【正文】 end n1 n1 = n2 n2 = n3 n3 = 仿真結(jié)果分析 表 2給出了兩艘船的報(bào)告率 RR分別為 2 50時(shí) ,發(fā)送報(bào)文發(fā)生沖突的概率 .從表 2的結(jié)果可以看出 ,發(fā)生時(shí)隙沖突的概率相當(dāng)小 ,加上信道 編碼等差錯(cuò)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(shí)隙沖突的概率明顯增加 . 表 2 發(fā)生 1次時(shí)隙沖突的概率 RR 時(shí)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(shí) ,連續(xù)發(fā)生 5次時(shí)隙沖突的概率 .可以看到 ,SOTDMA信道連續(xù)發(fā)生時(shí)隙沖突的可能性不大 ,這樣非常有利于信道的差錯(cuò)控制 . 表 3 兩條船發(fā)生 L次連續(xù)時(shí)隙沖突的概率 L 時(shí)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(bào)告率分別為 2 50,報(bào)文總數(shù) n=100時(shí)發(fā)生時(shí)隙沖突的概率分布 .從圖7曲線可以看出 ,報(bào)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(guò)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(jìn)行超短波電臺(tái)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(dòng)態(tài)性能 . 5 結(jié)束語(yǔ) 近年來(lái) ,隨著新軍事變革理論與實(shí)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(zhēng)中的地位和作用越來(lái)越重要 ,以武器平臺(tái)為中心的戰(zhàn)爭(zhēng)逐漸轉(zhuǎn)化為以網(wǎng)絡(luò)為中心的戰(zhàn)爭(zhēng) .但是落后的通信體系 ,制約了部隊(duì)的整體作戰(zhàn)效能和戰(zhàn)斗力 .隨著目前通信技術(shù)的進(jìn)步和新一代VHF 通信設(shè)備的研制成功 ,采用動(dòng)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(dòng)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(tái)的性能特點(diǎn) ,通過(guò)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(duì)于其時(shí)隙選擇策略、自組織接入方式等特點(diǎn)還有待于在實(shí)際測(cè)試中進(jìn)一步進(jìn)行 驗(yàn)證 . 參考文獻(xiàn) : [1] 王金龍 ,王呈貴 ,吳啟暉 ,龔玉萍 .Ad hoc移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò) [M].北京 :國(guó)防工業(yè)出版社 ,2020:326. [2] 宋寶華 .DTDMA:a new dynamic TDMA protocol with high throughput [EB/OL].:Inside SW,FW and HW Ramp。 n3(i)=factorial(100)*[()^i]*[()^(100i)]/[factorial(i)*factorial(100i)]。 end y(rp)=p3。 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]。 工作方式 :數(shù)話同傳 /雙工 。 NTS:標(biāo)稱(chēng)傳輸時(shí)隙 ,指在選擇間隔 SI 內(nèi)選中的時(shí)隙 。 NS:標(biāo)稱(chēng)時(shí)隙 ,指選擇時(shí)隙的參考中心 。時(shí)隙請(qǐng)求信息包時(shí) ,為從節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求的數(shù)量 Data:有效數(shù)據(jù) 技術(shù) 性能分析 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨著加入時(shí)隙競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)數(shù)增多的變化情況分析 ,我們得知當(dāng)總數(shù)較少的時(shí)侯 ,隨著用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加 ,網(wǎng)絡(luò)的吞吐量會(huì)有較明顯的增加 ,但當(dāng)總數(shù)超過(guò)一定數(shù)量時(shí) ,由于出現(xiàn)了越來(lái)越多的競(jìng)爭(zhēng)沖突的關(guān)系 ,隨著用戶節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加 ,網(wǎng)絡(luò)的吞吐量逐步減少 .整個(gè)趨勢(shì)同其它以競(jìng)爭(zhēng)為基礎(chǔ)的協(xié)議保持一致 ,例如 CSMA/CA、 CSMA/CD等 . PRMA/TDD技術(shù) PRMA(Packet Reservation Multiple Access)協(xié)議 ,即分組預(yù)約多址協(xié)議 ,是利用人們?cè)谕ㄔ掃^(guò)程中的空閑期來(lái)增加系統(tǒng)容 量的 .據(jù)統(tǒng)計(jì) ,人們?cè)谕ㄔ掃^(guò)程中 ,傳輸話音的帶寬占總帶寬的35%~50%,另外約 50%的帶寬都是空閑的 .PRMA 協(xié)議的內(nèi)容是將時(shí)間軸分為時(shí)隙 ,若干個(gè)時(shí)隙組成一幀 .