CN104579764A - 一种基于共享时隙池的数据链资源动态分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于共享时隙池的数据链资源动态分配方法，在数据链网络规划设计阶段为有需要的网络参与组建立若干个共享时隙池，在数据链网络运行过程中，每位用户将自己对时隙的额外需求周期性告知网络管理节点，网络管理节点根据全网时隙需求确定每位用户的实际可分配数量，然后从共享时隙池中取出时隙分配给对应的网络用户。当用户不在需要额外分配的时隙块时，就释放该时隙块并由网络管理节点归还给共享时隙池。本发明能够实现所有数据链网络用户以及不同数据链业务间共享时隙资源，使有限的数据链网络资源得以充分利用。

Description

一种基于共享时隙池的数据链资源动态分配方法

技术领域

本发明属于数据链***的总体、数据链网络组织、组网等相关的技术领域，尤其涉及到数据链网络规划管理和时隙资源动态调整的方法，直接应用于战术数据链***的设计与研制。

背景技术

目前，常用的数据链有Link 4(TADIL-C)、Link 11(TADIL-A)、Link 16(TADIL-J)和Link 22，工作频段主要包括了HF、UHF、Lx，接入方式主要包括频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和轮询。通常情况下在网络规划与设计阶段，时隙资源已经被分配给各个网络用户，然而在该阶段，用户数量和用户的时隙需求往往是无法预测的，另外在网络运行过程中，用户的时隙需求可能会发生变化，因此时隙资源静态分配方式无法满足瞬息万变的作战需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于共享时隙池的数据链资源动态分配方法，对数据链网络时隙资源进行再分配，提高***时隙资源的利用效率，并满足***用户的需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(a)在数据链网络设计规划阶段，根据预估的时隙额外需求及用户容量，在未占用的时隙集合上为每一个网络参与组建立共享时隙池；共享时隙池的设计原则包括：

(1)每个再分配时隙池只能与一个网络参与组有关；

(2)每个再分配时隙池只能发送与该再分配时隙池相关网络参与组的消息发送；

(3)单个网络参与组可以同时使用多个再分配时隙池；

(4)一个网络设计最多支持8个再分配时隙池；

(5)一个再分配时隙池可由多个时隙块组成；

(b)在数据链网络运行过程中，网络用户根据自身业务量的实时变化，估算出下一再分配周期内所需要的额外时隙数量其中，C表示报告周期T内的业务量；I表示业务信息容量，即一个业务要发送消息的个数；M表示时隙的消息容量，即包限制；T表示业务产生的报告周期；T^Z表示再分配周期；

(c)当网络用户实际的业务量已经超过其所占时隙所能发射的最大业务量时，该用户向网管节点发送时隙再分配消息，申请额外的时隙资源；时隙再分配消息包括再分配池号和时隙需求，其中时隙需求为请求在下一个再分配周期中分配的时隙数占再分配池时隙数的百分数；

(d)网管节点收到网络用户的时隙申请后，从共享时隙池中选择空闲时隙块，步骤如下：

1)获取网络参与组的共享时隙池总容量A及对应的时隙，并标记对应的时隙为空闲状态；

2)网管节点接收到数据链网络用户的时隙需求申请，查询空闲时隙块情况，若有足够的空闲时隙，进入步骤6)；若没有，进入步骤3)；

3)计算当前所有数据链网络用户的共享时隙池总需求量F＝F₁+F₂+...+F_n，F₁、F₂…F_n为各数据链网络用户在再分配周期内所需某个网络参与组的时隙数量；

4)计算共享时隙池的下降因子

5)按下降因子调整参与共享时隙池的数据链网络用户的时隙资源后，再为新申请的数据链网络用户分配实际分配的时隙数；分配时，根据网络用户的职责，确定优先级为网络管理用户、中继用户或一般网络用户，优先级高的用户其所需的时隙资源优先保证；具有同一优先级的用户，占用时隙资源比例小的用户，其所需的时隙资源需求优先保证；

