【導(dǎo)讀】超短波無線通信協(xié)議的開發(fā)現(xiàn)狀…實現(xiàn)超短波無線通信多址接入的關(guān)鍵技術(shù)………………基于ad-hoc網(wǎng)絡(luò)多址接入技術(shù)的提出背景和應(yīng)用發(fā)展…論文的主要工作…ad-hoc網(wǎng)絡(luò)與其它移動通信系統(tǒng)的比較…多址接入技術(shù)的概念和問題的本質(zhì)…采用SOTDMA技術(shù)進行超短波無線通信組網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)設(shè)計………設(shè)計工具的選擇…用于通信系統(tǒng)性能仿真的代碼實現(xiàn)…技術(shù)在新一代戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中的使用進行了總結(jié)和展望.網(wǎng)絡(luò)為中心的,因此,與信息化作戰(zhàn)相適應(yīng)的C4ISR系統(tǒng)在戰(zhàn)爭中的地位和作用越來越重要.支持相關(guān)協(xié)議),以滿足各軍兵種C3I系統(tǒng)的多樣化需求.

　　

【正文】 時隙窗口也相互獨立 ,由二項分布可知 ,在 n次發(fā)送報文中 ,有 L次時隙沖突的概率分布為 : P4=CNL(P3)L(1P3)(NL)8) 同時 ,也可以得到系統(tǒng)連續(xù)發(fā)生 k次沖突的概率為 : P5=(P3)K (9) 下面基于以上的分析推導(dǎo) N個船站的 VHF信號覆蓋范圍重疊時發(fā)生時隙沖突的概率 .當(dāng)有 N個船站時 ,其中任意兩艘船之間的某一預(yù)約時隙有可能發(fā)生沖突 ,任意三艘船之間的某一預(yù)約時隙也有可能發(fā)生沖突 ,甚至任意 N艘船之間的某一預(yù)約時隙也可能發(fā)生沖突 . 根據(jù)概率論知識 ,假設(shè)三艘船分別為 A、 B、 C,由任意兩艘船發(fā)生一次時隙沖突的概率為 P3,則當(dāng) A選中一個時隙時 ,與 B、 C 發(fā)生時隙沖突的概率記為 :P3AB、 P3AC,易 知它們都為 P3.三艘船同時發(fā)生沖突的概率記為 :P3ABC. 所以 A發(fā)送報文時發(fā)生沖突的概率為 : P3A=P3AB+P3ACP3ABC (10) 由于 A、 B沖突事件與 A、 C沖突事件相互獨立 ,所以 : P3ABC=P3AB*P3AB=P32 (11) 同理可得四艘船同時發(fā)生沖突的概率為 : P4ABCD=P33 (12) 依次推導(dǎo) ,N艘船同時發(fā)生沖突的概率為 : PN=P3N1 (13) 因此可得三艘船存在時 ,其中一艘船發(fā)送一個報文時發(fā)生沖突的概率為 : P34=P3+P3P32=2P3P32 (14) 四艘船存在時 ,其中一艘船發(fā)送一個報文時發(fā)生沖突的概率為 : P4A=P4AB+P4AC+P4ADP4ABCP4ABDP4ACD+P4ABCD = C(41)1(P3) C(41)2(P3)2+ C(41)3(P3)3 =3P33P32+3P33 (15) 依次推導(dǎo) ,可得 N艘船存在時 ,其中一艘船發(fā)送一個報文時發(fā)生沖突的概率為 : PNA= C(N1)1(P3) C(N1)2(P3)2+ C(N1)3(P3)3…… +(1)(i1)C(N1)i(P3)i+…… +(1)(N1)C(N1)N(P3)N1 (16) 當(dāng)連續(xù)發(fā)送 n個報文時 ,由于前后時隙都是獨立的 ,因此發(fā)生 L個時隙沖突的概率分布為 : PNL=CNL(PNA)L(1PNA)(NL)17) 4 基于 SOTDMA技術(shù)的超短波無線通信系統(tǒng)開發(fā)實例 目前一般超短波電臺的相關(guān)性能指標 工作頻段 :30~88MHz。 抗干擾方式 :中速跳頻 。 數(shù)傳速率 :19200bps。 工作方式 :數(shù)話同傳 /雙工 。 數(shù)傳靈敏度 :109dBm。 TDMA基本幀周期時隙數(shù) :20個 。 時隙間隔 :60ms. 采用 SOTDMA技術(shù)進行超短波無線通信組網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)設(shè)計 根據(jù) SOTDMA 技術(shù) ,信道時間被分為固定長度的時間間隔 .超短波電臺的一個幀周期通過擴展可以設(shè)計為 1000個時隙 ,跨度為 ,如圖 6所示 . 0 1 … 19 20 … 39 40 … … 999 0 1 … 19 20 … … 根據(jù)目前超短波電臺的性能特性 ,算法所涉及的主要參數(shù) NSS、 NS、 NI、 RR、 SI、 NTS 和TMO的設(shè)計如表 1所示 . 