徐达峰，杨建波，刘 鹏

（空军航空大学 吉林 长春 130022）

随着高技术战争作战模式的推广，战场电磁环境变得越来越复杂，战场态势也随之会发生骤变，对于TTNT数据链而言，采用Link 16数据链的竞争接入模式并不能满足美军的作战需求[1]。因此TTNT借鉴了载波监侦听多路访问（CSMA）协议的运行模式，在此基础上进行了改进，形成了一种新的协议，即基于统计优先级的多路访问（SPMA）接入方式[2-3]。

1 技术机理

空闲状态；如果此时未超时，系统会立刻检查信道的占用情况，如果信道占用超过了对应优先级的门槛，那么分组就会进入退避等待状态，直到退避结束或是具有更高优先级的分组进入队列之中。如果此时信道允许发送分组，那么系统就会自动从队列中移除分组，同时将分组以最高优先级的状态进行传输。在传输结束之后，再次进行队列检查以判断是否还有待发送的分组存在，如果分组还存在，那么就对其进行判断，如果没有分组则回到初始空闲状态。

SPMA通过对各个信道的数据流量进行基于优先级的动态调控，使得所有消息数据可以进行快速高效地传输[4]，其结构如图1所示。在SPMA模块中，内部进行了8个优先级的划分，根据输入数据的优先等级，自动选择不同的线路进行传输，使得高优先级的数据可以在第一时间进行传输与发送，从而为美军作战指挥提供了快速的可靠性保证。

SPMA的状态转移过程如图2所示。假设某时刻信道处于初始空闲状态，此时有分组进入到队列之中，系统会立即检查队列中所有具有最高优先级的分组是否超时：如果已经处于超时状态，系统会自动将分组从队列中移除，之后进行二次检查以判断队列中是否还有待发送的分组存在，如果分组还存在，那么就对其进行判断，如果没有分组则回到初始

2 核心参数

从参数的用途来说，SPMA模块的核心参数可以分为两大类：门限参数与速率参数。门限参数是指对各个优先级门限的选择以及当前网络的负载状况有影响的参数；速率参数是指根据当前网络的占用情况来确定的影响传输速率的参数。参数说明具体如表1所示。

3 退避机制

若进入队列的分组消息因信道占用无法进行消息传输，此时消息就会自动进入退避流程。SPMA的退避是在计算网络负载参数NETPPS的基础上，通过各参量之间的关系确定退避率SBR后，自动设定退避时间，完成退避。可以利用分布式网络感知技术 （DNA，Distributed Network Awareness）对NETPPS进行计算，各个作战成员之间通过广播DNA报文来交换网络的负载情况。DNA报文格式如表2所示。

图1 SPMA结构框图Fig.1 The structure diagram of SPMA

图2 SPMA的状态转移过程图Fig.2 The state transition diagram of SPMA

评估NETPPS的具体过程如图3所示。

从上述流程可以得出：

NetTxPulses=Max{接收的 NetPulses，接收的 TxPulses，自身的 TxPulses} （1）

故SBR可以表示为：

在确定SBR的过程中，需要根据退避前消息目的平台与发送平台之间的距离对应的传输速率Data_Rate，找出相应的数据率因子×Data_Rate_Factor，最终计算得到SBR参数[5]。距离、传输速率、数据率因子的对应关系如表3所示。

表1 参数说明Tab.1 Parameter description

4 协议仿真

4.1 数据传输与优先级N的关系

从TTNT的16个频率点中选出8个频率点作为信息载频，并记为 fi（i=1，2，3，4，5，6，7，8），定义 fi与 优先级 Ni（i=1，2，3，4，5，6，7，8）之间的映射关系为：载频 fi是的信息对应的优先级数为Ni=i（定义N8=8是最高优先级别）。在其他参数均确定的情况下，对8个不同优先等级的数据进行传输，得到的仿真结果如图4、5所示。

图4中假设此时8个信道全部可以用来进行信息的传输，信道号越大表示传输优先级越高（即传输速率越快），最终载频为f8的信息（优先级N=8）在信道中所用的发送时间最少，而优先级最低的载频为f1的信息所用的发送时间最长。这一结果很好地验证了SPMA协议的可行性，与预期结果相符合。

