《數(shù)據(jù)鏈技術(shù)》課件-第4章 數(shù)據(jù)鏈多址接入技術(shù)

4.1多址接入技術(shù)概述4.2輪詢接入技術(shù)4.3時(shí)分多址技術(shù)4.1多址接入技術(shù)概述對(duì)于全連通網(wǎng)絡(luò),頻率、時(shí)間和偽隨機(jī)碼都是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的公共信道資源,一個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)使用相同信道資源發(fā)送數(shù)據(jù),必然會(huì)造成數(shù)據(jù)幀沖突,影響接收節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)幀的正確接收,造成通信性能的下降。因此,為了保證通信質(zhì)量,網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送需要相互協(xié)調(diào),合理安排頻率、時(shí)間和偽隨機(jī)碼等信道資源。那么對(duì)于全連通網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)如何實(shí)現(xiàn)按需使用信道而無沖突地發(fā)送數(shù)據(jù)呢?通信網(wǎng)絡(luò)的研究通常采用五層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。其中,數(shù)據(jù)鏈路層主要是IP分組數(shù)據(jù)和控制信息組幀,確保邏輯鏈路控制(LLC)子層和媒體接入控制(MAC)子層的可靠性。LLC子層提供節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)牟铄e(cuò)和流量控制機(jī)制,實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀按順序、正確無誤地被接收;MAC子層提供節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男诺朗褂脵C(jī)制,實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)按需使用信道和無沖突地發(fā)送數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中通常將實(shí)現(xiàn)MAC子層機(jī)制的技術(shù)稱為信道接入技術(shù),在無線通信網(wǎng)絡(luò)中稱之為多址接入技術(shù)。多址接入技術(shù)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的信道利用率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等有決定性的影響,是數(shù)據(jù)鏈的關(guān)鍵技術(shù)。研究多址接入技術(shù)的目的在于確保多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間公平、高效地共享相同的無線信道資源。4.2輪詢接入技術(shù)4.2.1輪詢技術(shù)基本原理在數(shù)據(jù)鏈發(fā)展的初期,通過數(shù)據(jù)鏈將以前獨(dú)立的指揮控制中心、探測雷達(dá)和作戰(zhàn)飛機(jī)鏈接為網(wǎng)絡(luò),地面指揮控制中心與探測雷達(dá)、作戰(zhàn)飛機(jī)共享態(tài)勢信息,獲得全面的戰(zhàn)場態(tài)勢,進(jìn)而對(duì)戰(zhàn)機(jī)實(shí)施指揮引導(dǎo),達(dá)到“先敵發(fā)現(xiàn),先敵摧毀”的目的?；谶@種作戰(zhàn)場景,Link4A、Link11等早期數(shù)據(jù)鏈的MAC協(xié)議以集中控制為主,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小,通信時(shí)延在秒級(jí)以上。Link11采用一種集中預(yù)約MAC協(xié)議—輪詢協(xié)議,由中心節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一調(diào)度,其他節(jié)點(diǎn)按照輪詢順序無競爭地使用信道。按照最初的設(shè)計(jì),Link11的作戰(zhàn)應(yīng)用場景為航母、艦艇以及航母上起飛的多架戰(zhàn)機(jī),航母對(duì)艦艇和戰(zhàn)機(jī)實(shí)施指揮控制。在Link11中,有一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)控站(DNCS,datanetworkcontrolstation,簡稱網(wǎng)控站)設(shè)在航母、預(yù)警飛機(jī)或地面指揮中心,其他網(wǎng)絡(luò)成員(如艦艇、飛機(jī)、車輛等)稱為前哨站(PS,picketstation)。網(wǎng)控站統(tǒng)一負(fù)責(zé)輪詢協(xié)議的啟動(dòng)、運(yùn)行、結(jié)束及管理控制,前哨站的信道接入時(shí)機(jī)由網(wǎng)控站決定。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)全部站使用相同的頻率,在網(wǎng)控站的集中管理控制下,按照詢問/應(yīng)答方式,以半雙工模式交互信息;不使用信道發(fā)送信息的站接收其他站發(fā)送的信息。網(wǎng)控站向前哨站發(fā)送上行信息,啟動(dòng)每次傳輸。該上行信息起到點(diǎn)名詢問的作用,以態(tài)勢信息和指揮控制信息為主要內(nèi)容。所有前哨站均接收并存儲(chǔ)該上行信息。通過比較接收的地址碼與自己的地址碼,被詢問的前哨站發(fā)送下行信息(有戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)時(shí))或應(yīng)答信息(無戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)時(shí)),該下行信息或應(yīng)答信息以空中平臺(tái)參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)為主要內(nèi)容。網(wǎng)中每一個(gè)前哨站都接收并存儲(chǔ)該下行信息。前哨站A信息傳輸結(jié)束后,網(wǎng)控站就轉(zhuǎn)向詢問下一前哨站B,向前哨站B發(fā)送上行信息。這一過程不斷重復(fù),直到詢問完所有前哨站,這就完成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)循環(huán)。網(wǎng)絡(luò)循環(huán)自動(dòng)重復(fù),直到結(jié)束。網(wǎng)控站詢問所有前哨站所需的時(shí)間(輪詢協(xié)議中稱為輪詢周期)不定,它取決于網(wǎng)內(nèi)前哨站的數(shù)目、每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量和輪詢原則。較簡單的輪詢原則是順序輪詢,網(wǎng)控站按照預(yù)先設(shè)定的順序(如前哨站1,2,…,n-1),首先點(diǎn)名前哨站1,前哨站1在其用戶時(shí)間窗口內(nèi)應(yīng)答,然后網(wǎng)控站點(diǎn)名前哨站2,前哨站2在其用戶時(shí)間窗口內(nèi)應(yīng)答,直到前哨站n-1在其用戶時(shí)間窗口內(nèi)應(yīng)答為止,按此順序,重新開始循環(huán),直到結(jié)束。