表 1 SOTDMA接入算法的參數(shù) 符號 名稱 說明 最小值 最大值 NSS 標稱開始時隙 系統(tǒng)在鏈路上傳輸?shù)牡谝粋€時隙 0 999 NS 標稱時隙 選擇時隙的參考中心 0 999 NI 標稱增量 標稱時隙間的時隙數(shù) 20 500 RR 報告率 每幀中理想的戰(zhàn)車報告數(shù)量 2 50 SI 選擇間隔 戰(zhàn)車報告候選時隙的選擇范圍 4 100 NTS 標稱傳輸時隙 在選擇間隔 SI內(nèi)選中的時隙 0 999 TMO 超時 連續(xù)占據(jù)某時隙的次數(shù) 3 7 戰(zhàn)車電臺在開機后首先進入 1min的初始化階段 .在此階段 ,系統(tǒng)要監(jiān)視 SOTDMA信道上的時隙占用情況 ,了解信道的活動狀態(tài) ,確定其它站臺的身份 、當(dāng)前時隙分配和其他用戶報告的位置 ,建立在整個鏈路上運行的所有站臺的通信目錄和反映信道活動狀態(tài)的時隙表 .1min 后 ,系統(tǒng)進入網(wǎng)絡(luò)登陸階段 ,開始根據(jù)不斷刷新的時隙表進行信號發(fā)射 . 通信系統(tǒng)建模與仿真 仿真工具的選擇 本文中對通信系統(tǒng)進行建模仿真的目的主要在于分析不同報告率 RR 的情況下 ,通信系統(tǒng)中發(fā)生時隙碰撞的概率或是連續(xù)發(fā)生時隙碰撞的概率 ,最終驗證在目前我軍超短波電臺組成的無線通信系統(tǒng)中采用 SOTDMA 技術(shù)后的信道傳輸質(zhì)量 ,為下一步通信系統(tǒng)在鏈路層設(shè)計中正式采用 SOTDMA技術(shù) ,提供理論依 據(jù) . 因此 ,本文采用了由 MATHWORK公司推出的 MATLAB7作為分析通信系統(tǒng)中時隙碰撞情況的仿真工具 .與 Fortran和 C等高級語言比較 ,MATLAB的語法規(guī)則更簡單 ,更重要的是其貼近人思維方式的編程特點 ,使得用 MATLAB編寫程序更易于實現(xiàn) .而且 ,現(xiàn)在的 MATLAB新版本早已不只停留在工程計算的功能上 ,它由主包、 SIMULINK以及功能各異的工具箱組成 ,以矩陣運算為基礎(chǔ) ,把計算、可視化、程序設(shè)計融合到了一個簡單易用的交互式工作環(huán)境中 .用MATLAB可以方便的實現(xiàn)工程計算、算法研究、符號運算、建模和仿真 、原型開發(fā)、數(shù)據(jù)分析既可視化、科學(xué)和工程繪圖、應(yīng)用程序設(shè)計 (包括圖形用戶界面設(shè)計 )等等功能 . 用于通信系統(tǒng)性能仿真的代碼實現(xiàn)及仿真 進行兩輛戰(zhàn)車在一個時隙選擇中發(fā)生碰撞情況的仿真 假設(shè) ,兩輛戰(zhàn)車的報告率 RR 分別從 2到 50,則發(fā)生一次碰撞的概率如下 . 當(dāng) RR=2,則 NI=500,SI=*500=100. 100 99 P3X=∑(P1*P2)= ∑(2*(3*100+M+1)/(4*100+1)2*M/10000)+1/401*1/100 M=1 M=1 當(dāng) RR=25,則 NI=40,SI=*40=8. 8 7 P3Y= ∑(P1*P2)=∑(2*(3*8+M+1)/(4*8+1)2*M/64)+1/33*1/8 M=1 M=1 當(dāng) RR=50,則 NI=20,SI=*20=4. 4 3 P3Y=∑(P1*P2)= ∑(2*(3*4+M+1)/(4*4+1)2*M/16)+1/17*1/4 M=1 M=1 代碼實現(xiàn)如下 : p3=0。 for rp=2:1:50 for m=1:1:(1000/(5*rp)) if m[(1000/(5*rp))1] p1=1/[4*(1000/(5*rp))+1]。 else p1=2*[3*1000/(5*rp)+m+1]/(4*1000/(5*rp)+1)^2。 end p2=m/(1000/(5*rp))^2。 p3=p1*p2+p3。 end y(rp)=p3。 p3=0。 end 結(jié)果如下 : y y = Columns 1 through 10 0 Columns 11 through 20 Columns 21 through 30 Columns 31 through 40 Columns 41 through 50 進行兩輛戰(zhàn)車發(fā)送報文 N=100時發(fā)生 L次時隙沖突概率分布情況的仿真 假設(shè) ,兩輛戰(zhàn)車的報告率 RR分別為 2 50,當(dāng)兩輛戰(zhàn)車發(fā)送報文 N=100時 ,發(fā)生 L次時隙沖突的概率分布如下 (L取 10). 