表2 DNA报文Tab.2 DNA message

图3 NETPPS评估流程图Fig.3 The flow chart of appraisal NETPPS

表3 距离、传输速率、数据率因子对应关系Tab.3 The correspondences of distance，transm ission rate and data rate factor

图4 数据传输与优先级N的关系Fig.4 The relationship between data transmission and priority N

图5的假设前提是此时只有一个通信信道，最终载频为f8的信息（优先级N=8）最先被信道传送出去，而优先级最低的载频为f1的信息最后被发送。这一结果也表明，SPMA协议对同时进入该信道的由8个不同优先级组成的混合信息进行了优先级划分，并按照信息的优先顺序对混合信息进行了传输，突出了“有用信息优先传输”这一原则，达到了预期的效果。

4.2 退避率SBR与优先级N的关系

图5 数据传输与优先级N的关系Fig.5 The relationship between data transmission and priority N

假设在最大网络传输率MNTR、最大门限比例MTP、优先级比例间隔PPI、最大用户传输速率MTTR、优先级最小传输脉冲数MPTPC、数据率因子等参数确定的情况下，对不同优先级N下的SBR进行了仿真，结果如图6~8所示。

从图6、图7中可以看出，随着NETPPS的增加，SBR的走势呈现阶梯状：在NETPPS超过门限Threshold之前，增加缓慢，趋近于零；超过门限值以后，急剧增大；在优先级传输速率PTR降到MPTPC后，就以MPTPC进行传输，收敛于200 ms左右。此外，当优先级N越小时，SBR在NETPPS较小时就会出现急剧增大的情况。从图8中可以看出，在NETPPS参量固定的情况下，SBR会随着优先级N的减小而呈现上升趋势，说明本退避机制有效地对不同等级的数据分组进行了不同SBR的处理，优先级越低的分组SBR越长。仿真结果与预期相符合。

5 结束语

图6 各优先级下退避率与优先级关系图Fig.6 The relationship between SPMA Back-off Rate and priority under all priorities

图7 各优先级下退避率与优先级关系图Fig.7 The relationship between SPMA Back-off Rate and priority under all priorities

从上述分析可以看出，TTNT数据链使用了与Link 16数据链不同的接入模式，可以更好地对高优先级数据进行优先发送，保证了消息的快速传输，从而很好地弥补了Link 16数据链的不足[6]。但是，对TTNT数据链其他层的构建也非常重要，还需要继续深入的研究。通过对TTNT数据链认识的不断深入，可以更好地推动部队的技术变革与我军战场数据链的发展建设，为打赢信息化战争做好更充足的准备[7]。

图8 同一优先级下退避率与优先级关系图Fig.8 The relationship between SPMA Back-off Rate and priority under the same priority

[1]梅文华，蔡善法.JTIDS/Link 16数据链[M].北京:国防工业出版社，2007.

[2]陈志辉，李大双.对美军下一代数据链TTNT技术的分析与探讨[J].通信技术，2011（5）:76-79.CHEN Zhi-hui，LI Da-shuang.The analysis and discussion about U.S.army’s next generation data link technology on TTNT[J].Communication Technology，2011（5）:76-79.

[3]孟永强，王丽欣.TTNT数据链研究[J].飞航导弹，2014（7）:76-81.MENG Yong-qiang，WANG Li-xin.The research on TTNT data link[J].Journal of Winged Missiles，2014（7）:76-81.

[4]Stephen M.Clare，Kelli A.Hoback，Scott J.F.Zogg.Statistical Priority-based Multiple Access system and method[J].U.S，7680077，2010-03-16.

[5]Donald L Mills，Sai-Ming Chan.Method and architecture for TTNT symbol rate scaling modes[J].U.S7839900，2010-11-23.

[6]叶礼邦，付海波.美军战术目标瞄准网络技术分析与启示[J].飞航导弹，2014（8）:30-34.YE Li-bang，FU Hai-bo.The analysis and enlightenment of U.S.Army’s Tactical Targeting Network Technology[J].Journal of Winged Missiles，2014（8）:30-34.

[7]苏同领.探索美军新型机载数据链的新发展[J].外军信息战，2013（2）:45-48.SU Tong-ling.The exploration to the new development of U.S.Army’s new type airborne data link[J].Foreign Information War，2013（2）:45-48.