如果考慮戰(zhàn)術(shù)信息的優(yōu)先級(jí),則輪詢原則較復(fù)雜,網(wǎng)控站每個(gè)輪詢周期的輪詢順序是可變的,且前哨站可能被詢問多次。4.2.2MAC協(xié)議由于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶共享媒質(zhì),當(dāng)多個(gè)用戶同時(shí)傳輸,即同時(shí)嘗試接入信道時(shí),將造成數(shù)據(jù)幀沖突(在物理信道上相互重疊)并影響接收,造成通信性能的下降。因此,信道帶寬是無線通信網(wǎng)中的寶貴資源,需要通信協(xié)議—MAC協(xié)議提供信道共享的調(diào)度機(jī)制,安排大量用戶以相互協(xié)調(diào)和有效的方式接入信道,高效、合理地共享有限的無線帶寬資源,實(shí)現(xiàn)用戶之間的有效通信。MAC協(xié)議的主要目的是提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量,降低分組傳輸延遲。另外,MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)還考慮公平性、服務(wù)質(zhì)量(QoS,qualityofservice)以及物理層MIMO等新技術(shù)相結(jié)合的跨層設(shè)計(jì)等。MAC協(xié)議的好壞直接影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、時(shí)延以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等性能指標(biāo)的優(yōu)劣,其一直是無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點(diǎn)。4.2.3無線網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議雖然無線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議多種多樣,但按照節(jié)點(diǎn)獲取信道的方式不同,通常分為三大類,即固定分配MAC協(xié)議、隨機(jī)競爭MAC協(xié)議、預(yù)約MAC協(xié)議。近年來出現(xiàn)了其他分類方式,按照網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步關(guān)系有同步和異步MAC協(xié)議;按照MAC協(xié)議使用無線信道的數(shù)量有基于單信道、基于雙信道和基于多信道MAC協(xié)議;結(jié)合天線特性有基于全向天線、基于定向天線和基于多入多出(MIMO,multipleinputmultipleoutput)天線MAC協(xié)議。下面從接入策略、多址方式、協(xié)議特點(diǎn)以及協(xié)議機(jī)制/算法等幾個(gè)方面,介紹三大類無線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議。1.固定分配MAC協(xié)議固定分配MAC協(xié)議是靜態(tài)分配協(xié)議,為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)固定分配專用的信道資源,在整個(gè)通信過程中,節(jié)點(diǎn)獨(dú)享所分配的頻率、時(shí)間、碼字、空間資源,從而使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無沖突地使用信道。1)接入策略在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行前,固定分配MAC協(xié)議按照一定的分配算法,預(yù)先將信道資源分配給網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn);在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中,各節(jié)點(diǎn)固定接入信道。2)多址方式按照所分配的信道資源,固定分配MAC協(xié)議可分為時(shí)分多址(TDMA)協(xié)議、頻分多址(FDMA)協(xié)議、碼分多址(CDMA)協(xié)議、空分多址(SDMA)協(xié)議以及這些多址方式的混合協(xié)議。TDMA協(xié)議將時(shí)間分割為周期性的時(shí)幀,每一個(gè)時(shí)幀再分割為若干個(gè)時(shí)隙,并根據(jù)一定的時(shí)間分配原則,給每個(gè)用戶分配一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙。用戶在指定時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù),如果用戶在指定的時(shí)隙沒有數(shù)據(jù)傳輸,則相應(yīng)時(shí)隙被浪費(fèi)。FDMA協(xié)議將通信系統(tǒng)的總頻段劃分為若干個(gè)等時(shí)隙、互不重疊的頻帶,并將這些頻帶分配給不同用戶使用。FDMA協(xié)議使得用戶之間的干擾很小。但是,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)較多且數(shù)量經(jīng)常變化,或者通信業(yè)務(wù)量具有突發(fā)性特點(diǎn)時(shí),FDMA協(xié)議存在如下問題:(1)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際用戶數(shù)少于已劃分信道數(shù)時(shí),大量信道資源被浪費(fèi)。(2)信道被分配后,未分配到信道的用戶無法再獲得信道資源,即使已分配信道的用戶沒有通信需求。CDMA協(xié)議將正交或準(zhǔn)正交的碼字分配給不同用戶,允許用戶在同一頻帶和同一時(shí)間段內(nèi)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù),通過不同碼字區(qū)分接收。正交碼字的選擇對(duì)CDMA協(xié)議性能有很大影響。此外,CDMA協(xié)議存在多址接入干擾(MAI)和遠(yuǎn)近效應(yīng)問題,且CDMA協(xié)議的用戶數(shù)量受限。SDMA協(xié)議的主要思想是通過利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、先進(jìn)的波束轉(zhuǎn)換技術(shù)和自適應(yīng)空間信號(hào)處理技術(shù),產(chǎn)生空間定向波束,使陣列天線形成的主波束對(duì)準(zhǔn)信號(hào)的到達(dá)方向,從空域上對(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行分離。3)協(xié)議特點(diǎn)由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)均分配有固定的資源,固定分配MAC協(xié)議具有如下特點(diǎn):(1)保證節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送的“公平性”。(2)保證數(shù)據(jù)分組的平均傳輸時(shí)延,且時(shí)延固定,時(shí)延抖動(dòng)小。(3)在高節(jié)點(diǎn)密度和高業(yè)務(wù)負(fù)載的情況下,信道利用率高。例如,在TDMA協(xié)議中,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)全連通而且流量飽和時(shí),TDMA方式下將獲得最優(yōu)的信道利用率。