一种高速通信系统动态时隙分配设计

李曙光

(中国电子科技集团公司第20研究所，西安 710068)



一种高速通信系统动态时隙分配设计

李曙光

(中国电子科技集团公司第20研究所，西安 710068)

为了满足高速通信系统网络实时、动态性的要求，提出一种动态时隙分配方案，引入时隙成块分配思想，给出动态时隙块的分解与合并的方法，最后给出时隙动态调整工作流程。

时隙分配；时隙块；分解与合并；工作流程

0 引 言

在同步时分多址接入方式的通信系统中，把时间按时元、时帧、时隙结构划分。时隙是系统时间划分的最小单位，也是系统成员在网内发射或接收消息的基本时间单位。系统内成员在分配给自己的时隙内发射信息，在其它时隙内则接收其它成员分发的各类信息。为了满足高速通信系统网络管理需求，急需依据网络成员所需实际资源需求，采用动态时隙再分配手段，实时对通信系统网路成员的资源进行动态分配[1]。

1 动态时隙分配方案

为了满足高速通信系统网络实时、动态性的要求，采用一种动态时隙分配方案，即在组网以及网络运行过程中网络中心节点根据路由的状态实时分解与合并通信系统网内成员的时隙资源。

具体的实现方案：在组网阶段，由网络中心节点决定基本消息类型和工作消息类型，网络开始运行后根据路由的状态变化，网络中心节点为新加入节点分配基本消息和工作消息，并实时下发给网内各节点，由各个节点进行时隙分配表的更新。当路由状态稳定后，各个节点将得到一张新加入节点后的时隙分配表。当某个网内成员脱网时，网络中心节点也将根据路由变化情况实时回收该路由链路上此成员所占用的时隙，并下发给网内各个节点，由各节点进行更新。当某个节点完全脱网，路由状态稳定后，各节点将得到一张该节点脱网后的时隙分配表。若在网络运行过程中，网络中心节点脱网或退网，各节点将根据某种算法统一计算出新的网络中心节点，该新网络中心节点立即执行网络中心更替方案，制定出新的时隙分配表并下发给网内各成员，网内各成员收到后立即更新时隙分配表，系统将按新的时隙表正常运行。

2 时隙成块的引入

在时分多址的通信系统中，以时元、时帧、时隙为资源分配的组织管理单位，通常周期是时元，多个时帧组成时元，而多个时隙组成时帧，若按单个时隙进行资源分配增加了实现难度，为此提出“时隙组”、“时隙块”、“时隙矩阵”的概念，将时隙“成块”地分配给各用户[2-3]。

(1) “时隙组”

尽可能保证网络成员公平占用时隙资源，64个时隙组成“组”分布在各个时帧中，时帧中的序号为“组”号，“组”号的取值范围从0～255，256个“组”组成时元，组中相邻时隙的时间间隔为1个时帧，1个时元中时隙序号相同的时隙集合称为1个“时隙组”。

(2) “时隙块”

“时隙块”由2N个指数幂周期间隔组成，同时处在间隔均匀的时帧中的时隙集合称为一个“时隙块”。时隙块可以根据路由表提供的网内成员的资源使用情况进行时隙块的合并与分解，动态调整时隙块大小。时隙块用组号G(0～255)、起始时帧号F(0～63)和块大小N(0～6)表示。

(3) “时隙矩阵”

高速通信系统以时元为周期工作，每个时元有256组，每个组有64个时隙，用1个256×64的矩阵来表示，1个时元有16 384个时隙，1个时隙就是1个元素。初始化这个矩阵的所有元素为0，表示时隙资源未使用。当把1个时隙块分配给用户后，就将这个时隙块在矩阵中的元素置为1，表示已使用，时隙资源的占用情况及分布情况可以观察时隙矩阵元素的变化。

要对大于用户需求的时隙块进行分解，使其成为所需时隙块的大小；对于某些用户脱网或退网等原因所释放出不用的琐碎的时隙块，而另一些用户可能需要较大的时隙块，这时要将现存的小时隙块进行合并，以满足需要。

3 动态时隙块的分解与合并

在高速通信系统中时隙块大小默认为6，当网络成员处于监控状态时，需要的时隙块很小，就需要分解时隙块；当网络某些成员脱网或退网，就会释放时隙块，而有些成员资源开销增大，就需要合并小时隙块，本高速通信系统中采用美军Link-16数据链使用的标准经典基于时隙块二叉树的时隙分配算法，网络成员需要的时隙数量为2的指数幂。

3.1 时隙块的分解

时隙块的分解是把处于监控状态成员所占的时隙块分成两半，释放一些时隙块被大的时隙块得到，其等分方法如图1所示。分解到第r叶节点就是需要的时隙块，分解后对时隙资源表中的记录做相应的修改。

图1 二叉树分解时隙块示意图

分解时隙块应有以下特点:

(1) 时隙块每分解1次，块大小减1。

(2) 节点分成2块，1块进入上子树，标记为1；1块进入下子树，标记为0。

(3) 每个节点包含2个参数：块大小和标记号，叶节点就是需要的时隙块。

(4) 叶节点的起始时帧号的二进制表示为将标记号沿着叶节点到根节点的顺序组合。

3.2 时隙块的合并

时隙块合并有2种情况：

(1) 当网络某些成员脱网或退网，释放的时隙块组成大时隙块；

(2) 时隙块分解过程中，产生的时隙无法分给用户的时隙碎块组成用户可用时隙块。

合并时隙块的过程应遵循以下规律：

(1) 合并时隙块的组号和块大小相同；

(2) 合并时隙块的起始时帧号满足关系：

|F1一F2|=2(8-S-1)

(1)

式中：F1与F2为合并的时隙块的起始时帧号；S为块大小。

合并新生成时隙块具有以下特点：

(1) 合并后的时隙块的组号与合并前时隙块的组号相同；

(2) 合并后时隙块的块大小为合并前时隙块加1；

(3) 合并后时隙块的起始时帧号等于合并前时隙块中起始时帧号较小者。

4 时隙动态调整工作流程

时隙动态调整工作流程如图2所示。

高速通信系统的链路信息管理机接收到网管中心下发的时隙增加命令时，将再分配时隙的网内成员编识号下发至通信端机，通信端机进行时隙增加操作，完成后将执行结果上报至链路信息管理机，链路信息管理机将执行结果上报网管。

高速通信链路信息管理机接收到网管中心下发的时隙删除命令时，将回收时隙的网内成员编识号下发至通信端机，通信端机进行时隙删除操作，完成后将执行结果上报至链路信息管理机，链路信息管理机将执行结果上报网管。

图2 时隙动态调整工作流程

5 结束语

本文提出一种高速通信系统动态时隙分配方案，在时隙分配中采用“时隙成块分配”的思想，该方法算法简单，计算量小，具有较低的信息碰撞率、较好的公平性，并且减少了网络上重复传输的信息量和结点的能量损耗。经过试验反复验证，该高速通信系统动态时隙分配方案满足高速通信系统网络实时、动态性的要求。

[1] 贾铭.数据链组网技术研究[M].西安:西安电子科技大学,2009.

[2] 盛亮.基于动态优先的数据链时隙分配模型[J].信息传输与接入技术,2011，37(2)：26-28.

[3] 丁锐,郑龙,王玉文,孟凡计.动态TDMA时隙分配算在数据链中的仿真[J].通信技术,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