6)为提出申请的数据链网络用户分配空闲的时隙，并标记该时隙为占用状态；

(e)网络用户收到网管节点回复的时隙再分配消息后，根据分配后的时隙块参数，提取出相应的时隙块供端机发射消息；

(f)当网络用户额外分配的时隙块处于空闲状态时，将该时隙块的参数通过时隙再分配消息发送至网管节点；网管节点将该时隙块标记为空闲状态。

本发明的有益效果是：在数据链网络规划设计阶段为有需要的网络参与组建立若干个共享时隙池，在数据链网络运行过程中，每位用户将自己对时隙的额外需求周期性告知网络管理节点，网络管理节点根据全网时隙需求确定每位用户的实际可分配数量，然后从共享时隙池中取出时隙分配给对应的网络用户。当用户不在需要额外分配的时隙块时，就释放该时隙块并由网络管理节点归还给共享时隙池。这样可以实现所有数据链网络用户以及不同数据链业务间共享时隙资源，使有限的数据链网络资源得以充分利用。

附图说明

图1是本发明的时隙再分配工作流程示意图；

图2是本发明的共享时隙池建立处理流程示意图；

图3是本发明的时隙需求分析处理流程示意图；

图4是本发明的时隙申请处理流程示意图；

图5是本发明的时隙资源分配处理流程示意图；

图6是本发明的时隙占用处理流程示意图；

图7是本发明的时隙释放处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

基于共享时隙池的数据链资源动态分配方法的设计步骤如下：

(a)在数据链网络设计规划阶段，根据预估的时隙额外需求及用户容量，在未占用的时隙集合上为每一个网络参与组建立共享时隙池。

(b)在数据链网络运行过程中，网络用户根据自身业务量的实时变化，估算出下一再分配周期内所需要的额外时隙数量。

(c)当网络用户实际的业务量已经超过其所占时隙所能发射的最大业务量时，该用户向网管节点发送时隙再分配消息，申请额外的时隙资源。

(d)网管节点收到网络用户的时隙申请后，从共享时隙池中选择合适的空闲时隙块，通过时隙再分配消息分配给该用户。

(e)网络用户收到网管节点回复的时隙再分配消息后，根据分配后的时隙块参数，提取出相应的时隙块供端机发射消息。

(f)当网络用户额外分配的时隙块处于空闲状态时，将该时隙块的参数通过时隙再分配消息发送至网管节点。网管节点将该时隙块标记为空闲状态。

参照图1，描述了基于共享时隙池的资源动态分配方法的整个操作流程，时隙再分配采用集中式动态调整处理机制，各参与共享时隙池的数据链网络用户自动按照规定的规则接入共享时隙池，并根据用户的需求向网管申请，接收网管的时隙分配并从再分配时隙池提取本用户所需占用的时隙。

参照图2，描述了在数据链网络设计阶段再分配时隙池的建立过程。共享时隙池的设计原则如下：

1.每个再分配时隙池只能与一个网络参与组有关；

2.每个再分配时隙池只能发送与该再分配时隙池相关网络参与组的消息发送；

3.单个网络参与组可以同时使用多个再分配时隙池；

4.一个网络设计最多支持8个再分配时隙池；

5.一个再分配时隙池可由多个时隙块组成。

再分配时隙池参数主要包括：

1.再分配时隙池号；

2.时隙块数；

3.时隙块参数1～N，其中必须包含的参数有：网络参与组类型、网号、段号、起始时隙号、重复率。

设计好的再分配时隙池参数包含在网络初始化数据文件中，随网络初始化时加载到各个网络用户中。网络用户开始工作后从初始化数据文件中读取相应共享时隙池的参数并存储，为后续的时隙再分配作准备。

参照图3，描述了网络用户时隙资源需求分析的过程。在实际工作中，数据链网络用户的业务量是在实时变化的，因此需要的时隙资源也在不断的变化中，因此需要实时计算出本用户在再分配周期内实际需发送的业务量，从而计算所需的时隙数量。网络用户的时隙资源需求受以下几个方面因素决定：