(4)此類協(xié)議具有“穩(wěn)定性”,因?yàn)榇祟悈f(xié)議對(duì)資源的確定性分配避免了競爭協(xié)議的不穩(wěn)定性。(5)此類協(xié)議靈活性較低,對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化缺乏適應(yīng)性。(6)資源的空閑將導(dǎo)致信道利用率降低。(7)此類協(xié)議適用于節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量恒定的情況,而當(dāng)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量變化較大時(shí),此類協(xié)議性能下降。4)協(xié)議機(jī)制/算法固定分配MAC協(xié)議的核心機(jī)制/算法是資源分配機(jī)制/算法,如Link16TDMA協(xié)議的時(shí)隙分配算法。2.隨機(jī)競爭MAC協(xié)議1)接入策略隨機(jī)競爭MAC協(xié)議使用隨機(jī)接入策略,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能對(duì)等。各節(jié)點(diǎn)以競爭方式獲取信道使用權(quán)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí),以競爭方式獲取信道,立即或偵聽信道空閑后以一定傳輸概率隨機(jī)地接入信道。如果發(fā)生信號(hào)碰撞,則傳輸失敗,節(jié)點(diǎn)按照退避算法退避并修改傳輸概率,進(jìn)行下一次傳輸。傳輸失敗次數(shù)越多,分組傳輸概率越小。如果發(fā)送成功,則接著發(fā)送下一個(gè)分組。2)多址方式按照爭用信道的競爭機(jī)制不同,隨機(jī)競爭MAC協(xié)議可分為ALOHA協(xié)議、載波偵聽(CSMA)協(xié)議,CSMA/CA協(xié)議。ALOHA協(xié)議采用最簡單的隨機(jī)競爭機(jī)制,任意用戶只要有數(shù)據(jù)就立即訪問信道。ALOHA協(xié)議分為純ALOHA協(xié)議和時(shí)隙ALOHA協(xié)議。其中,純ALOHA協(xié)議“想發(fā)就發(fā)”的機(jī)制使得報(bào)文在傳輸過程中碰撞嚴(yán)重,協(xié)議的信道利用率低(18.4%~36.8%)。CSMA協(xié)議利用載波偵聽技術(shù),先偵聽信道載波,判斷信道忙閑,再?zèng)Q定是否發(fā)送。CSMA協(xié)議“先聽后發(fā)”的機(jī)制減少了碰撞發(fā)生機(jī)會(huì),大大提高了協(xié)議的信道利用率(可達(dá)60%)。由于傳播時(shí)延的存在,有時(shí)會(huì)錯(cuò)誤感知信道狀態(tài),沖突仍有發(fā)生可能。CSMA/CA協(xié)議采用沖突避免技術(shù)減少這種可能沖突。它使用請求發(fā)送(RTS)和允許發(fā)送(CTS)控制報(bào)文來預(yù)約信道、避免數(shù)據(jù)沖突,提高隨后的數(shù)據(jù)傳輸成功率,協(xié)議的信道利用率最高可達(dá)82%。3)協(xié)議特點(diǎn)(1)協(xié)議機(jī)制簡單,管理開銷少,易于實(shí)現(xiàn)。(2)數(shù)據(jù)發(fā)送異步,發(fā)送節(jié)點(diǎn)不需要與其他節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào),對(duì)網(wǎng)絡(luò)同步要求低。(3)數(shù)據(jù)分組的平均傳輸時(shí)延不固定,時(shí)延抖動(dòng)大。(4)靈活性高,適合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快、業(yè)務(wù)突發(fā)性強(qiáng)的分布式網(wǎng)絡(luò)。(5)不需要中心節(jié)點(diǎn),也不需要對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)集中控制,任何節(jié)點(diǎn)在協(xié)議中的地位相同,節(jié)點(diǎn)的增加或減少非常容易。(6)具有不穩(wěn)定性。(7)不能確保數(shù)據(jù)發(fā)送得完全無沖突。(8)缺少一定的QoS保障機(jī)制,未對(duì)不同類型業(yè)務(wù)加以區(qū)分。(9)在高節(jié)點(diǎn)密度和高業(yè)務(wù)負(fù)載情況下,信道利用率低。4)協(xié)議機(jī)制/算法在采用隨機(jī)競爭接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中,如果只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸分組,就可以被成功地傳輸;如果有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸分組,就會(huì)發(fā)生碰撞。因此,對(duì)于隨機(jī)競爭媒體接入控制,解決沖突或減小沖突概率,使發(fā)生碰撞的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都可以成功地傳輸分組,是一個(gè)非常重要的問題。退避機(jī)制/算法和沖突分解機(jī)制/算法(如樹形分裂算法、先到先服務(wù)分類算法等)是隨機(jī)競爭MAC協(xié)議的核心機(jī)制/算法。3.預(yù)約MAC協(xié)議1)接入策略固定分配MAC協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化缺乏適應(yīng)性,帶來資源的空閑,導(dǎo)致信道的利用率降低。隨機(jī)競爭MAC協(xié)議不支持公平性和QoS,在重負(fù)載情況下網(wǎng)絡(luò)性能急劇下降。因此,根據(jù)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?靈活、合理地分配信道資源,是預(yù)約MAC協(xié)議的主要目的,預(yù)約MAC協(xié)議屬于動(dòng)態(tài)分配的MAC協(xié)議。2)多址方式按照預(yù)約機(jī)制的不同,即預(yù)約過程有無競爭和沖突,預(yù)約MAC協(xié)議分為集中預(yù)約MAC協(xié)議和分布預(yù)約MAC協(xié)議。集中預(yù)約MAC協(xié)議由中心控制節(jié)點(diǎn)依據(jù)輪詢序列集中控制各節(jié)點(diǎn),使各節(jié)點(diǎn)無競爭地接入信道,某一時(shí)刻僅一個(gè)節(jié)點(diǎn)使用信道,其典型的協(xié)議是IEEE802.11的PCF協(xié)議及Link11的輪詢協(xié)議。分布預(yù)約MAC協(xié)議通常需要一個(gè)專用的控制信道,供所有用戶以固定分配方式或競爭方式交互預(yù)約申請信息。該類協(xié)議的代表包括PRMA、DPRMA、CPRMA、DQRUMADSA++、CATA、DTDMA、RBRP、HRMA和RSVMAC等。預(yù)約MAC協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量的大小,用一些短的預(yù)約分組提前預(yù)約信道。一旦預(yù)約成功,則后續(xù)分組將無沖突地發(fā)送,預(yù)約方式要求在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行帶內(nèi)或帶外預(yù)約控制信息的交換,基于這些信息節(jié)點(diǎn)運(yùn)行預(yù)約控制算法來預(yù)約資源。