要求相适应，同时还能分析其是否满足消息更新率及系统响应时间要求等。时隙分配通常按以下步骤进行：

（1）时隙需求分析。结合实际任务特点，通过对数据链网络需求的分析明确NPG成员的类型及数量、成员发送报文频度、系统运行中吞吐量预估、消息更新率以及中继开设级数等，由此得到成员对时隙的需求，进而估算出各NPG所需要的时隙块大小，并据此进行分配。

（2）选择时隙分配策略。明确了哪些时隙块分配给NPG后，接着需要进一步将时隙块中的时隙分配给NPG中成员使用。具体如何分配可根据实际任务特点在固定分配、动态分配、竞争分配以及预约分配等不同分配机制中择优选择。

（3）协议性能评价。分析计算各NPG所属成员分配的时隙数量以及时隙占用方法的作战满意度需求。如分析计算碰撞概率或不同优先级消息的系统响应时间等。如果满足需求，则所设计的时隙分配方案通过，并根据数据量、消息更新率、中继要求等主要评价指标对协议总体性能给出结论，否则将重新对时隙分配方案进行考虑。

3 常用时隙分配策略的比较

（1）固定分配。固定时隙占用方式需要首先根据网络中成员的数量及不同成员对于时隙的具体需求，将时隙块划分为若干数量的子时隙块并将其分配给相应网络成员。完成上述分配后，网络成员将在各自所分配的子时隙块上来发送消息。如果没有消息发送，则这些时隙就被闲置。因此，这种分配方法信道利用率偏低，比较适合用于信道容量足够大或用户数量并不是很多的情况下。其优点是实现简单，且不容易产生多址干扰。

（2）动态分配。该方法是在综合考虑用户容量及业务量大小的基础上对时隙分配的数量进行实时动态调整。时隙动态分配既包括NPG时隙块的动态分配又包括对NPG成员所需时隙的动态分配。当为NPG分配的时隙块与所需发送信息的要求不相适应或时隙块仍有富余时，系统将视情对时隙块的大小进行调整。如果NPG的某个成员所分配的时隙不能满足要求或仍有富余时，可视情在网内成员之间相互调整。如仍无法达到满意效果，可返回上一层次，通过调整NPG时隙块的大小来解决。此方法实现起来相对复杂，对于提高时隙资源利用率有较大改善。

（3）竞争分配。用户采用ALOHA方式对时隙争抢占用，如果发送信息的只有一个用户则可成功发送，反之将产生冲突。用户检测到时隙碰撞后，均在经过随机延迟后进行重发。争抢占用的优点在于简化了网络设计，同时有效降低了网络管理的负担，在成员数量众多但平均传输数据量较少时，可以有效节约系统容量。争抢占用的主要缺点是当多个成员同时竞争某一时隙时会产生发送碰撞，从而降低了网络的吞吐率，因此，该方法通常不适合于较大规模的网络使用。

（4）预约分配。是对竞争分配的改进。用户发信之前，先要通过专用信道向网管中心预约，网管中心按照预约申请的先后顺序为各申请用户分配时隙。此方法实现起来相对复杂。主要表现为对地空通信的可靠性要求过高，不能与当前的时隙分配策略相适应。

从应用角度来看，对于上述方法的选用主要参考指标是报文响应时间，一般用平均时延长度来表示，主要包括处理时延、等待时延和传输时延。处理时延指从报文产生到该报文进入发送队列的时间，主要由各端机处理速率确定；等待时延指报文进入发送缓冲队列中到其发送之间的时间，主要由系统调度决定，最能体现出时隙调度的好坏；传输时延指报文发送至接收完成的时间，由端机本身决定，和位置、信息量大小等有关。由此可见，时隙分配的主要目的是减少等待时延时间。在作数据链网络设计时，可根据不同NPG的特点及要求灵活选用上述方法。

4 结语

本文在充分考虑数据链作战需求及时隙分配的影响因素的基础上，探讨了基于TDMA的无线信息分发网络的时隙分配方法。通过对时隙固定分配、动态分配、竞争分配和预约分配等几种策略综合分析比较，得出各自的优缺点，以明确其适用性。在进行TDMA数据链网络设计或时隙分配时，可利用上述理论进行优化分析，同时兼顾不同的平台、消息类别等对系统响应时间的不同要求，在资源分配及作战要求间达成平衡，实现资源的最大利用。

参考文献

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