每一幀中的時(shí)隙被分為兩類(lèi) :一類(lèi)是被預(yù)約的時(shí)隙 ,另一類(lèi)是可用的空閑時(shí)隙 .時(shí)隙的類(lèi)別是根據(jù)在時(shí)隙末尾接收到的基站應(yīng)答信息來(lái)確定的 .每個(gè)移動(dòng)臺(tái)在話音突發(fā)開(kāi)始時(shí) ,采用 ALOHA協(xié)議來(lái)競(jìng)爭(zhēng)可用的空閑時(shí)隙 .若移動(dòng)臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)成功 ,則它就預(yù)定了后續(xù)幀中相同的時(shí)隙 .在后續(xù)幀中 ,它將不會(huì)與其它移動(dòng)臺(tái)的分組發(fā)生碰撞 .當(dāng)一個(gè)話音突發(fā)傳輸結(jié)束后 ,該移動(dòng)臺(tái)將釋放預(yù)約的時(shí)隙 ,使該時(shí) 隙從預(yù)約狀態(tài)變成可用狀態(tài) .釋放的方法就是在預(yù)約的時(shí)隙內(nèi)不傳輸任何信息 ,基站檢測(cè)到該空閑時(shí)隙后 ,就會(huì)指明該時(shí)隙為可用時(shí)隙 . 圖 3是 PRMA系統(tǒng)的工作示例 . 時(shí)隙 0 時(shí)隙 1 時(shí)隙 2 時(shí)隙 3 時(shí)隙 4 時(shí)隙 5 第 I幀 發(fā)送終端 R11 R5 I R3 I R2 11 5 4 2 第 I+1幀 發(fā)送終端 R11 R5 I I I R2 11 5 4 6 2 第 I+2幀 發(fā)送終端 R11 R5 I R4 R6 R2 11 5 12 4 6 2 圖 3 中 ,各時(shí)隙內(nèi)的 Rx表示該時(shí)隙已經(jīng)被節(jié)點(diǎn) x預(yù)約 ,而 I表示該 節(jié)點(diǎn)還未被預(yù)約 .對(duì)于每一個(gè)時(shí)隙 ,如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送 ,那么在基站處必然導(dǎo)致碰撞發(fā)生 ,如第 I幀的時(shí)隙 一 ,則表示相應(yīng)的時(shí)隙是空閑的 ,沒(méi)有節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 .由圖 3可見(jiàn) ,在第 I幀 ,時(shí)隙 2處 ,節(jié)點(diǎn) 4碰撞 ,基站無(wú)法識(shí)別信息 ,因而節(jié)點(diǎn) 6和 4收不到基站的應(yīng)答 ,所以預(yù)約第 I+1幀的時(shí)隙 2 沒(méi)有成功 .在第 I 幀的時(shí)隙 3處 ,節(jié)點(diǎn) 3沒(méi)有發(fā)送信息 ,表示節(jié)點(diǎn) 3要釋放該時(shí)隙 ,因此第 I+1幀的時(shí)隙 3不再處于預(yù)約狀態(tài) .節(jié)點(diǎn) 6和 4在第 I+1幀的時(shí)隙 3和 4分別接入成功 ,并且預(yù)約了第 I+2幀的時(shí)隙 3和 4. 經(jīng)過(guò)分析得知 ,如果物理信道總數(shù)為 20,即 l幀被時(shí)分為 20個(gè)時(shí)隙 ,采用 PRMA協(xié)議后 ,系統(tǒng)可容納的用戶總數(shù)最多可達(dá) 37 個(gè) .然而 ,若只采用 TDMA協(xié)議 ,最多可容納的用戶數(shù)是 20個(gè) ,由此可見(jiàn) ,系統(tǒng)容量得到明顯提高 . SOTDMA技術(shù) 自組織時(shí)分多址技術(shù) SOTDMA(SelfOrganized Time Division Multiple Access),是在 TDMA基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的、用于未來(lái)航海和航空交通管理的通信技術(shù) ,是全球定位及通信系統(tǒng) (GPamp。若信道忙則持續(xù)偵聽(tīng)等待直到信道空閑 . 非持續(xù) CSMA:與 1持續(xù) CSMA不同的是 ,用戶在偵聽(tīng)到信道忙時(shí)將不再繼續(xù)偵聽(tīng)信道 ,而是等待一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)的時(shí)間后重復(fù)上述偵聽(tīng)過(guò)程 ,直到信道空閑再發(fā)射 . p持 續(xù) CSMA:該協(xié)議用于時(shí)隙信道 .用戶若偵聽(tīng)到信道空閑 ,則以概率 p在第一個(gè)可用時(shí)隙內(nèi)發(fā)送信息 ,而以概率 1p在下一個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)送 . 具有碰撞檢測(cè)的 CSMA(CSMA/CD):這是對(duì) CSMA 的又一改進(jìn) ,若多個(gè)用戶在偵聽(tīng)到信道空閑后同時(shí)發(fā)射 ,它們就會(huì)檢測(cè)到碰撞并隨即終止發(fā)射 ,在等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后再次嘗試 . 數(shù)據(jù)檢測(cè)多址 (DSMA):這是 CSMA的一種特例 ,用戶可以在前向信道中檢測(cè)是否有其他用戶占用信道 ,若信道空閑則可以進(jìn)行信息的發(fā)送 . ALOHA協(xié)議的其他擴(kuò)展形式 此外 ,ALOHA協(xié)議還有多種擴(kuò)展形 式 ,現(xiàn)分述如下 . 預(yù)留 ALOHA(RALOHA):預(yù)留 ALOHA(RALOHA)是在 SALOHA 的基礎(chǔ)上 ,對(duì)時(shí)隙賦予了優(yōu)先級(jí) ,而且能夠?yàn)樘囟ǖ挠脩粲谰妙A(yù)留或是按請(qǐng)求預(yù)留用于發(fā)射的時(shí)隙 . 分組預(yù)留多址 (PRMA):分組預(yù)留多址 (PRMA)與 RALOHA類(lèi)似 ,它可以讓每一個(gè) TDMA時(shí)隙傳輸語(yǔ)音或數(shù)據(jù) ,其中語(yǔ)音優(yōu)先 .