Link—16中繼時隙自適應調整分配技術研究

賀小寶

摘要：Link-16通過使用中繼技術來實現超視距通信，中繼時隙的分配方式是系統時隙資源分配的重要內容。本文針對Link-16時隙資源有限的情況，基于現有的配對中繼時隙分配方式，研究一種中繼時隙自適應調整分配技術，為有效提高中繼時隙資源的利用率提供解決方法。

關鍵詞：Link-16；數據鏈；配對中繼；自適應

1 引言

數據鏈系統是指揮信息系統的重要組成部分，負責傳感器平臺、指控平臺和武器平臺之間的信息通信任務，是數據通信技術在軍事方面的典型應用，它的出現大幅增強了從信息獲取、處理、傳輸到作戰平臺的信息鉸鏈能[1]。Link-16是美軍用于指揮控制、戰術協同和情報保障的戰術數據鏈，主要裝備美海軍戰艦、空軍戰斗機、預警機等作戰平臺及陸軍防御系統等指揮機構。該數據鏈采用時分多址（TDMA）、跳擴頻等技術手段，通過構建指揮機構、作戰平臺等各用戶之間大容量、高速率、抗干擾的實時數據傳輸網絡，實現戰場態勢信息共享，提高指揮控制、協同作戰能力[2]。

Link-16工作在960～1215MHz頻段，是一種視距通信的數據鏈系統，視距外的通信則通過采用中繼的方式來實現。目前，在網絡設計階段通常即會根據作戰任務的通信、指控、情報等需求對中繼節點及其所需的時隙進行分配。其中，PPLI、監視和空中控制等網絡參與組（NPG）通常需要進行中繼轉發[3]。Link-16目前廣泛使用的中繼時隙分配是使用配對中繼模式，該模式使用的是靜態的中繼時隙分配方式，另外如果在無中繼平臺或中繼平臺無法實現中繼功能時，中繼時隙從而被浪費，所以對中繼時隙的分配改進研究很有必要。

2 Link-16配對中繼時隙分配技術

Link-16數據鏈網絡采用的是無中心節點的網絡結構，以時分多址（TDMA）方式組網，每個網絡節點均按照統一的系統時間同步工作。Link-16將時間軸劃分為等長的循環時間段，稱為時元，長度為12.8分鐘；每個時元再次劃分為64個等長的時間段，稱為時幀，長度為12秒；每個時幀再次劃分為1536個等長的時間段，稱為時隙，長度為7.8125毫秒[3]。為滿足快速通信中的要求，Link-16使用時幀作為其循環的時間間隔，時幀是系統資源的基本分配周期，時隙是網絡節點在發射或接收消息時的基本時間單位。

Link-16分配給網絡節點的時隙盡量實現均勻分布，從而使所有網絡節點能夠均衡有效工作。通常，時隙以時隙塊的形式分配給不同的網絡節點。時隙塊由時隙組（Set）、起始索引號（ISN）及重復率（RRN）3個變量組成，其中，時隙組有A、B、C3個分組，每組包含512個時隙，每組時隙與其他組時隙交錯排列，順序為A-0、B-0、C-0、A-1、B-1、C-1、…、A-511、B-511、C-511；起始索引號表示時隙塊中第一個時隙在時幀中的起始位置，取值范圍為0，…，215-RRN-1；重復率表示時隙塊中時隙數量的對數，取值范圍為6-15。綜上，通過Set-ISN-RRN能夠確定時隙塊中的時隙位置及大小。

配對中繼時隙分配是一種靜態的時隙分配方式，在網絡運行前已完成中繼時隙的分配，原發時隙和中繼時隙配對分配，網絡運行過程中，由承擔網絡中繼責任的中繼節點使用來實現中繼轉發。由于資源有限及網絡狀態變化等原因，配對中繼時隙分配會導致時隙資源的浪費，具體說明如下：（1）一個時幀內共有1536個時隙，時隙資源有限，為實現中繼，限制了網絡節點的參與數量及網絡節點本身的原發時隙分配數量；（2）如果原發網絡節點未按照預定要求參與網絡，導致原發時隙及中繼時隙均無法使用而浪費；（3）如果無中繼節點或中繼節點故障無法時隙中繼功能時，中繼時隙未使用而浪費。

3 中繼時隙自適應調整分配技術

考慮到配對中繼時隙分配會導致時隙資源浪費的情況，提出一種中繼時隙自適應調整分配方法，該方法的處理流程說明如下。

（1）網絡設計階段配對中繼時隙按需分配，針對任務執行場景，對需求進行詳細分析，根據任務確定哪些網絡節點需要被中繼，在網絡設計時只對有中繼需求的網絡節點分配配對中繼時隙，從而實現節省時隙資源分配的目的，盡量實現網絡時隙資源的合理分配。

（2）在網絡運行過程中，各網絡節點根據網絡狀態自適應調整分配中繼時隙。各有中繼需求的網絡節點動態監測自身可達的中繼節點，維護可用中繼節點集合，以保證有消息需要中繼轉發時有中繼節點可以完成中繼，同時為后續自適應調整提供依據。

（3）判斷是否有可用的中繼節點。如果沒有，則將中繼時隙作為原發時隙來使用，原始的原發時隙仍可以繼續利用，如此可用的原發中繼時隙增多，實現中繼時隙資源的再次利用。如果有中繼節點則繼續后續步驟。

（4）在有消息需要中繼且存在中繼節點時，另外因可能存在原發時隙不夠用的情況，通過查找有無其他可用的空閑時隙來確保消息的及時發送并實現中繼。查找范圍是未參與網絡的節點的時隙資源，查找滿足中繼時延及時隙占空比要求的空閑時隙。如果未查找到可用的多余空閑時隙，則按照原始方式進行工作。如果查找到可用的多余空閑時隙，則將自身的原發時隙和中繼時隙作為原發時隙使用，而將查找到的多余空閑時隙作為新的中繼時隙使用。如此可以擴展可用的原發時隙，保證了原發消息的及時發送，同時新的中繼時隙可以縮短中繼時延，這樣也可以保證中繼消息的及時發送，從而提高網絡的實時性要求。

5 結束語

本文在配對中繼時隙分配的基礎上，提出了一種中繼時隙自適應調整分配方式，該方法可以有效提高中繼時隙資源的利用率，同時可以減少中繼時延，并可以適當提高網絡節點的原發時隙數量，對Link-16數據鏈的使用有一定的現實意義。另外，由于多中繼節點可能導致大量中繼信息在網絡中轉發，造成傳輸信道的擁塞的問題，所以如何選取高效、可靠的中繼策略是下一步研究的重點。

參考文獻

[1] 陳曦，張世祥，田萬勇，等.戰術數據鏈時隙分配協議綜述[J].電子科技，2013，26（4）：165：168.

[2] 歐陽勁松，趙曙光.Link-16動態入網設計[J].信息化研究，2013（4）：12-15.

[3] 梅文華，蔡善法.JTIDS/Link16數據鏈[M].北京：國防工業出版社，2017.

（作者單位：中國電子科技集團公司第二十研究所）