根據(jù)之前的運算得知 ,當(dāng) RR=2,P3X=, 則 :P4X=C100L(P3X)L(1P3X)100L=C100L()L()100L 當(dāng) RR=25,P3Y=, 則 :P4Y=C100L(P3Y)L(1P3Y)100L=C100L()L()100L 當(dāng) RR=50,P3Z=, 則 :P4Z=C100L(P3Z)L(1P3Z)100L=C100L()L()100L 代碼實現(xiàn)如下 : for i=1:1:10 n1(i)=factorial(100)*[()^i]*[()^(100i)]/[factorial(i)*factorial(100i)]。 n2(i)=factorial(100)*[()^i]*[()^(100i)]/[factorial(i)*factorial(100i)]。 n3(i)=factorial(100)*[()^i]*[()^(100i)]/[factorial(i)*factorial(100i)]。 end n1 n1 = n2 n2 = n3 n3 = 進行兩輛戰(zhàn)車連續(xù)發(fā)生 K次時隙沖突概率情況的仿真 假設(shè) ,兩輛戰(zhàn)車的報告率 RR 分 別為 2 50,則發(fā)生 K次連續(xù)碰撞的概率如下 . 當(dāng) K=1,則 :P5X=(P3X),P5Y=(P3Y),P5Z=(P3Z) 當(dāng) K=2,則 :P5X=(P3X)2,P5Y=(P3Y)2,P5Z=(P3Z)2 當(dāng) K=3,則 :P5X=(P3X)3,P5Y=(P3Y)3,P5Z=(P3Z)3 當(dāng) K=4,則 :P5X=(P3X)4,P5Y=(P3Y)4,P5Z=(P3Z)4 當(dāng) K=5,則 :P5X=(P3X)5,P5Y=(P3Y)5,P5Z=(P3Z)5 代碼實現(xiàn)如下 : for i=1:1:5 n1(i)=^i。 n2(i)=^i。 n3(i)=^i。 end n1 n1 = n2 n2 = n3 n3 = 仿真結(jié)果分析 表 2給出了兩艘船的報告率 RR分別為 2 50時 ,發(fā)送報文發(fā)生沖突的概率 .從表 2的結(jié)果可以看出 ,發(fā)生時隙沖突的概率相當(dāng)小 ,加上信道 編碼等差錯控制 ,這種信道質(zhì)量是可以滿足系統(tǒng)要求的 .另外可以看到 ,隨著 RR的增加 ,時隙沖突的概率明顯增加 . 表 2 發(fā)生 1次時隙沖突的概率 RR 時隙沖突概率 2 25 50 表 3給出了當(dāng)兩艘船 RR 分別為 2 50 時 ,連續(xù)發(fā)生 5次時隙沖突的概率 .可以看到 ,SOTDMA信道連續(xù)發(fā)生時隙沖突的可能性不大 ,這樣非常有利于信道的差錯控制 . 表 3 兩條船發(fā)生 L次連續(xù)時隙沖突的概率 L 時隙沖突概率 RR=2 RR=25 RR=50 1 2 0 3 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 圖 7 為當(dāng)兩艘船報告率分別為 2 50,報文總數(shù) n=100時發(fā)生時隙沖突的概率分布 .從圖7曲線可以看出 ,報告率越小 ,發(fā)生沖突的次數(shù)越偏向于 0,平均值越小 ,信道傳輸質(zhì)量越高 . 通過上述分析 ,我們可以得出 ,在戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中采用 SOTDMA 通信協(xié)議進行超短波電臺組網(wǎng)通信 ,信道阻塞率較低、發(fā)信成功率較高 ,具有良好的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性能 . 5 結(jié)束語 近年來 ,隨著新軍事變革理論與實踐的不斷發(fā)展 ,與信息化作戰(zhàn)相 適應(yīng)的 C4ISR系統(tǒng)在戰(zhàn)爭中的地位和作用越來越重要 ,以武器平臺為中心的戰(zhàn)爭逐漸轉(zhuǎn)化為以網(wǎng)絡(luò)為中心的戰(zhàn)爭 .但是落后的通信體系 ,制約了部隊的整體作戰(zhàn)效能和戰(zhàn)斗力 .隨著目前通信技術(shù)的進步和新一代VHF 通信設(shè)備的研制成功 ,采用動態(tài)的接入技術(shù)和路由技術(shù)成為了可能 .本文正是采用了一種基于自組織網(wǎng)絡(luò)和動態(tài) TDMA多址接入技術(shù)的 SOTDMA 技術(shù)和協(xié)議 ,并結(jié)合超短波電臺的性能特點 ,通過分析和仿真 ,為其最終應(yīng)用到新一代戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中提供了一些理論依據(jù) .當(dāng)然 ,對于其時隙選擇策略、自組織接入方式等特點還有待于在實際測試中進一步進行 驗證 . 參考文獻 : [1] 王金龍 ,王呈貴 ,吳啟暉 ,龔玉萍 .Ad hoc移動無線網(wǎng)絡(luò) [M].北京 :國防工業(yè)出版社 ,2020:326. 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