Link—16中继时隙自适应调整分配技术研究

贺小宝

摘要：Link-16通过使用中继技术来实现超视距通信，中继时隙的分配方式是系统时隙资源分配的重要内容。本文针对Link-16时隙资源有限的情况，基于现有的配对中继时隙分配方式，研究一种中继时隙自适应调整分配技术，为有效提高中继时隙资源的利用率提供解决方法。

关键词：Link-16；数据链；配对中继；自适应

1 引言

数据链系统是指挥信息系统的重要组成部分，负责传感器平台、指控平台和武器平台之间的信息通信任务，是数据通信技术在军事方面的典型应用，它的出现大幅增强了从信息获取、处理、传输到作战平台的信息铰链能[1]。Link-16是美军用于指挥控制、战术协同和情报保障的战术数据链，主要装备美海军战舰、空军战斗机、预警机等作战平台及陆军防御系统等指挥机构。该数据链采用时分多址（TDMA）、跳扩频等技术手段，通过构建指挥机构、作战平台等各用户之间大容量、高速率、抗干扰的实时数据传输网络，实现战场态势信息共享，提高指挥控制、协同作战能力[2]。

Link-16工作在960～1215MHz频段，是一种视距通信的数据链系统，视距外的通信则通过采用中继的方式来实现。目前，在网络设计阶段通常即会根据作战任务的通信、指控、情报等需求对中继节点及其所需的时隙进行分配。其中，PPLI、监视和空中控制等网络参与组（NPG）通常需要进行中继转发[3]。Link-16目前广泛使用的中继时隙分配是使用配对中继模式，该模式使用的是静态的中继时隙分配方式，另外如果在无中继平台或中继平台无法实现中继功能时，中继时隙从而被浪费，所以对中继时隙的分配改进研究很有必要。

2 Link-16配对中继时隙分配技术

Link-16数据链网络采用的是无中心节点的网络结构，以时分多址（TDMA）方式组网，每个网络节点均按照统一的系统时间同步工作。Link-16将时间轴划分为等长的循环时间段，称为时元，长度为12.8分钟；每个时元再次划分为64个等长的时间段，称为时帧，长度为12秒；每个时帧再次划分为1536个等长的时间段，称为时隙，长度为7.8125毫秒[3]。为满足快速通信中的要求，Link-16使用时帧作为其循环的时间间隔，时帧是系统资源的基本分配周期，时隙是网络节点在发射或接收消息时的基本时间单位。

Link-16分配给网络节点的时隙尽量实现均匀分布，从而使所有网络节点能够均衡有效工作。通常，时隙以时隙块的形式分配给不同的网络节点。时隙块由时隙组（Set）、起始索引号（ISN）及重复率（RRN）3个变量组成，其中，时隙组有A、B、C3个分组，每组包含512个时隙，每组时隙与其他组时隙交错排列，顺序为A-0、B-0、C-0、A-1、B-1、C-1、…、A-511、B-511、C-511；起始索引号表示时隙块中第一个时隙在时帧中的起始位置，取值范围为0，…，215-RRN-1；重复率表示时隙块中时隙数量的对数，取值范围为6-15。综上，通过Set-ISN-RRN能够确定时隙块中的时隙位置及大小。

配对中继时隙分配是一种静态的时隙分配方式，在网络运行前已完成中继时隙的分配，原发时隙和中继时隙配对分配，網络运行过程中，由承担网络中继责任的中继节点使用来实现中继转发。由于资源有限及网络状态变化等原因，配对中继时隙分配会导致时隙资源的浪费，具体说明如下：（1）一个时帧内共有1536个时隙，时隙资源有限，为实现中继，限制了网络节点的参与数量及网络节点本身的原发时隙分配数量；（2）如果原发网络节点未按照预定要求参与网络，导致原发时隙及中继时隙均无法使用而浪费；（3）如果无中继节点或中继节点故障无法时隙中继功能时，中继时隙未使用而浪费。

3 中继时隙自适应调整分配技术

考虑到配对中继时隙分配会导致时隙资源浪费的情况，提出一种中继时隙自适应调整分配方法，该方法的处理流程说明如下。

（1）网络设计阶段配对中继时隙按需分配，针对任务执行场景，对需求进行详细分析，根据任务确定哪些网络节点需要被中继，在网络设计时只对有中继需求的网络节点分配配对中继时隙，从而实现节省时隙资源分配的目的，尽量实现网络时隙资源的合理分配。

（2）在网络运行过程中，各网络节点根据网络状态自适应调整分配中继时隙。各有中继需求的网络节点动态监测自身可达的中继节点，维护可用中继节点集合，以保证有消息需要中继转发时有中继节点可以完成中继，同时为后续自适应调整提供依据。

（3）判断是否有可用的中继节点。如果没有，则将中继时隙作为原发时隙来使用，原始的原发时隙仍可以继续利用，如此可用的原发中继时隙增多，实现中继时隙资源的再次利用。如果有中继节点则继续后续步骤。

（4）在有消息需要中继且存在中继节点时，另外因可能存在原发时隙不够用的情况，通过查找有无其他可用的空闲时隙来确保消息的及时发送并实现中继。查找范围是未参与网络的节点的时隙资源，查找满足中继时延及时隙占空比要求的空闲时隙。如果未查找到可用的多余空闲时隙，则按照原始方式进行工作。如果查找到可用的多余空闲时隙，则将自身的原发时隙和中继时隙作为原发时隙使用，而将查找到的多余空闲时隙作为新的中继时隙使用。如此可以扩展可用的原发时隙，保证了原发消息的及时发送，同时新的中继时隙可以缩短中继时延，这样也可以保证中继消息的及时发送，从而提高网络的实时性要求。

5 结束语

本文在配对中继时隙分配的基础上，提出了一种中继时隙自适应调整分配方式，该方法可以有效提高中继时隙资源的利用率，同时可以减少中继时延，并可以适当提高网络节点的原发时隙数量，对Link-16数据链的使用有一定的现实意义。另外，由于多中继节点可能导致大量中继信息在网络中转发，造成传输信道的拥塞的问题，所以如何选取高效、可靠的中继策略是下一步研究的重点。

参考文献

[1] 陈曦，张世祥，田万勇，等.战术数据链时隙分配协议综述[J].电子科技，2013，26（4）：165：168.

[2] 欧阳劲松，赵曙光.Link-16动态入网设计[J].信息化研究，2013（4）：12-15.

[3] 梅文华，蔡善法.JTIDS/Link16数据链[M].北京：国防工业出版社，2017.

（作者单位：中国电子科技集团公司第二十研究所）