CFDAMA-PA衛星通信論文范文

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1用戶接入

1．1協議基本類型目前CFDAMA基本協議類型有CFDAMA－PA、CFDAMA－RA、CFDAMA－PB等幾種。CF-DAMA－PA的上下行鏈路幀結構和基本的CF-DAMA相同，不同的是協議中的每一個用戶在上行鏈路都有自己的預約請求時隙，系統將該時隙固定的分配給相應的用戶，用戶在這個固定的預約請求時隙中發出請求消息進行預約。CFDAMA－RA的上下行鏈路幀同樣與CFDAMA－PA協議類似，不同的是其控制部分的預約時隙不再是固定分配給用戶或者通過星上調度采用輪詢的方式進行分配，而是用戶終端通過競爭預約的方法來獲取預約請求時隙的位置。CFDAMA－PB的上行鏈路幀結構不同于前面兩種接入方式，如圖2。上行鏈路幀不再劃分為控制部分和數據部分，而是由一系列的數據信息時隙組成，數據信息時隙里面包含有按需分配時隙和自由分配時隙，它們隨機的被安排在上行鏈路幀中，每一個數據信息時隙都對應一個業務分組，各用戶的預約時隙請求信息附帶在相應業務分組上以捎帶的方式發送給星上集中調度器。

1．2性能分析CFDAMA基本接入方式能夠實現較好的時延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的將按需分配和自由分配結合在一起，采用固定預約時隙分配的形式來保證用戶接入的公平性和實際業務需求量，在信道負荷較低的時候，其平均時延和固定分配方式保持一致，在信道負荷逐漸增大和接入用戶數變化較大時，存在資源利用率下降的問題。CFDAMA－RA在低信道負荷時由于采用的競爭方式進行接入，對信道利用率更高，但對于用戶接入的公平性卻不能保證，并且存在接入過程中的碰撞，在高信道負荷時碰撞概率逐漸增大，平均時延性能也急劇下降。CFDAMA－PB通過對上行數據幀結構的改進，減小了用戶發送預約時隙請求的間隔時間，但隨著信道負荷的增大，某些用戶會因為其他用戶預約請求的資源占用導致無法發出預約時隙請求，同樣不能保證接入的公平性。因此，如何保證用戶的接入時延和接入過程中的公平性，成為本文的一個研究重點。

2CFDAMA－PRI

2．1CFDAMA－PR由于當前網絡數據業務大多突發性較強并且業務類型呈現多樣性，抽象出來這類數據業務流通常用ON－OFF信源模型來表示［5］。而在此信源模型的情況下，數據業務具有很強的突發特性，用戶的預約時隙請求也帶有很強的隨機性和不確定性。基本的CFDAMA接入方式此時由于多次請求造成的再分配策略和預約請求的沖突概率增大，在信道負荷較高和接入用戶數逐漸增大時，其性能受到明顯的影響。CFDAMA－PR協議在用戶時隙申請階段對發送隊列的堆積狀況進行判斷，比較當前時刻和上一時刻發送隊列中數據分組的差值Δ，如果Δ＞0表示當前發送隊列有數據包的堆積，則通過加權的方式向星上調度器發送更多的預約時隙請求［6］。該協議的好處在于實際應用中可以根據用戶發送隊列的堆積情況獲得更多的分配時隙，能在突發數據分組到來情況下實時的將新的數據分組發送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基礎上提出了基于用戶優先級排序的改進協議CFDAMA－PRI，優化星上調度算法，進一步保證接入的時延性能和接入的公平性。

2．2用戶優先級排序在對CFDAMA－PRI優先級排序的詳細描述過程中，設置如下的參數。在衛星收到上行鏈路幀之后，進入星上處理的優先級排序階段。資源調度器的按需分配表如表1所示，每個預約用戶都含有優先級條目，衛星在收到上行幀之后，首先獲取每個用戶的預約時隙數，按照從高到低的順序對用戶進行排序并設置優先級號prinumber_i，優先級號越小代表當前用戶申請的預約時隙數越多，然后根據優先級號從小到大的順序依次將用戶ID填入按需分配表中，因為有預約時隙申請并且foreslots_i＞0的用戶排在按需分配表的前端，所以由表1可以看出，a≤k。如果frame_slotsremain＞0，代表當前還有剩余時隙可供自由分配，此時資源調度器實施按需分配方式，將已經分配過的用戶從按需分配表中刪除，同時在自由分配表中將該用戶移到表的尾端，按需分配完成之后，資源調度器為自由分配表中的用戶輪詢分配剩余時隙，直到將剩余時隙分配完。由于按需分配中用戶的優先級設置，有預約時隙申請的用戶在自由分配表的尾端仍然是按照優先級號從小到大的順序進行排列，這樣可以保證在輪詢的過程中時隙需求量大的用戶仍然可以得到更高的時隙分配權。CFDAMA－PRI的下行幀同樣分為控制部分和數據部分，如圖3所示，資源調度器根據按需分配表中各個用戶優先級號從小到大的順序將響應信息填入相應的時隙中。當用戶收到下行鏈路幀時，時隙請求量越大的用戶就能越快的獲取衛星的分配時隙。

3仿真分析

本文采用OPNET仿真平臺［7］，將基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改進的CFDAMA－PRI進行對比仿真。具體的仿真參數設置如表2所示。對信道負荷固定但用戶數目變化條件下的仿真結果進行分析，目的是為了得出CFDAMA－PRI的時延性能和在用戶接入公平性方面的優越性。選取信道負荷為0．8，用戶數目依次為5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的預約時隙數為20，得到的仿真結果如圖5、圖6所示。由仿真結果可以看出，當系統中用戶數不斷增大時，由于CFDAMA－PA在一個鏈路幀中僅使用了一部分時隙用作預約請求時隙點，那么更多有請求的用戶就無法通過預約時隙點接入鏈路幀，加之信道負荷較大，突發數據強，用戶申請時隙的不確定性也大。如果增大預約請求時隙數的比例也會以犧牲數據時隙為代價，平均時延和隊列的分組累積同樣會增加。CFDAMA－PRI則采用CFDAMA－PR對信源突發數據分組的計算方法，并使用優先級排序的方法對時隙需求量大的用戶給予更高的時隙分配權，確保了用戶的可接入次數，降低了時延，提高了接入公平性。

4結語

本文分析了寬帶衛星通信系統中的CFDAMA接入協議，闡述其原理，分析了CFDAMA相關協議的優缺點，在CFDAMA－PR協議的基礎上提出了用戶優先級排序的改進協議CFDAMA－PRI，以適應當前突發性較強的數據業務流。該協議通過優先級排序的算法，在星上調度的過程中讓時隙需求量越大的用戶獲得更高的時隙分配優先權和更快的接入過程，優化了整個處理流程。最后，在OPNET仿真平臺下選擇突發信源模型下進行對比仿真測試，測試結果表明CFDAMA－PRI協議在突發增強、信道負荷加大的情況下能很好的控制平均時延和隊列分組累計數，具有更好的性能表現，在今后的實際應用中也具備良好的可操作性。

作者：郭爽曹寶劉心迪單位：中國電子科技集團公司第三十研究所