預(yù)約信息屬于MAC協(xié)議的管理信息,其傳輸必然占用信道資源。網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕時(shí)有效載荷的有限,以及節(jié)點(diǎn)數(shù)變化時(shí)預(yù)約控制信息的增多,均會(huì)造成大的開銷,因此預(yù)約信息對(duì)信道利用率的影響是此類協(xié)議需要考慮的問題之一。3)協(xié)議特點(diǎn)(1)對(duì)業(yè)務(wù)量的變化具有良好的適應(yīng)性,能夠靈活、合理地按需分配信道資源。(2)由于存在專用控制信道,因此信道利用率有所降低,并有可能出現(xiàn)與固定分配MAC協(xié)議和隨機(jī)競爭MAC協(xié)議相同的問題。(3)能夠很容易地支持有不同QoS要求的各種業(yè)務(wù)類型,并且能夠有效地工作在網(wǎng)絡(luò)重負(fù)載情況下。(4)機(jī)制復(fù)雜,同時(shí)控制開銷較大。4)協(xié)議機(jī)制/算法預(yù)約MAC協(xié)議的核心機(jī)制/算法是預(yù)約控制算法,該算法包括集中預(yù)約控制算法和分布預(yù)約控制算法。集中預(yù)約控制算法通過中心站/基站接入點(diǎn)的集中控制實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的資源預(yù)約,常用于集中式網(wǎng)絡(luò);分布預(yù)約控制算法通過預(yù)約控制信息的交互,各節(jié)點(diǎn)共享相同的控制信息,執(zhí)行相同的控制算法,獲得相同的預(yù)約結(jié)果,實(shí)現(xiàn)無沖突的資源預(yù)約,常用于分布式網(wǎng)絡(luò)。預(yù)約控制算法的復(fù)雜性、收斂性是此類協(xié)議需要考慮的問題之一。5)三類MAC協(xié)議的比較固定分配MAC協(xié)議適用于業(yè)務(wù)流量規(guī)律、平穩(wěn)和時(shí)延敏感、拓?fù)浞€(wěn)定的網(wǎng)絡(luò),如以恒定比特率(CBR)話音業(yè)務(wù)為主的網(wǎng)絡(luò);隨機(jī)競爭MAC協(xié)議適用于業(yè)務(wù)流量隨機(jī)、突發(fā)和時(shí)延要求低、拓?fù)渥兓木W(wǎng)絡(luò);而預(yù)約MAC協(xié)議適用于業(yè)務(wù)流量無規(guī)律、業(yè)務(wù)量變化較大、業(yè)務(wù)有QoS要求以及拓?fù)渥兓木W(wǎng)絡(luò)。目前大量的MAC協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)通常綜合這三類MAC協(xié)議,在充分適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化與業(yè)務(wù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)更有效、魯棒性更強(qiáng)的MAC協(xié)議,實(shí)現(xiàn)在多種業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)量情況下,所設(shè)計(jì)的MAC協(xié)議具有較高的吞吐量、較低的時(shí)延和較少的控制開銷,既要保證最大限度地傳輸Bestefort業(yè)務(wù),又要盡力保證多媒體業(yè)務(wù)的QoS。三類無線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的性能比較如表41所示。4.2.4AdHoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議AdHoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議是MAC協(xié)議為基礎(chǔ),針對(duì)AdHoc網(wǎng)絡(luò)無中心、分布式控制、多跳等特點(diǎn)而提出的適應(yīng)性MAC協(xié)議。目前,相關(guān)研究已提出大量針對(duì)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議。根據(jù)節(jié)點(diǎn)獲取信道的方式不同,AdHoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議有固定分配、隨機(jī)接入和輪替接入。固定分配是利用TDMA、FDMA和CDMA等多址方式將信道分為若干子信道,預(yù)先為每個(gè)用戶指配一定量的子信道。它是一種低效率的方式,對(duì)具體環(huán)境和業(yè)務(wù)變換無適應(yīng)性。隨機(jī)接入是當(dāng)前AdHoc網(wǎng)絡(luò)的主流信道接入技術(shù),它起源于經(jīng)典的ALOHA協(xié)議和CSMA協(xié)議。節(jié)點(diǎn)根據(jù)業(yè)務(wù)的需要為自己搶占信道資源、發(fā)送數(shù)據(jù)分組,并通知其他節(jié)點(diǎn)暫停使用該資源。隨機(jī)接入采用各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立的隨機(jī)發(fā)送機(jī)制解決沖突。輪替接入分為輪詢方式和令牌傳遞方式。令牌傳遞方式的本質(zhì)是一種分布式的輪詢方式,即首先把網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)臨時(shí)組成環(huán)狀拓?fù)?然后依次傳遞令牌,控制各節(jié)點(diǎn)的信道接入。按照網(wǎng)絡(luò)同步特性,AdHoc網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議有同步MAC協(xié)議和異步MAC協(xié)議。這里的同步指的是網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)遵循相同的時(shí)隙劃分標(biāo)準(zhǔn),時(shí)隙長度相同,時(shí)隙起點(diǎn)也相同。同步MAC協(xié)議將不同的時(shí)隙分給不同的節(jié)點(diǎn)使用。異步指的是每個(gè)節(jié)點(diǎn)有各自的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),一般不再劃分時(shí)隙,即使劃分為等長的時(shí)隙,其時(shí)間節(jié)點(diǎn)也不對(duì)準(zhǔn)。異步MAC協(xié)議可以靈活地根據(jù)數(shù)據(jù)分組的大小為節(jié)點(diǎn)申請資源,而不受時(shí)隙大小的限制。通常,同步MAC協(xié)議的性能優(yōu)于異步MAC協(xié)議,更易于支持資源預(yù)留,但需要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的同步。4.2.5戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的MAC協(xié)議數(shù)據(jù)鏈強(qiáng)調(diào)在一定應(yīng)用場景下,將多個(gè)作戰(zhàn)平臺(tái)組成一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò),確保網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按需使用信道資源,實(shí)時(shí)可靠地傳輸作戰(zhàn)消息,最終完成作戰(zhàn)任務(wù)。拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)、信道資源的分配和使用等與作戰(zhàn)任務(wù)密切關(guān)聯(lián)。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用于戰(zhàn)場數(shù)字化空地/空空通信,雖然它們都要求通信可靠、及時(shí)和準(zhǔn)確,但偵查、突襲、攔截、格斗、精確打擊等不同的作戰(zhàn)任務(wù),對(duì)消息類型、信息精度的要求以及傳輸速率、通信時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等性能指標(biāo)的要求是不同的,與戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用場景密切相關(guān)。數(shù)據(jù)鏈的實(shí)時(shí)性要求高,因此在設(shè)計(jì)其MAC協(xié)議時(shí)應(yīng)著重考慮實(shí)時(shí)性。通信時(shí)延一般包括隊(duì)列中信息等待時(shí)間、節(jié)點(diǎn)信息處理時(shí)間、信息發(fā)送時(shí)間以及信息傳輸時(shí)間。隊(duì)列中信息等待時(shí)間主要由MAC協(xié)議決定,對(duì)不同優(yōu)先級(jí)、不同類型的信息規(guī)劃發(fā)送順序;節(jié)點(diǎn)信息處理時(shí)間主要由平臺(tái)硬件的處理速度和軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)程度決定;信息發(fā)送時(shí)間主要由平臺(tái)物理層的發(fā)送速度決定;信息傳輸時(shí)間主要由通信距離和傳輸方式(廣播、點(diǎn)對(duì)點(diǎn))決定。每種時(shí)間的減小均能降低通信時(shí)延,提高通信效率。在節(jié)點(diǎn)信息處理時(shí)間、信息發(fā)送時(shí)間以及信息傳輸時(shí)間一定的情況下,MAC協(xié)議對(duì)信息的通信時(shí)延影響較大。4.3時(shí)分多址技術(shù)4.3.1固定分配TDMA技術(shù)聯(lián)合作戰(zhàn)的思想在數(shù)據(jù)鏈中的直接體現(xiàn)是Link16。Link16采用固定分配TDMA接入技術(shù),通過給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)合理分配時(shí)間資源實(shí)現(xiàn)上百個(gè)節(jié)點(diǎn)的無沖突、可靠通信。TDMA協(xié)議在時(shí)延、吞吐量和穩(wěn)定性等方面的良好性能,使Link16在戰(zhàn)場中占據(jù)重要地位。1.時(shí)分多址基本概念按照最初的設(shè)計(jì),Link16的作戰(zhàn)應(yīng)用場景為海上海軍、空軍聯(lián)合作戰(zhàn),參戰(zhàn)單元包括航母、海軍預(yù)警機(jī)、艦艇、航母上起飛的多架戰(zhàn)機(jī)以及空軍預(yù)警機(jī)、陸基指揮中心、空軍戰(zhàn)機(jī)。各參戰(zhàn)單元實(shí)現(xiàn)聯(lián)合戰(zhàn)場的信息共享和保密以及抗干擾的空中指揮控制等。Link16網(wǎng)絡(luò)采用TDMA接入方式,接入控制的信道資源是時(shí)間資源。即將時(shí)間資源劃分為固定長度的時(shí)隙,若干個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)幀/時(shí)元。每個(gè)幀/時(shí)元中的時(shí)隙根據(jù)時(shí)隙分配算法分配給網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行后,每個(gè)節(jié)點(diǎn)在分配的發(fā)送時(shí)隙內(nèi)發(fā)送本節(jié)點(diǎn)的戰(zhàn)術(shù)情報(bào)信息,在非發(fā)送時(shí)隙內(nèi)接收其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的戰(zhàn)術(shù)情報(bào)信息。TDMA協(xié)議避免了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間發(fā)送信息的碰撞,傳輸效率高,并且具有分布式特點(diǎn),即任何節(jié)點(diǎn)的故障不影響MAC協(xié)議間的運(yùn)行,協(xié)議的魯棒性強(qiáng)。與輪詢協(xié)議相比,該協(xié)議使用時(shí)分多址方式可增加網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,使網(wǎng)絡(luò)通信用戶數(shù)量不少于100個(gè)。為確保各用戶發(fā)射時(shí)隙的一致性,避免發(fā)送信息產(chǎn)生碰撞,全網(wǎng)需要統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn),Link16指定一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)時(shí)間基準(zhǔn)(NTR)節(jié)點(diǎn),將NTR時(shí)間定義為Link16的系統(tǒng)時(shí)間。以該系統(tǒng)時(shí)間為基準(zhǔn),校準(zhǔn)全網(wǎng)時(shí)間,計(jì)算和確定網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)時(shí)隙的起始和終止,確保TDMA網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步和節(jié)點(diǎn)時(shí)隙對(duì)準(zhǔn)。NTR節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送入網(wǎng)報(bào)文,協(xié)助其他節(jié)點(diǎn)獲得系統(tǒng)時(shí)間從而入網(wǎng);其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與NTR節(jié)點(diǎn)交換往返計(jì)時(shí)信息,達(dá)到并維持網(wǎng)絡(luò)時(shí)間精確同步和時(shí)隙精確對(duì)準(zhǔn)。在Link16中,任何節(jié)點(diǎn)均可被指定為NTR節(jié)點(diǎn)。已裝備使用的Link16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用固定分配TDMA協(xié)議,在任務(wù)執(zhí)行前通過網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃預(yù)先完成各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配,在作戰(zhàn)過程中不再變化。當(dāng)節(jié)點(diǎn)無信息發(fā)送或退出時(shí),則該節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙空閑。隨著Link16系統(tǒng)的發(fā)展,目前許多研究人員都在研究動(dòng)態(tài)分配TDMA協(xié)議,以增加其靈活性和適應(yīng)性。2.時(shí)隙分配1)時(shí)隙分配算法TDMA協(xié)議需要對(duì)時(shí)間資源進(jìn)行合理分配,其核心算法是時(shí)隙分配算法。