李曙光

(中國電子科技集團(tuán)公司第20研究所，西安 710068)

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一種高速通信系統(tǒng)動態(tài)時隙分配設(shè)計

李曙光

(中國電子科技集團(tuán)公司第20研究所，西安 710068)

為了滿足高速通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實時、動態(tài)性的要求，提出一種動態(tài)時隙分配方案，引入時隙成塊分配思想，給出動態(tài)時隙塊的分解與合并的方法，最后給出時隙動態(tài)調(diào)整工作流程。

時隙分配；時隙塊；分解與合并；工作流程

0 引 言

在同步時分多址接入方式的通信系統(tǒng)中，把時間按時元、時幀、時隙結(jié)構(gòu)劃分。時隙是系統(tǒng)時間劃分的最小單位，也是系統(tǒng)成員在網(wǎng)內(nèi)發(fā)射或接收消息的基本時間單位。系統(tǒng)內(nèi)成員在分配給自己的時隙內(nèi)發(fā)射信息，在其它時隙內(nèi)則接收其它成員分發(fā)的各類信息。為了滿足高速通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理需求，急需依據(jù)網(wǎng)絡(luò)成員所需實際資源需求，采用動態(tài)時隙再分配手段，實時對通信系統(tǒng)網(wǎng)路成員的資源進(jìn)行動態(tài)分配[1]。

1 動態(tài)時隙分配方案

為了滿足高速通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實時、動態(tài)性的要求，采用一種動態(tài)時隙分配方案，即在組網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)運行過程中網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點根據(jù)路由的狀態(tài)實時分解與合并通信系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)成員的時隙資源。

具體的實現(xiàn)方案：在組網(wǎng)階段，由網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點決定基本消息類型和工作消息類型，網(wǎng)絡(luò)開始運行后根據(jù)路由的狀態(tài)變化，網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點為新加入節(jié)點分配基本消息和工作消息，并實時下發(fā)給網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點，由各個節(jié)點進(jìn)行時隙分配表的更新。當(dāng)路由狀態(tài)穩(wěn)定后，各個節(jié)點將得到一張新加入節(jié)點后的時隙分配表。當(dāng)某個網(wǎng)內(nèi)成員脫網(wǎng)時，網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點也將根據(jù)路由變化情況實時回收該路由鏈路上此成員所占用的時隙，并下發(fā)給網(wǎng)內(nèi)各個節(jié)點，由各節(jié)點進(jìn)行更新。當(dāng)某個節(jié)點完全脫網(wǎng)，路由狀態(tài)穩(wěn)定后，各節(jié)點將得到一張該節(jié)點脫網(wǎng)后的時隙分配表。若在網(wǎng)絡(luò)運行過程中，網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點脫網(wǎng)或退網(wǎng)，各節(jié)點將根據(jù)某種算法統(tǒng)一計算出新的網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點，該新網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點立即執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)中心更替方案，制定出新的時隙分配表并下發(fā)給網(wǎng)內(nèi)各成員，網(wǎng)內(nèi)各成員收到后立即更新時隙分配表，系統(tǒng)將按新的時隙表正常運行。

2 時隙成塊的引入

在時分多址的通信系統(tǒng)中，以時元、時幀、時隙為資源分配的組織管理單位，通常周期是時元，多個時幀組成時元，而多個時隙組成時幀，若按單個時隙進(jìn)行資源分配增加了實現(xiàn)難度，為此提出“時隙組”、“時隙塊”、“時隙矩陣”的概念，將時隙“成塊”地分配給各用戶[2-3]。

(1) “時隙組”

盡可能保證網(wǎng)絡(luò)成員公平占用時隙資源，64個時隙組成“組”分布在各個時幀中，時幀中的序號為“組”號，“組”號的取值范圍從0～255，256個“組”組成時元，組中相鄰時隙的時間間隔為1個時幀，1個時元中時隙序號相同的時隙集合稱為1個“時隙組”。

(2) “時隙塊”

“時隙塊”由2N個指數(shù)冪周期間隔組成，同時處在間隔均勻的時幀中的時隙集合稱為一個“時隙塊”。時隙塊可以根據(jù)路由表提供的網(wǎng)內(nèi)成員的資源使用情況進(jìn)行時隙塊的合并與分解，動態(tài)調(diào)整時隙塊大小。時隙塊用組號G(0～255)、起始時幀號F(0～63)和塊大小N(0～6)表示。

(3) “時隙矩陣”

高速通信系統(tǒng)以時元為周期工作，每個時元有256組，每個組有64個時隙，用1個256×64的矩陣來表示，1個時元有16 384個時隙，1個時隙就是1個元素。初始化這個矩陣的所有元素為0，表示時隙資源未使用。當(dāng)把1個時隙塊分配給用戶后，就將這個時隙塊在矩陣中的元素置為1，表示已使用，時隙資源的占用情況及分布情況可以觀察時隙矩陣元素的變化。

要對大于用戶需求的時隙塊進(jìn)行分解，使其成為所需時隙塊的大??；對于某些用戶脫網(wǎng)或退網(wǎng)等原因所釋放出不用的瑣碎的時隙塊，而另一些用戶可能需要較大的時隙塊，這時要將現(xiàn)存的小時隙塊進(jìn)行合并，以滿足需要。