1.业务量

表示报告周期的某类业务的数量。所需时隙数随着业务量增大而增大。

2.业务消息量

业务消息量表示一个业务要发送消息的个数。业务消息量也会影响所需时隙数量。

3.消息容量，即时隙包格式限制

消息容量表示一个时隙能够最大发送消息的数量，它受时隙包格式的影响。

此外，由于业务的报告周期一般与时隙再分配周期不相同，需要将报告周期所需的时隙数量转换到时隙再分配周期所需的时隙数量。

根据时隙需求的影响因素和归一化处理，得出时隙需求分析的计算公式如下：

$S=\frac{C\×I}{M}\×\frac{T^Z}{T}$

S表示再分配周期(T^Z)内所需的时隙数量；

C表示报告周期T内的业务量；

I表示业务信息容量，就是一个业务要发送消息的个数，单位：消息/业务；

M表示时隙的消息容量，即包限制，单位：消息/时隙；

T表示业务产生的报告周期，单位：秒；

T^Z表示再分配周期，单位：秒。

参照图4，描述了网络用户申请额外时隙资源的过程。当数据链网络用户实际的业务量已经超过该成员所占时隙所能发射的最大业务量时，就需要向网管节点进行时隙申请，来保障该用户的数据业务增长的发射资源的需求。时隙申请采用时隙再分配消息，时隙再分配消息主要包括的参数如下：再分配池号和时隙需求。其中时隙需求为请求在下一个再分配周期中分配的时隙数占再分配池时隙的百分数。如果再分配池的时隙数为P，请求再分配池的时隙百分数为F％，那么，请求的时隙数为不大于P×F％的最小整数。

参照图5，描述了网管节点对再分配时隙资源申请的处理过程。网管根据数据链网络用户的时隙申请，从共享时隙池中选择合适的空闲时隙块。当参与共享时隙池的所有数据链网络用户的时隙资源超过共享时隙池时隙总数时，不能为新申请的数据链网络用户分配资源时，网管计算出共享时隙池的下降因子τ，按下降因子调整参与再分配池的数据链网络用户的时隙资源后，再为新申请的数据链网络用户分配实际分配的时隙数(按下降因子缩减后的时隙数)。

时隙再分配为网络用户的时隙资源进行动态调配，时隙再分配模型基本要素如下：

1.共享时隙池总容量

共享时隙池总容量在***网络设计阶段，根据预估的时隙需求设计了再分配周期的时隙总数量。

2.共享时隙池总需求量

共享时隙池总需求量时实时统计再分配周期内各数据链网络用户的时隙需求总数量。这个总需求量是动态变化的。

3.优先级策略

主要采用以下优先级管理策略进行时隙分配：

(1)根据网络用户的职责，可确定该用户的优先级，优先级高的用户其所需的时隙资源优先保证。

优先级由高至低的顺序为：网络管理用户、中继用户、一般网络用户。

(2)具有同一优先级的用户，占用时隙资源比例小的用户，其所需的时隙资源需求优先保证。

4.下降因子

当共享时隙池总需求量超过共享时隙池总容量时，则对各数据链网络用户分配的时隙数按照一个公共因子成比例减少，该公因数定义为下降因子。

共享时隙池总需求量的计算公式：

F＝Σ(F₁+F₂+...+F_n)

F₁、F₂、F_n为各数据链网络用户在再分配周期内所需某个网络参与组的时隙数量。

下降因子计算公式如下：

$\mathrm{\τ}=\frac{F}{A}$

τ表示下降因子；

F表示参与该共享时隙池的所有数据链网络用户的总需求；

A表示该共享时隙池设计的总容量。

算法步骤如下：

1.获取网络参与组的共享时隙池总容量A及对应的时隙，并标记对应的时隙为空闲状态；

2.接收到数据链网络用户的时隙需求申请，查询空闲时隙块情况，若有足够的空闲时隙，则转6)；若没有，表明共享时隙池的时隙已经不够用；

3.计算当前所有数据链网络用户的共享时隙池总需求量F；

4.计算下降因子τ；

5.调整已分配数据链网络用户的时隙(考虑优先级策略)，释放部分时隙；

6.为提出申请的数据链网络用户分配空闲的时隙，并标记该时隙为占用状态。

参照图6，描述了网络用户对申请到的时隙资源进行占用的过程。在完成时隙分配后，网络用户根据分配后的时隙块参数，提取出相应的时隙块供端机发射消息。时隙块参数主要包括：网络参与组类型、网号、段号、起始时隙号和重复率。