對(duì)于業(yè)務(wù)規(guī)律、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定和節(jié)點(diǎn)功能相同的Link16,其時(shí)隙分配應(yīng)使每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配的時(shí)隙盡可能分布均勻,以確保各節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的公平性,同時(shí)提高時(shí)隙利用率。Link16的時(shí)隙任務(wù)劃分與網(wǎng)絡(luò)功能、業(yè)務(wù)類型、時(shí)隙接入模式以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)等參數(shù)有關(guān)。時(shí)隙分配算法基本的步驟如下:(1)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)劃分網(wǎng)絡(luò)功能,確定網(wǎng)絡(luò)功能數(shù)以及每個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能在實(shí)現(xiàn)過程中所包含的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。(2)計(jì)算各網(wǎng)絡(luò)功能所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙需求以及各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)隙需求。(3)根據(jù)各網(wǎng)絡(luò)功能確定業(yè)務(wù)類型和時(shí)隙接入模式。(4)根據(jù)業(yè)務(wù)類型和時(shí)隙接入模式,采用二叉樹方法劃分網(wǎng)絡(luò)功能需求所對(duì)應(yīng)的時(shí)隙塊。(5)采用二叉樹方法在網(wǎng)絡(luò)功能時(shí)隙塊內(nèi)部將時(shí)隙塊資源平均分配給每個(gè)節(jié)點(diǎn)。Link16的時(shí)隙分配在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)階段預(yù)先完成,并通過配置文件在網(wǎng)絡(luò)初始化過程中裝入終端系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中,各節(jié)點(diǎn)按照預(yù)定的時(shí)隙分配方案周期性地自動(dòng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù),共同完成所承擔(dān)的作戰(zhàn)任務(wù)。2)網(wǎng)絡(luò)功能Link16將其網(wǎng)絡(luò)功能劃分為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與組(NPG),一個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與組對(duì)應(yīng)一種功能,即作戰(zhàn)任務(wù)或網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù),如RTT、監(jiān)視、話音等。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與組由一定數(shù)量的作戰(zhàn)平臺(tái)組成。作戰(zhàn)平臺(tái)根據(jù)該參與組的作戰(zhàn)功能擔(dān)任預(yù)警、指揮、作戰(zhàn)等角色,共同實(shí)現(xiàn)該參與組的作戰(zhàn)功能。一個(gè)Link16系統(tǒng)支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與組同時(shí)工作,也支持同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與單元加入不同的網(wǎng)絡(luò)參與組。3)業(yè)務(wù)類型Link16的業(yè)務(wù)類型主要分為話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),其中,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)又分為戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)。這些業(yè)務(wù)將在不同的NPG中傳輸,而且不同業(yè)務(wù)對(duì)發(fā)送時(shí)機(jī)和發(fā)送頻率的需求不同。Link16在分配時(shí)隙時(shí),需要明確每個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與組及其每個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與單元所傳輸?shù)木唧w業(yè)務(wù)類型,確定業(yè)務(wù)傳輸?shù)臅r(shí)隙需求,以優(yōu)化時(shí)隙利用率。網(wǎng)絡(luò)參與組對(duì)時(shí)隙資源的需求是其每個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與單元信息傳輸需求的綜合。Link16系統(tǒng)首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能將其時(shí)隙資源按需分配給各網(wǎng)絡(luò)參與組,然后再分配到各網(wǎng)絡(luò)參與組的不同參與單元。4)時(shí)隙塊Link16以時(shí)元/時(shí)頓為時(shí)隙分配周期,以時(shí)隙塊(TSB)的形式將時(shí)隙分配給各網(wǎng)絡(luò)參與組。時(shí)隙塊用“時(shí)隙組(set)起始時(shí)隙號(hào)(index)重復(fù)率(RRN)”來表示。時(shí)隙組為A組、B組和C組,每組時(shí)隙分為一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙塊,3組時(shí)隙交錯(cuò)排列、各自獨(dú)立。起始時(shí)隙號(hào)為某時(shí)隙組中的時(shí)隙索引號(hào),其取值范圍為0~32767,它表明時(shí)隙塊的第一個(gè)時(shí)隙號(hào)。重復(fù)率計(jì)算公式為RRN=lbN,其中N表示1個(gè)時(shí)元中某時(shí)隙塊的時(shí)隙總數(shù)。由于各組時(shí)隙交替排列,每個(gè)時(shí)隙塊均不連續(xù),時(shí)隙塊中的時(shí)隙等間隔地重復(fù)出現(xiàn),間隔大小ΔT可用重復(fù)率表示為ΔT=7.8125×3×215-RRN

