一種高速通信系統動態時隙分配設計

李曙光

(中國電子科技集團公司第20研究所，西安 710068)

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一種高速通信系統動態時隙分配設計

李曙光

(中國電子科技集團公司第20研究所，西安 710068)

為了滿足高速通信系統網絡實時、動態性的要求，提出一種動態時隙分配方案，引入時隙成塊分配思想，給出動態時隙塊的分解與合并的方法，最后給出時隙動態調整工作流程。

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中，把時間按時元、時幀、時隙結構劃分。時隙是系統時間劃分的最小單位，也是系統成員在網內發射或接收消息的基本時間單位。系統內成員在分配給自己的時隙內發射信息，在其它時隙內則接收其它成員分發的各類信息。為了滿足高速通信系統網絡管理需求，急需依據網絡成員所需實際資源需求，采用動態時隙再分配手段，實時對通信系統網路成員的資源進行動態分配[1]。

1 動態時隙分配方案

為了滿足高速通信系統網絡實時、動態性的要求，采用一種動態時隙分配方案，即在組網以及網絡運行過程中網絡中心節點根據路由的狀態實時分解與合并通信系統網內成員的時隙資源。

具體的實現方案：在組網階段，由網絡中心節點決定基本消息類型和工作消息類型，網絡開始運行后根據路由的狀態變化，網絡中心節點為新加入節點分配基本消息和工作消息，并實時下發給網內各節點，由各個節點進行時隙分配表的更新。當路由狀態穩定后，各個節點將得到一張新加入節點后的時隙分配表。當某個網內成員脫網時，網絡中心節點也將根據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，并下發給網內各個節點，由各節點進行更新。當某個節點完全脫網，路由狀態穩定后，各節點將得到一張該節點脫網后的時隙分配表。若在網絡運行過程中，網絡中心節點脫網或退網，各節點將根據某種算法統一計算出新的網絡中心節點，該新網絡中心節點立即執行網絡中心更替方案，制定出新的時隙分配表并下發給網內各成員，網內各成員收到后立即更新時隙分配表，系統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，若按單個時隙進行資源分配增加了實現難度，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”

盡可能保證網絡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”。時隙塊可以根據路由表提供的網內成員的資源使用情況進行時隙塊的合并與分解，動態調整時隙塊大小。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行分解，使其成為所需時隙塊的大小；對于某些用戶脫網或退網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，這時要將現存的小時隙塊進行合并，以滿足需要。

3 動態時隙塊的分解與合并

在高速通信系統中時隙塊大小默認為6，當網絡成員處于監控狀態時，需要的時隙塊很小，就需要分解時隙塊；當網絡某些成員脫網或退網，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，本高速通信系統中采用美軍Link-16數據鏈使用的標準經典基于時隙塊二叉樹的時隙分配算法，網絡成員需要的時隙數量為2的指數冪。

3.1 時隙塊的分解

時隙塊的分解是把處于監控狀態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的修改。

圖1 二叉樹分解時隙塊示意圖

分解時隙塊應有以下特點:

(1) 時隙塊每分解1次，塊大小減1。

(2) 節點分成2塊，1塊進入上子樹，標記為1；1塊進入下子樹，標記為0。

(3) 每個節點包含2個參數：塊大小和標記號，葉節點就是需要的時隙塊。

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

3.2 時隙塊的合并

時隙塊合并有2種情況：

(1) 當網絡某些成員脫網或退網，釋放的時隙塊組成大時隙塊；

(2) 時隙塊分解過程中，產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遵循以下規律：

(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 時隙動態調整工作流程

時隙動態調整工作流程如圖2所示。

高速通信系統的鏈路信息管理機接收到網管中心下發的時隙增加命令時，將再分配時隙的網內成員編識號下發至通信端機，通信端機進行時隙增加操作，完成后將執行結果上報至鏈路信息管理機，鏈路信息管理機將執行結果上報網管。

高速通信鏈路信息管理機接收到網管中心下發的時隙刪除命令時，將回收時隙的網內成員編識號下發至通信端機，通信端機進行時隙刪除操作，完成后將執行結果上報至鏈路信息管理機，鏈路信息管理機將執行結果上報網管。

圖2 時隙動態調整工作流程

5 結束語

本文提出一種高速通信系統動態時隙分配方案，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，并且減少了網絡上重復傳輸的信息量和結點的能量損耗。經過試驗反復驗證，該高速通信系統動態時隙分配方案滿足高速通信系統網絡實時、動態性的要求。

[1] 賈銘.數據鏈組網技術研究[M].西安:西安電子科技大學,2009.

[2] 盛亮.基于動態優先的數據鏈時隙分配模型[J].信息傳輸與接入技術,2011，37(2)：26-28.

[3] 丁銳,鄭龍,王玉文,孟凡計.動態TDMA時隙分配算在數據鏈中的仿真[J].通信技術,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