為了提高系統(tǒng)效率 ,PRMA可以應(yīng)用語(yǔ)音激活檢測(cè)技術(shù) (VAD),以充分利用語(yǔ)音的非連續(xù)性 . 時(shí)頻多址 (FTMA):時(shí)頻多址 (FTMA)[9]是在 SALOHA 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的 。共同特點(diǎn)之二是在擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)上 ,不論通過(guò)什么途徑擴(kuò)頻 ,但基本都是用一組優(yōu)選的擴(kuò)頻碼進(jìn)行控制 ,正因?yàn)榇?,擴(kuò)頻多址又稱(chēng)為碼分多址 (CDMA).或者說(shuō) ,CDMA 是在信號(hào)的擴(kuò)展維 —— 編碼維上對(duì)無(wú)線信號(hào)空間進(jìn)行劃分 .顧名思義 ,碼分多址就是給每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的擴(kuò)頻碼 (或稱(chēng)地址碼 ),通過(guò)該擴(kuò)頻碼的不同 來(lái)識(shí)別用戶 . (PR)/隨機(jī)多址 (RA) 分組無(wú)線電 (PR)是基于數(shù)據(jù)通信的思想 ,將需要傳送的信息進(jìn)行分組打包 ,所有用戶在需要接入信道的隨機(jī)時(shí)刻 ,將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去 。此外在衛(wèi)星通信中也有人提出應(yīng)用 原理如圖 2(c)所示 。分配了信道的基站和移動(dòng)臺(tái)可以同時(shí)進(jìn)行連續(xù)的信號(hào)發(fā)射 . 時(shí)分多址 (TDMA) 時(shí)分多址 (TDMA)在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用 ,如 GSM、 NADC和 PACS等 。C)的核心 .該技術(shù)針對(duì)超短波跳頻電臺(tái)信道速率低、 跳頻同步時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn) ,通過(guò)必要的參數(shù)調(diào)整、策略?xún)?yōu)化等手段 ,實(shí)現(xiàn)通信容量或資源利用率的有效提升 .本文通過(guò)對(duì) SOTDMA時(shí)隙選擇策略、自組織接入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)登錄步驟以及時(shí)隙沖突的研究和分析 ,結(jié)合超短波跳頻電臺(tái)本身的性能特點(diǎn) ,對(duì)采用 SOTDMA 技術(shù)組成的通信網(wǎng)絡(luò)在不同條件下出現(xiàn)的時(shí)隙碰撞概率等動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行計(jì)算和仿真 ,研究表明超短波跳頻電臺(tái)采用SOTDMA協(xié)議后組成的通信網(wǎng)絡(luò)具有信道阻塞率較低、發(fā)信成功率較高的良好性能 . 2 adhoc網(wǎng)絡(luò)和多址接入技術(shù)概述 adhoc網(wǎng)絡(luò)概述 adhoc網(wǎng) 絡(luò)的概念 AdHoc網(wǎng)絡(luò)也稱(chēng)為自組織網(wǎng)絡(luò) ,是一種無(wú)需固定網(wǎng)絡(luò)作為支撐的自創(chuàng)造、自組織和自管理的網(wǎng)絡(luò)形式 .相對(duì)于傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng) ,由于 AdHoc 網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)快速靈活、抗毀性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn) ,特別適用于軍事、搶險(xiǎn)救災(zāi)、電子教室等領(lǐng)域 . 在 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中 ,當(dāng)兩個(gè)移動(dòng)主機(jī)在彼此的通信覆蓋范圍內(nèi)時(shí) ,它們可以直接通信 .但是由于移動(dòng)主機(jī)的通信覆蓋范圍有限 ,如果兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的主機(jī)要進(jìn)行通信 ,則需要通過(guò)它們之間的移動(dòng)主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)才能實(shí)現(xiàn) .因此在 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中 ,主機(jī)同時(shí)還是路由器 ,擔(dān)負(fù)著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的工作 .在 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中 ,每個(gè)主機(jī)的通信范圍有限 ,因此路由一般都由多跳組成 ,數(shù)據(jù)通過(guò)多個(gè)主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)目的地 .故 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也被稱(chēng)為多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò) . Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種新的組網(wǎng)方式 ,具有以下特點(diǎn) . a)無(wú)中心和自組織性 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相對(duì)常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)而言 ,最大的區(qū)別就是可以在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)不依賴(lài)固定基礎(chǔ)設(shè)施的支持 ,快速構(gòu)建起一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) ,具有一定的獨(dú)立性 .Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的這種特點(diǎn)很適合援救、會(huì)議、戰(zhàn)場(chǎng)、探險(xiǎn)、遠(yuǎn)距離或危險(xiǎn)環(huán)境等場(chǎng)合的應(yīng)用 . b)動(dòng)態(tài)變化的 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中 ,移動(dòng)主機(jī)可以在網(wǎng)中隨意移動(dòng) .主機(jī)的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致主機(jī)之間的鏈路增加或消失 ,主機(jī)之間的關(guān)系不斷發(fā)生變化 .在自組網(wǎng)中 ,主機(jī)可能同時(shí)還是路由器 ,因此 ,移動(dòng)會(huì)使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化 ,而且變化的方式和速度都是不可預(yù)測(cè)的 .對(duì)于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)而言 ,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則相對(duì)較為穩(wěn)定 . c)有限的無(wú)線通信帶寬 在 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有有線基礎(chǔ)設(shè)施的支持 ,因此 ,主機(jī)之間的通信均通過(guò)無(wú)線傳輸來(lái)完成 .由于無(wú)線信道本身的物理特性 ,它提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)有線信道要低得多 .除此以外 ,考慮到競(jìng)爭(zhēng)共享無(wú)線信道產(chǎn)生的碰 撞、信號(hào)衰減、噪音干擾等多種因素 ,移動(dòng)終端可得到的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論中的最大帶寬值 . d)有限的主機(jī)能源 在 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中 ,主機(jī)均是一些移動(dòng)設(shè)備 ,如 PDA、便攜計(jì)算機(jī)或掌上電腦 .由于主機(jī)可能處在不停的移動(dòng)狀態(tài)下 ,主機(jī)的能源主要由電池提供 ,因此 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)有能源有限的特點(diǎn) . e)網(wǎng)絡(luò)的分布式特性 在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有中心控制節(jié)點(diǎn) ,主機(jī)通過(guò)分布式協(xié)議互聯(lián) .一旦網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)或某些節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障 ,其余的節(jié)點(diǎn)仍然能夠正常工作 . f)有限的物理安全 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通常比固定網(wǎng)絡(luò)更容易受到物理安全攻擊 ,易于遭受 竊聽(tīng)、欺騙和拒絕服務(wù)等攻擊 .現(xiàn)有的鏈路安全技術(shù)有些已應(yīng)用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中來(lái)減小安全攻擊 .不過(guò) Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)的分布式特性相對(duì)于集中式的網(wǎng)絡(luò)具有一定的抗毀性 . Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍很廣 ,總體上來(lái)說(shuō) ,它可以用于以下場(chǎng)合 : a)軍事應(yīng)用 . 軍事應(yīng)用是 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 .因其特有的無(wú)需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、可快速展開(kāi)、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn) ,它是數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)通信的首選技術(shù) ,并已經(jīng)成為戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù) .為了滿足信息戰(zhàn)和數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)的需要 ,美軍研制了大量無(wú)線自組網(wǎng)設(shè)備 ,用于單 兵、車(chē)載、