(4-1)根據(jù)式(41)計(jì)算得出時(shí)隙組中的時(shí)隙間隔,如表43所示。由表可以看出,時(shí)隙塊中時(shí)隙最小間隔是3個(gè)時(shí)隙,此時(shí)RRN=15,時(shí)隙塊包含32768個(gè)時(shí)隙,即某個(gè)時(shí)隙組的全部時(shí)隙;時(shí)隙塊中時(shí)隙間最大間隔是98304個(gè)時(shí)隙,此時(shí)RRN=0,時(shí)隙塊僅包含1個(gè)時(shí)隙。“時(shí)隙組起始時(shí)隙號(hào)重復(fù)率”確定了時(shí)隙的位置和分布。(1)時(shí)隙塊與信息時(shí)間間隔。時(shí)隙塊分配給相應(yīng)節(jié)點(diǎn)報(bào)告信息,因此重復(fù)率表明報(bào)告間隔時(shí)間。Link16中應(yīng)用最多的重復(fù)率數(shù)是6、7和8,它們對(duì)應(yīng)的報(bào)告間隔時(shí)間分別為12s、6s和3s。在重復(fù)率為6的時(shí)隙塊中,每幀只有1個(gè)時(shí)隙。(2)時(shí)隙塊與信息容量。時(shí)隙塊不同,一個(gè)時(shí)元中時(shí)隙數(shù)量和時(shí)隙間隔就不同,單位時(shí)間內(nèi)時(shí)隙塊可傳輸?shù)男畔⑷萘恳膊煌?3)時(shí)隙塊的互斥性。在對(duì)時(shí)隙進(jìn)行時(shí)隙組劃分并分配給NPG時(shí),必須保證所劃分的時(shí)隙組是互斥的,它們必須沒有共同的時(shí)隙。(4)可用時(shí)隙塊。為了盡量避免對(duì)航空無線電導(dǎo)航服務(wù)產(chǎn)生干擾,對(duì)于工作在960~1215MHz頻段的Link16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng),其工作時(shí)的時(shí)隙占空因數(shù)(TSDF)不能大于40/20,即使用的時(shí)隙不能超過一個(gè)時(shí)元中總時(shí)隙的40%,每個(gè)參與單元占用的時(shí)隙不能超過總時(shí)隙的20%。5)二叉樹原理Link16采用二叉樹方法,以時(shí)元為基本單位,將時(shí)元中的全部時(shí)隙每次二等分,逐次等分為多個(gè)時(shí)隙塊,時(shí)隙塊的時(shí)隙數(shù)為2n(n=0,1,…,15)。采用二叉樹方法可以保證時(shí)隙分配的公平性。6)時(shí)隙接入模式對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)功能,Link16采用專用、競爭和預(yù)約等接入模式使用時(shí)隙。(1)專用接入模式。在專用接入模式中,時(shí)隙被固定分配給某個(gè)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)占用,其他節(jié)點(diǎn)無法占用。該節(jié)點(diǎn)若有信息發(fā)送,則在所分配的時(shí)隙上發(fā)送;若無信息發(fā)送,則所分配的時(shí)隙空閑。所分配的時(shí)隙數(shù)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量和應(yīng)答時(shí)間需求而定。此類時(shí)隙呈周期性特點(diǎn)。專用接入模式的優(yōu)點(diǎn)是為網(wǎng)絡(luò)參與組內(nèi)的每部Link16終端預(yù)置了網(wǎng)絡(luò)容量的大小,并保證至少在單網(wǎng)環(huán)境下不會(huì)產(chǎn)生傳送沖突;其缺點(diǎn)是不能互換終端,且在飛機(jī)交接時(shí)存在問題。(2)競爭接入模式。在競爭接入模式中,指定一些連續(xù)時(shí)隙為公共時(shí)隙,由多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享,每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)業(yè)務(wù)到達(dá)情況從這些連續(xù)時(shí)隙中隨機(jī)選取時(shí)隙。終端傳送的頻率取決于分配給該終端的存取速率。在該接入模式下,兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)可能同時(shí)占用時(shí)隙并發(fā)送信息,產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突,此時(shí)接收機(jī)將只接收離它最近的發(fā)射機(jī)的信號(hào)。當(dāng)超出一定范圍后,不同區(qū)域網(wǎng)絡(luò)使用的時(shí)隙可以重用。競爭接入模式的優(yōu)點(diǎn)是在該時(shí)隙段內(nèi)每個(gè)終端得到相同的初始化參數(shù),簡化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)且減小了網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)擔(dān),而且終端可以互換;其缺點(diǎn)是可能存在數(shù)據(jù)碰撞,不能保證發(fā)送的信息能被正確接收。(3)預(yù)約接入模式。預(yù)約接入模式是以節(jié)點(diǎn)變化的容量需要為基礎(chǔ),為節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙。該模式對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能、節(jié)點(diǎn)規(guī)模的變化具有適應(yīng)性,目的是不斷滿足變化的用戶群的動(dòng)態(tài)需求。重新分配時(shí)隙后,初始化期間預(yù)置的時(shí)隙分配方案將被代替。在Link16中,專用接入模式是主用模式,大多數(shù)NPG的業(yè)務(wù)以專用接入模式使用時(shí)隙,將戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的時(shí)隙分配給每個(gè)節(jié)點(diǎn),而話音NPG的話音業(yè)務(wù)以競爭接入模式使用公共時(shí)隙。常用的時(shí)配分配方式有三種,即固定時(shí)隙分配,預(yù)約時(shí)隙分配和爭用時(shí)隙分配。(1)固定時(shí)隙分配。固定時(shí)隙分配根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參與組以及每個(gè)參與組中參與單元的數(shù)量來確定時(shí)隙分配。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與組的時(shí)隙分配主要是從該功能網(wǎng)所承擔(dān)的任務(wù)來考慮的。(2)預(yù)約時(shí)隙分配。預(yù)約時(shí)隙分配用戶在進(jìn)行時(shí)隙預(yù)約前,先監(jiān)聽信道一個(gè)周期(如1幀)的時(shí)間。在該周期內(nèi),根據(jù)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)需求量的變化,每個(gè)用戶廣播其預(yù)約請求信息。預(yù)約請求信息包括預(yù)約時(shí)隙數(shù)和預(yù)約幀數(shù)。同時(shí),預(yù)約請求信息被其他用戶接收,從而獲得網(wǎng)內(nèi)其他用戶的時(shí)隙需求以及時(shí)隙空閑情況信息。各用戶采用相同的算法,分布式地計(jì)算出時(shí)隙狀態(tài)表,根據(jù)時(shí)隙狀態(tài)表中的信息,選擇可用的預(yù)約時(shí)隙。若有空閑時(shí)隙,則可以成功預(yù)約;若無空閑時(shí)隙,則利用用戶位置信息計(jì)算該用戶與其他用戶之間的距離,將距離該用戶超過300nmile(1nmile=1852m)的用戶所占用的時(shí)隙設(shè)為空閑時(shí)隙,并對(duì)其進(jìn)行復(fù)用。預(yù)約時(shí)隙的預(yù)約幀數(shù)為R,即在預(yù)約時(shí)隙后的R個(gè)幀中使用該時(shí)隙,且每幀數(shù)R遞減1,當(dāng)R=0時(shí)釋放時(shí)隙。