参照图7，描述了网络用户对申请到的时隙资源进行释放的过程。在每个再分配周期由于实际业务量发生减少，已分配的时隙块发生了空闲状况，需要对占用的时隙块进行释放操作。网络用户根据实际情况产生时隙释放控制参数，根据控制的时隙块参数，提取出相应的时隙块禁止设备发射消息。同时将释放的时隙块参数上报到管理中心网管，网管将该时隙块标记为空闲状态，释放后的时隙块可用于其它数据链网络用户的时隙需求。

以上所述仅为本发明的具体实例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内，这些基于本发明思想的修改和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于共享时隙池的数据链资源动态分配方法，其特征在于包括下述步骤：

(a)在数据链网络设计规划阶段，根据预估的时隙额外需求及用户容量，在未占用的时隙集合上为每一个网络参与组建立共享时隙池；共享时隙池的设计原则包括：

(1)每个再分配时隙池只能与一个网络参与组有关；

(2)每个再分配时隙池只能发送与该再分配时隙池相关网络参与组的消息发送；

(3)单个网络参与组可以同时使用多个再分配时隙池；

(4)一个网络设计最多支持8个再分配时隙池；

(5)一个再分配时隙池可由多个时隙块组成；

(b)在数据链网络运行过程中，网络用户根据自身业务量的实时变化，估算出下一再分配周期内所需要的额外时隙数量其中，C表示报告周期T内的业务量；I表示业务信息容量，即一个业务要发送消息的个数；M表示时隙的消息容量，即包限制；T表示业务产生的报告周期；T^Z表示再分配周期；

(c)当网络用户实际的业务量已经超过其所占时隙所能发射的最大业务量时，该用户向网管节点发送时隙再分配消息，申请额外的时隙资源；时隙再分配消息包括再分配池号和时隙需求，其中时隙需求为请求在下一个再分配周期中分配的时隙数占再分配池时隙数的百分数；

(d)网管节点收到网络用户的时隙申请后，从共享时隙池中选择空闲时隙块，步骤如下：

1)获取网络参与组的共享时隙池总容量A及对应的时隙，并标记对应的时隙为空闲状态；

2)网管节点接收到数据链网络用户的时隙需求申请，查询空闲时隙块情况，若有足够的空闲时隙，进入步骤6)；若没有，进入步骤3)；

3)计算当前所有数据链网络用户的共享时隙池总需求量F＝F₁+F₂+...+F_n，F₁、F₂…F_n为各数据链网络用户在再分配周期内所需某个网络参与组的时隙数量；

4)计算共享时隙池的下降因子

5)按下降因子调整参与共享时隙池的数据链网络用户的时隙资源后，再为新申请的数据链网络用户分配实际分配的时隙数；分配时，根据网络用户的职责，确定优先级为网络管理用户、中继用户或一般网络用户，优先级高的用户其所需的时隙资源优先保证；具有同一优先级的用户，占用时隙资源比例小的用户，其所需的时隙资源需求优先保证；

6)为提出申请的数据链网络用户分配空闲的时隙，并标记该时隙为占用状态；

(e)网络用户收到网管节点回复的时隙再分配消息后，根据分配后的时隙块参数，提取出相应的时隙块供端机发射消息；

(f)当网络用户额外分配的时隙块处于空闲状态时，将该时隙块的参数通过时隙再分配消息发送至网管节点；网管节点将该时隙块标记为空闲状态。