TDMA数据链传输性能建模与仿真研究

论文摘要

数据链是战场各种平台之间进行实时数据交换的主要手段,能够有效的提高整个作战体系的协同作战能力。作为数据链设计和研究的核心技术之一,数据链报文的传输性能分析对于作战效能有着直接的影响,而与此紧密相关的是数据链路层的时隙分配协议的分析。因此,对于数据链应用背景下时隙分配策略进行理论研究和相关性能指标分析,能够有效的推动数据链技术向前发展。正因如此,这也成为当前数据链研究领域中的热点之一。混合时隙分配策略是当前最新的时隙分配理念,但目前发表的文献中缺乏对其在数据链应用下的深入分析和验证。鉴于此,本文将重点放在对混合时隙分配策略应用到数据链中的过程进行建模,并设计实现相应的仿真平台来进行验证。主要研究工作包括以下几个方面:1.建立混合时隙策略的数据链报文传输模型。首先分析了混合时隙策略的工作机制以及适合其的伪中心节点数据链运行结构,在此基础上分析了该结构中伪中心节点和普通节点的报文传输过程。然后结合排队论,分析研究了含有伪中心节点和普通节点两类不同优先级报文的传输过程排队模型,并给出了解析结果,以及将这种分析结果推广到具有多类优先级报文的情况。2.提出了转发式的数据链仿真平台结构。在对混合时隙策略和伪中心节点结构分析的基础上,结合对现有数据链仿真平台的特点研究,提出了综合分布式仿真框架HLA和网络仿真软件OPNET的转发式数据链仿真平台结构。区别于传统的数据链五层完整协议仿真模型设计,此次将数据链应用层与其他传输各层分离开来,设计为不同的仿真联邦成员。在此基础上分析了该结构带来的时间一致性问题和分布式仿真控制的相关设计,实现了各数据链节点之间报文的正确转发,从而推进仿真平台的正确运行。3.实现并运行了该仿真平台原型系统。由于转发式结构中不同联邦成员之间较低的耦合性,使得原型系统开发可以采用不同的技术和工具来同步实现不同的联邦成员。同时设计了不同的仿真测试场景,通过运行原型平台以及对仿真结果数据的分析,验证了混合时隙报文传输延迟分析和不同交互报文的时间漂移分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 相关领域及国内外研究现状
• 1.2.1 数据链的产生与发展
• 1.2.2 时隙分配策略的研究与发展
• 1.2.3 数据链仿真相关研究
• 1.3 研究思路与主要工作
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 混合时隙策略的数据链分析建模
• 2.1 混合时隙策略的数据链运行结构描述
• 2.1.1 混合时隙分配策略描述
• 2.1.2 伪中心节点的数据链运行机制描述
• 2.2 基于排队论的数据链混合时隙策略建模分析
• 2.2.1 数据链的混合时隙策略运行机制描述
• 2.2.2 混合时隙分配策略排队模型
• 2.2.3 占用调度时隙传输过程建模分析
• 2.2.4 占用竞争时隙传输过程建模分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 转发式数据链仿真系统平台结构设计
• 3.1 分布式仿真框架HLA和网络仿真软件OPNET介绍
• 3.1.1 分布式仿真技术框架HLA
• 3.1.2 网络仿真软件OPNET
• 3.1.3 结合HLA和OPNET的数据链仿真平台结构研究
• 3.2 转发式数据链仿真平台结构
• 3.2.1 转发式平台结构框架
• 3.2.2 数据链仿真联邦设计
• 3.2.3 数据链仿真联邦成员设计
• 3.3 转发式结构下的联邦成员时间管理及仿真控制分析
• 3.3.1 转发式结构下的联邦成员时间管理分析
• 3.3.2 仿真控制分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 仿真平台原型实现
• 4.1 仿真平台原型系统实现
• 4.1.1 数据链仿真联邦交互数据设计
• 4.1.2 仿真联邦成员实现
• 4.2 仿真场景设计和仿真运行分析
• 4.2.1 仿真测试想定设计与格式
• 4.2.2 仿真运行及结果数据分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文主要工作
• 5.2 后续研究方向展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 作者在学期间参与的科研项目