分簇式战术无线通信网媒体接入控制协议关键技术研究

发布时间：2020-07-17 01:47

【摘要】：战术无线通信网是移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network,MANET)在军事领域的应用和扩展,伴随现代化军队的建设和发展,战术无线通信网的关键技术逐渐成为了各国军事研究的热门。媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议是战术无线通信网组网的关键,协议的好坏将直接影响整个系统的性能。因此,深入研究战术无线通信网接入控制技术,对于我军建设现代化战术通信系统,提升我军军事实力具有重要的意义。本文主要针对战术无线通信网MAC协议进行研究,并基于统一时隙分配协议(Unifying Slot Assignment Protocol,USAP)设计出一种适用于大规模战术无线通信网的分簇式时分多址(Clustered Time Division Multiple Address,C-TDMA)协议,旨在满足战术无线通信网可扩展性的需求。本文的主要研究工作包括以下几个方面:首先,对传统的战术无线通信网MAC协议的特点进行了介绍,重点研究了 USAP协议的帧结构,分析了战术无线通信网MAC协议的设计要求。其次,根据当前战术无线通信网的发展方向,在USAP协议的基础上,结合分簇组网技术,对C-TDMA协议进行设计,主要包括帧结构设计和分组格式设计。然后,研究了当前已有的分簇算法,结合C-TDMA信道接入的特点,提出了基于分频的分簇策略,并在分簇结构中实现了簇首选举算法和网关选举算法。接下来,对USAP协议的邻居发现算法和时隙分配算法进行改进,并将改进的算法应用于C-TDMA协议中,以提升网络收敛速度和信道利用率。最后,通过OPNET Modeler仿真软件对C-TDMA协议进行建模仿真,并在不同规模的仿真场景下与USAP协议进行仿真对比。仿真结果表明:新设计的C-TDMA协议不仅能够支持簇内和簇间通信,而且与USAP协议相比其性能有很大的提升,尤其是在大规模的战术无线通信网中,性能明显优于USAP协议。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;E96
【图文】：

战术互联网,无线电通信系统

ＴＭＧ）和互联网控制器（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＩＮＣ）将邋ＳＩＮＣＧＲＡＳ、ＥＰＬＲＳ、逡逑ＭＳＥ这三种无线电通信系统连接起来，形成一个整体，实现三种无线电通信系统逡逑之间的互联互通，如图１－１所示为美军战术互联网的体系结构［１２］。逡逑ＴＭＧ邋或邋ＩＮＣ逡逑图１－１战术互联网逡逑Ｆｉｇ邋１－１邋Ｔａｃｔｉｃａｌ邋Ｉｎｔｅｒｎｅｔ逡逑２逡逑

波形,一战,概念图,层次

战术互联网是迄今为止规模最大的移动多跳分组无线网，该网络懫用直扩频、时分多址接入等技术实现了各级作战梯队之间的无缝连接，为作战挥控制平台传递战场前沿态势感知信息（ＳＡ）和指挥控制数据［１３］。但是，互联网体系结构中采用非ＩＰ化的无线电台，使得战术互联网远不能满足部队对话音、数据、图像、视频等多业务通信的需求。随着美军信息化展，战术互联网逐步朝着战术ＧＩＧ转变，这也意味着基于ＩＰ的无线电通非ＩＰ的无线电通信成为现代军事通信的主流［１４］。逡逑美军的战术ＧＩＧ远比战术互联网复杂，如图１－２所示，战术ＧＩＧ自上而个层次，各个层次内部采用不同的战术波形［１５］邋（Ｔａｃｔｉｃａｌ邋Ｗａｖｅｆｏｒｍ，邋ＴＷ）信，其中包括网络中心波形［１６］邋（Ｎｅｔｗｏｒｋ邋Ｃｅｎｔｅｒ邋Ｗａｖｅｆｏｒｍ，ＮＣＷ）、高频形［１７］邋（Ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ邋Ｗａｖｅｆｏｒｍ，ＨＮＷ）、宽带组网波ｉｄｅｂａｎｄ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ邋Ｗａｖｅｆｏｒｍ，邋ＷＮＷ）、士兵无线电波形［１９］邋（Ｓｏｌｄｉｅｒ邋Ｒａｖｅｆｏｒｍ，邋ＳＲＷ）。各个层次之间采用多个节点来中继和转发数据业务，从而任意两个作战节点之间都能实现数据交换和共享。逡逑ＮＣＷ逡逑

战术通信系统,动态时隙分配,时隙分配,静态

混合类的ＭＡＣ协议结合了竞争类ＭＡＣ协议和分配类ＭＡＣ协议的特点，在逡逑特定的情况下能够有效地提升整个战术通信系统的性能。逡逑ＭＡＣ协议的分类如图２－１所示。逡逑逦Ｗｉ逦ＭＡＣ邋协议逦逦逡逑竞争类逦分配类逦混合类逡逑／Ｖ逦卞逡逑／逦＼逦静态时隙分配动态时隙分配逡逑／邋＼邋＾逡逑ＡＬＯＨＡ逦ＣＳＭＡ逦Ｓ－ＴＤＭＡ逦ＵＳＡＰ逦ＨＴＤＭＡ逡逑图２－１邋ＭＡＣ协议的分类逡逑Ｆｉｇ邋２－１邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＭＡＣ邋Ｐｒｏｔｏｃｏｌ逡逑７逡逑

【参考文献】