為保證預(yù)約時(shí)隙分配的動(dòng)態(tài)性,一個(gè)時(shí)隙被預(yù)約的幀數(shù)不能太多。如果在一幀中需要多次發(fā)送報(bào)文,網(wǎng)內(nèi)成員可以在一幀中預(yù)約多個(gè)時(shí)隙。(3)爭用時(shí)隙分配。除傳輸數(shù)據(jù)外,Link16還可以同時(shí)傳輸話音。在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)用于話音通信的時(shí)隙數(shù)達(dá)900多個(gè),占總時(shí)隙數(shù)的57%。話音通信所使用的時(shí)隙是公用的,時(shí)隙的分配采用競爭接入模式。在爭用時(shí)隙分配中,當(dāng)參與單元有數(shù)據(jù)時(shí),直接在爭用時(shí)隙上發(fā)送。若無沖突,則數(shù)據(jù)發(fā)送成功;若有沖突,則采用p堅(jiān)持型CSMA算法隨機(jī)延遲若干個(gè)時(shí)隙后重新發(fā)送,直到發(fā)送成功,或消息由于延遲時(shí)間失效而被丟棄。4.3.2動(dòng)態(tài)分配TDMA技術(shù)借鑒商用以太網(wǎng)IEEE802.1p中將QoS機(jī)制擴(kuò)展到鏈路層的做法,國外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)采用TTNT單一攻擊場景作為未來航空網(wǎng)絡(luò)的模型,將QoS擴(kuò)展到鏈路層,開發(fā)了一種聯(lián)合QoS和DAMA的動(dòng)態(tài)TDMA接入?yún)f(xié)議。該協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)用戶在每一個(gè)時(shí)隙的開頭發(fā)送預(yù)約請求,且該時(shí)隙由與網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)相同的多個(gè)部分組成,從而保證不同用戶的預(yù)約報(bào)文不存在沖突。各網(wǎng)絡(luò)用戶根據(jù)自身預(yù)約的時(shí)隙按需發(fā)送數(shù)據(jù),并且在時(shí)隙預(yù)約和數(shù)據(jù)發(fā)送的過程中兼顧了數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)和時(shí)效性,能夠較好地滿足不同網(wǎng)絡(luò)用戶的信息傳輸需求。1.協(xié)議中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由于動(dòng)態(tài)IDMA協(xié)議為分布式TDMA協(xié)議,每個(gè)節(jié)點(diǎn)將獨(dú)立運(yùn)行時(shí)隙分配算法,因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要維護(hù)一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(1)優(yōu)先級(jí)。該協(xié)議將數(shù)據(jù)分組分為不同的優(yōu)先等級(jí),在接入信道時(shí)按不同的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。較高優(yōu)先級(jí)分組的等待時(shí)間較小,即低優(yōu)先級(jí)請求需等待至少2個(gè)時(shí)隙,中優(yōu)先級(jí)請求需等待至少1個(gè)時(shí)隙,高優(yōu)先級(jí)請求不需要等待。(2)緩沖隊(duì)列。根據(jù)協(xié)議確定的數(shù)據(jù)分組優(yōu)先級(jí)數(shù)p,每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)有p個(gè)數(shù)據(jù)分組緩沖隊(duì)列,用于存儲(chǔ)等待發(fā)送的數(shù)據(jù)。隊(duì)列中的等待分組長度,稱為隊(duì)列狀態(tài)。(3)請求數(shù)組。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)請求數(shù)組,記錄當(dāng)前本節(jié)點(diǎn)的p個(gè)隊(duì)列狀態(tài)。請求數(shù)組信息稱為節(jié)點(diǎn)請求信息。(4)請求列表。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)請求列表,記錄當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中n個(gè)節(jié)點(diǎn)的p個(gè)隊(duì)列狀態(tài)。(5)節(jié)點(diǎn)時(shí)隙分配數(shù)組。每個(gè)節(jié)點(diǎn)將自身發(fā)送時(shí)隙所對(duì)應(yīng)的目的地址填入節(jié)點(diǎn)時(shí)隙分配數(shù)組中。(6)時(shí)隙分配列表。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙分配列表,記錄每個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙節(jié)點(diǎn)的發(fā)送和接收情況,即某時(shí)隙哪些節(jié)點(diǎn)發(fā)送,哪些節(jié)點(diǎn)接收。2.協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)為了使節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸具有按幀進(jìn)行動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配的能力,動(dòng)態(tài)TDMA協(xié)議設(shè)計(jì)了如圖41所示的幀結(jié)構(gòu)。每幀由3類時(shí)隙構(gòu)成:1個(gè)請求時(shí)隙、1個(gè)導(dǎo)言時(shí)隙和m+n個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)隙。(1)請求時(shí)隙(requesttimeslot)由n個(gè)微時(shí)隙(mini-slot)組成,固定分配給n個(gè)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在其微時(shí)隙上發(fā)送自身的節(jié)點(diǎn)請求信息,廣播隊(duì)列狀態(tài)反映該節(jié)點(diǎn)對(duì)時(shí)隙資源的需求。其他節(jié)點(diǎn)收到后更新請求列表。當(dāng)請求時(shí)隙結(jié)束時(shí),每個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得相同的請求列表。請求時(shí)隙為時(shí)隙的請求階段。(2)導(dǎo)言時(shí)隙(preambletimeslot)由n個(gè)微時(shí)隙組成,固定分配給n個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)請求時(shí)隙結(jié)束后,各節(jié)點(diǎn)基于最新的請求列表,運(yùn)行時(shí)隙分配算法,得到本幀的時(shí)隙分配方案。然后,在相應(yīng)的導(dǎo)言微時(shí)隙中廣播節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配算法。其他節(jié)點(diǎn)收