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基于排队论的TDMA战术局域网广谱性能评价模型

作者:原创银河国际线上网 时间:2017-06-14 15:09 加入收藏

  网络性能是战术局域网可用度的重要指标。 基于 TDMA战术局域网的网络性能分析, 往往单纯依靠改进算法使用前后系统吞吐率和平均时延的对比[1~2],但这种方式存在一定的主观性和局限性, 还没有提出一种直观、 量化的性能分析模型。本文以排队论为基础,提出了一种 TDMA 战术局域网的性能评价模型,可直观准确地对网络性能进行评价。

  1、TDMA战术局域网的性能分析模型

  由于问题复杂度的限制, 本文建立的性能分析模型无法将战术局域网的所有变量全部引入模型, 为便于分析提出以下假设:(1)忽略帧中的保护时隙,1 个帧中只包含有 1 个 ACH 时隙和 N 个 TCH 时隙;(2)在数据在理想信道中进行交换,没有丢包现象;(3)AP 收到 REQ 请求的概率服从泊松分布。

  另外, 由于传输 m 个数据单元需要 m+h 个 TDMA 帧,传输 N 个业务数据需要 N 个 TDMA 帧。因此,如果 m+h<N,就算系统处于高负载状态,网络依然能够提供 N-m-h 个空闲队列位置。 相反,如果 m+h>N,那么,一旦网络负载达到一定程度,就会出现网络拥塞;网络系统保持等待直到有一个 TCH 队列空闲。

  2、验 证

  2.1、m取值不同的TDMA战术局域网的平均时延分析


图 1 报文分组数量与平均时延的关系 

  令 N=16,TTCH=45μs,代入式(3)后得到平均时延与 m 取值的关系如图 1 所示。 可以看出, 当报文分组的通信负载一定时, 可以通过减少 m 来减少系统的平均时延。 不同的 TDMA战术局域网 m 的取值也不同,较小的 m 说明网络系统中活跃的帧数较少,降低了网络系统的负担,所以平均时延降低。 另外,当 m 的值固定时,如果泊松系数 λpg小于一个临界值,那么网络系统的平均时延趋于一致。

  2.2、N取值不同的TDMA战术局域网的平均时延分析(如图 2)


图 2 TCH 时隙长度对网络性能的影响

  当 m=N 时,网络系统将达到其最佳性能。 据此,将上式代入式(3)得到 N 取值不同的 TDMA 战术局域网的负载特性曲线,如图 2 所示。 由图可得,系统的 N 越大,其饱和吞吐量 max(Thpg1-hop)也越大。 直到 N>16 时,max(Thpg1-hop)的值将逐步收敛。

  综上分析,N 的取值对 TDMA 战术局域网的性能影响明显,为了能使网络系统既维持较高的吞吐量,又保证较低的平均时延,必须令 N 的值落在一特定值域中,由计算可得这一值域为:N∈[16,20]。

  3、结 论

  本文在详细分析 TDMA 战术局域网的工作过程和帧结构的基础上,以排队论为基础,建立了 TDMA 战术局域网的性能分析模型,该模型能够量化地给出不同网络参数条件下,系统吞吐量和平均分组时延的负载特性, 为进一步的网络性能优化提供科学依据。 由于研究对象复杂性,本文的模型未引入丢包和保护时隙对网络性能的影响, 这部分研究将在下一个阶段进一步完善。

  参考文献
  [1] 王文政 . 战术数据链银河国际平台轮询调度算法 [J]. 国防科技银河国际线上学报 ,2009,12(2):47~54.
  [2]王 伟,梁 俊,赵尚弘.一种基于容忍度的银河国际平台优先级轮询协议[J].电光与控制,2012,19(9):94~97.
  [3]L. Klein rock, Queuing Systems [M]. Vol. I, Theory. New York, July Nescience,1975:4~5.

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