论文部分内容阅读
战术数据链是一种用于战场环境下的数据通信系统。基于优先级概率统计的多址接入协议 SPMA(Statistical Priority-based Multiple Access)是美军下一代战术数据链系统TTNT(Tactical Targeting Network Technology)所使用的 MAC(Multiple Access Control)层协议。相较于传统的MAC协议,SPMA不仅需要实现多优先级服务,并且要实现更高的传输成功概率,为高优先级数据包提供超低的传输延迟。此外SPMA协议的流量控制机制能够在维持系统稳定性的同时提高信道的利用率。这些特性使SPMA协议更加适用于航空自组织网AANET(Aeronautical Ad-hoc Network)。本文对SPMA协议的性能进行了理论分析,并通过系统仿真对理论分析进行了验证。本文中还将SPMA协议与CSMA/CA协议进行了性能上的对比。另外针对SPMA协议的一些缺陷,本文中提出了相应的优化策略。本文的主要工作和创新点如下:第一,本文分析了各种现有航空自组网所使用的MAC层协议的性能,并结合相关SPMA的专利,设计实现了基于统计优先级的多址接入协议SPMA。通过本文中提出的定点分析法得到SPMA系统在饱和输入时的时隙发送概率STP(Slot Transmission Probability),并以STP为基础结合M/G/1优先级队列分析了系统在吞吐量、数据包传输延迟、丢包率等方面的性能。第二,搭建了 SPMA系统仿真平台,仿真结果证明了理论分析的正确性。实验证明SPMA在信道负载不断增大时能够很好地维持系统的稳定性,保证最高优先级数据包传输延迟在2ms以内,并实现不低于99%的单次传输成功概率。SPMA协议的优良性能符合未来战术数据链的发展趋势。第三,本论文中对SPMA协议与CSMA/CA协议性能进行了对比。通过仿真发现相较于CSMA/CA,SPMA在系统中节点数目较多时能够实现更高的系统吞吐量且各个优先级数据包的平均发送延迟更低。可见SPMA协议更适用于对系统延迟高、系统规模大的网络。第四,本论文中还针对SPMA协议中固定回退阈值不能很好地应对动态负载的问题提出一种基于信道负载的动态回退阈值设定算法DTS(Dynamic Threshold Setting),并通过系统仿真对比了固定阈值分配与DTS算法性能上的差异。实验证明DTS算法能够很好地应对各优先级数据包分布不均匀的问题,提高了系统的公平性和信道利用率。