3 動態(tài)時隙塊的分解與合并

在高速通信系統(tǒng)中時隙塊大小默認(rèn)為6，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)成員處于監(jiān)控狀態(tài)時，需要的時隙塊很小，就需要分解時隙塊；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)某些成員脫網(wǎng)或退網(wǎng)，就會釋放時隙塊，而有些成員資源開銷增大，就需要合并小時隙塊，本高速通信系統(tǒng)中采用美軍Link-16數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂玫臉?biāo)準(zhǔn)經(jīng)典基于時隙塊二叉樹的時隙分配算法，網(wǎng)絡(luò)成員需要的時隙數(shù)量為2的指數(shù)冪。

3.1 時隙塊的分解

時隙塊的分解是把處于監(jiān)控狀態(tài)成員所占的時隙塊分成兩半，釋放一些時隙塊被大的時隙塊得到，其等分方法如圖1所示。分解到第r葉節(jié)點就是需要的時隙塊，分解后對時隙資源表中的記錄做相應(yīng)的修改。

圖1 二叉樹分解時隙塊示意圖

分解時隙塊應(yīng)有以下特點:

(1) 時隙塊每分解1次，塊大小減1。

(2) 節(jié)點分成2塊，1塊進(jìn)入上子樹，標(biāo)記為1；1塊進(jìn)入下子樹，標(biāo)記為0。

(3) 每個節(jié)點包含2個參數(shù)：塊大小和標(biāo)記號，葉節(jié)點就是需要的時隙塊。

(4) 葉節(jié)點的起始時幀號的二進(jìn)制表示為將標(biāo)記號沿著葉節(jié)點到根節(jié)點的順序組合。

3.2 時隙塊的合并

時隙塊合并有2種情況：

(1) 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)某些成員脫網(wǎng)或退網(wǎng)，釋放的時隙塊組成大時隙塊；

(2) 時隙塊分解過程中，產(chǎn)生的時隙無法分給用戶的時隙碎塊組成用戶可用時隙塊。

合并時隙塊的過程應(yīng)遵循以下規(guī)律：

(1) 合并時隙塊的組號和塊大小相同；

(2) 合并時隙塊的起始時幀號滿足關(guān)系：

|F1一F2|=2(8-S-1)

(1)

式中：F1與F2為合并的時隙塊的起始時幀號；S為塊大小。

合并新生成時隙塊具有以下特點：

(1) 合并后的時隙塊的組號與合并前時隙塊的組號相同；

(2) 合并后時隙塊的塊大小為合并前時隙塊加1；

(3) 合并后時隙塊的起始時幀號等于合并前時隙塊中起始時幀號較小者。

4 時隙動態(tài)調(diào)整工作流程

時隙動態(tài)調(diào)整工作流程如圖2所示。

高速通信系統(tǒng)的鏈路信息管理機(jī)接收到網(wǎng)管中心下發(fā)的時隙增加命令時，將再分配時隙的網(wǎng)內(nèi)成員編識號下發(fā)至通信端機(jī)，通信端機(jī)進(jìn)行時隙增加操作，完成后將執(zhí)行結(jié)果上報至鏈路信息管理機(jī)，鏈路信息管理機(jī)將執(zhí)行結(jié)果上報網(wǎng)管。

高速通信鏈路信息管理機(jī)接收到網(wǎng)管中心下發(fā)的時隙刪除命令時，將回收時隙的網(wǎng)內(nèi)成員編識號下發(fā)至通信端機(jī)，通信端機(jī)進(jìn)行時隙刪除操作，完成后將執(zhí)行結(jié)果上報至鏈路信息管理機(jī)，鏈路信息管理機(jī)將執(zhí)行結(jié)果上報網(wǎng)管。

圖2 時隙動態(tài)調(diào)整工作流程

5 結(jié)束語

本文提出一種高速通信系統(tǒng)動態(tài)時隙分配方案，在時隙分配中采用“時隙成塊分配”的思想，該方法算法簡單，計算量小，具有較低的信息碰撞率、較好的公平性，并且減少了網(wǎng)絡(luò)上重復(fù)傳輸?shù)男畔⒘亢徒Y(jié)點的能量損耗。經(jīng)過試驗反復(fù)驗證，該高速通信系統(tǒng)動態(tài)時隙分配方案滿足高速通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實時、動態(tài)性的要求。

[1] 賈銘.數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)技術(shù)研究[M].西安:西安電子科技大學(xué),2009.

[2] 盛亮.基于動態(tài)優(yōu)先的數(shù)據(jù)鏈時隙分配模型[J].信息傳輸與接入技術(shù),2011，37(2)：26-28.

[3] 丁銳,鄭龍,王玉文,孟凡計.動態(tài)TDMA時隙分配算在數(shù)據(jù)鏈中的仿真[J].通信技術(shù),2011,44(2):105- 107.

DesignofDynamicTimeSlotAllocationforAHighSpeedCommunicationSystem

LIShu-guang

(The20thResearchInstituteofCETC,Xi'an710068,China)

Tomeettherequirementsofreal-timeanddynamicperformanceofnetworkinhighspeedcommunicationsystems，thispaperpresentsadynamictimeslotallocationplan,drawsintotheideaoftimeslotbeingdividedintoblocks,givesthemethodofdecomposingandmergingthedynamictimeslotblocks，finallygivestheworkflowofdynamictimeslotadjustment.

timeslotallocation;timeslotblock;decompositionandmerging;workflow

2015-11-30

TN

B

CN32-1413(2016)03-0115-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.03.029