一种基于TDMA的通信资源动态占有优化方法

石瑞

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

JTIDS/Link16战术数据链是美军使用的一种战术数据链系统，该系统主要实现基于 TDMA协议的大容量、保密、抗干扰的战术信息分发功能，它首先需要将时间周期划分为若干个小的时间片作为通信资源，并根据固有的时间分配原则，离散的将不同的时间片固定分给某个特定的网络成员使用[1]。该方式在JTIDS/Link16数据链运用初期，网络成员相对较少的情况下，起到了成员占有时间片资源数量充足和资源相关信息直观明了的作用，但随着数据链的进一步运用，发现由于网络成员结构的变化导致频繁修改时间周期划分原则，将在使用重带来极大的空间和时间的成本，进而使用者产生了对时间周期划分原则需要包含尽可能多的网络用户的需求，但随着网络用户组成数量的增大，每个网络成员固定占有的时间片资源将急剧减少，进而导致单个网络成员通信能力的下降。本文针对上述不足提出一种在保持原有通信特征下的基于TDMA的通信资源占有优化方法的设计思路和实现方法。

1 通信资源分配方式

数据链通信采用 TDMA通信体制，是以时间片作为通信资源单位，并且需要考虑到通信设备发射模块发射占空比不能过高的原因，所以预先针对网络成员时间片资源划分原则是按照尽可能离散的方式[2]，将通信用户对时间片的资源需求离散分布在整个时间域上，进而起到资源合理分配，射频发射占空比可控的目的，分布方式大致示意图如图1。

图1 时隙分布示意图

由图1可以得出在不考虑通信资源重新分配的情况下，每个成员的通信资源出现在某个位置的概率是大致相同的，进而通信设备进行信号发射也会均匀出现在整个时间域上，不会产生单个成员在某个时间区间内连续发射的情况。

随着网络成员数量的急剧上升，如果保持原有时间资源的成员预先固定分配原则，则每个成员在整个网络系统中占有的时间资源就会变得十分有限，这对实际网络通信应用产生了巨大的条件限制。故在系统实际应用过程中，一方面为了满足网络成员对时间资源的数量需求，另一方面为了降低重新时间资源分配产生的空间和时间消耗，产生了在网成员动态占用其他暂时没有在网成员的时间资源的解决方法。该方法的应用可以解决上述条件限制，但是这种动态的时间资源占用如果不进行控制，就会产生打破原有时间资源均匀离散分布的隐患，进而导致通信设备在某个时间区间的占空比被人为升高[3]。故需要一种优化算法来保持时间资源调整前后时间资源的均匀离散状态。

2 通信资源动态分配优化方法分析

这里引入的资源动态占有的优化方法设计思路是，在时间资源动态调整过程中，首先对需要调整的资源数量进行合法性判定，如果调整数量已经大于当前所有可用资源数量之和，则直接返回并提示用户调整需求过大，需重新评估需求数量；如果当前资源数量满足调整需求，则将满足调整需求的所有可用的调整组合进行优化判断，其中优化判断的主要内容是资源离散度和连续时隙长度合法性判断，最终将判断出资源离散度最优又能保证最大连续时隙长度可控的调整组合返回用户，进而实现优化的资源动态占有方法。

该优化算法实现的基础是在保证提出通信资源申请方的需求的前提下，针对需求的数量在整个时间域资源上的实现过程进行算法实现，实现的结果是挑选一组或者多组最能保证调整后时间资源离散分布的策略提供给用户，这样既减少用户对时间资源动态调整功能实现过程中的工作量，又避免无序调整带来的时间资源使用混乱，同时还可以对时间资源动态调整的本身需求的正确性合理性进行判断和评估。本文提出的优化方法实现过程如图2所示。

下面给出图2对应优化方法进行算法实现的具体步骤：

（1）获取时间资源动态调整前的时间域状态：

（2）将需要进行时间资源调整的需求量与当前资源空闲量进行比较，如果空闲量满足不了需求，直接返回用户；如果反之则进入优化算法；

（3）在整个x空闲域上将满足时间资源调整需求量的所有占有组合进行比较判断，选出动态占有资源与原本资源在整个时间域上离散程度最高的组合，

并且每一个通过时间资源动态调整之后的时间区间的最大宽度必须不大于设备最大可支持的连续射频发射时间，

（4）如果步骤（3）结果存在且可满足设备的占空比，将结果提交用户，反之则提示用户该算法的最优结果依然不能满足设备的长时间正常运行要求，需要用户修改时间资源动态占有需求。

图2 时隙动态分配优化方法示意图

3 结论

随着数据链应用的不断深入，对通信资源的充分运用已成为该方向的重点研究课题，随着不断的研究深入，必将对数据链应用领域的发展产生深远的影响和推动作用。本文针对传统通信资源动态占有方式进行研究，分析其不足，进而从整个时间域的角度出发，通过建立通信资源动态占有模型实现对空闲通信资源的合理化使用，并提出一种优化的动态占有实现方法，对比之前用户无法对时间资源动态调整过程进行预估和评估，该方法通过算法证明不但可以提高整个通信过程的效率，而且可以保证设备射频模块正常运行，对数据链实际应用的起到促进作用。该方法现已应用在某型数据链通信控制过程当中。

参考文献：

[1]梅文华, 蔡善法. JTIDS/Link16 数据链[M]. 北京: 国防工业出版社, 2007.

[2]崔可嘉, 孙昕. 基于 TDMA的无冲突动态时隙分配算法[J]. 计算机工程. 2014, 40(10).

[3]冷爱莲. 基于固定和动态时隙相融合的 TDMA分配算法[J]. 计算机工程与应用. 2015,13.