基于统计优先级的数据链MAC协议研究

摘要

数据链技术作为信息化战争的关键技术，它能够将传感器、武器平台以及各指挥所互联成一个整体，使各参战单元之间可以进行信息的无缝交换，保证作战指挥员能够快速准确地做出决策。数据链的发展推动了信息化武器的发展，从而进一步改变了现代战争的作战方式。
　　TTNT（Tactical Targeting Network Technology）作为美军新一代数据链建设中的重要组成部分，它是一种基于 IP协议的高速、宽带、新型战场网络技术，能够实现各作战平台的快速互联且传输速率极高，从而保证对时敏目标进行精确打击，极大地提升了美军网络中心战能力。TTNT数据链信道接入控制协议采用基于统计优先级多址接入（SPMA，Statistical Priority-Based Multiple Access）协议，具备动态快速组网、支持多节点同时通信、支持多种业务优先级区分、高优先级业务能够立即接入信道等能力。
　　本文在分析总结各类MAC协议的基础上，针对现有MAC协议存在的缺陷，参考TTNT相关专利，设计了一种基于统计优先级的数据链MAC协议—SPMA协议。首先，分析了SPMA协议物理层工作方式，物理层采用跳时跳频和信道编码等技术，使其具有一定的纠错能力且节点具备一发多收能力；然后，详细介绍了本文设计的SPMA协议和随遇接入机制，SPMA协议部分重点介绍了信道负载统计、优先级阈值设置和退避算法的设计方案，随遇接入机制部分结合本文 SPMA协议设计了随遇节点入退网方案以实现随遇节点快速入退网。
　　最后，使用OPNET仿真软件对本文方案进行建模仿真。在OPNET仿真中，设计了两种网络场景，分别用于仿真验证 SPMA协议和随遇接入机制；设计了合理的层次化节点模型和基于有限状态机的进程模型以仿真协议的工作流程；设计了无线管道阶段以等效模拟SPMA协议物理层工作方式；设计了多种统计量以统计网络性能。通过理论分析和仿真结果表明本文设计的 SPMA协议能够保证高优先级分组的高传输成功率和低时延，且有效地解决了随机竞争类MAC协议由于网络业务负载过重引起网络性能严重恶化的问题，同时本文设计的随遇接入机制能够实现随遇节点快速入退网，验证了本文方案的性能。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容和章节安排

第二章 数据链系统及MAC协议分析

2.1数据链组成及工作方式

2.2无线网络MAC协议

2.3典型数据链MAC协议

2.4评价MAC协议的性能指标

2.5本章小结

第三章 基于统计优先级的数据链MAC协议方案设计

3.1概述

3.2 SPMA协议物理层分析

3.3 SPMA协议算法设计

3.4随遇接入机制

3.5本章小结

第四章 基于统计优先级的数据链MAC协议OPNET仿真

4.1 OPNET Modeler仿真工具

4.2网络场景设计

4.3仿真模型设计

4.4网络性能理论分析

4.5仿真结果及分析

4.6本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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