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【书籍阅读】无人机集群无线自组织网络

军事航空消息

军事航空通信中，传输的信息大致可分为两种:
一是对时延要求为毫秒级的作战指令、武器控制信息，这类信息数量少,对时效性和可靠性要求非常高
二是对时延要求为10 ms级甚至100 ms级的态势信息，与第一类信息战术相比，数量非常大，对吞吐量的要求比对可靠性的要求还要高

TTNT数据链

战术瞄准网络技术(Tactical Targeting Network Technology,TTNT)系统是美军下一代数据链系统，是航空自组网的关键技术，主要面向第一类信息进行传输。
为作战单元提供战术定位、瞄准和再瞄准能力，对短暂停留的机动目标给予快速定位和精确打击。
其构想是在目标探测、识别、瞄准、打击和确认摧毁的全过程中，利用数据链网络环境提供及时有效的数据、图像和话音信息，同时使打击附带的毁伤最小

SPMA协议

TTNT数据链信道接入控制协议采用统计优先级多址(SPMA)接入协议。
目标是要建立一个低时延和高可靠性的通信机制。
由于国外公开资料较少，暂时还不清楚它的具体实现方法。
国内对SPMA的认识主要来源于文献。
根据文献，SPMA协议的工作流程如图所示。
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SPMA协议可以看作是CSMA协议在扩频通信里的一种扩展。
在CSMA协议中,信道具有“忙”和“空闲”两种状态。
网络中的节点监听信道，当有分组需要发送,且信道空闲并恰好时，分组就被发送。
如果信道被占用，节点就会根据预设的退避算法进行退避，退避结束后，再尝试发送。
在这一点上，SPMA协议和CSMA协议是相似的。
SPMA协议考虑到机载通信业务量的不断增加，不同移动节点发生碰撞的概率也随之增大，以至于影响了吞吐量、分组成功传输概率等网络性能。
所以SPMA协议在信道监听时，比较的是优先级而不是简单的“忙”或“空闲”。
SPMA协议通过MAC层与物理层进行交互，采用滑动平均统计的方法统计信道忙闲程度，并与不同优先级业务所设定的忙闲阈值相比较，当信道的忙闲程度小于阈值时，分组可以接入信道，否则执行退避算法。
SPMA协议由8个优先级队列、优先级竞争回退窗口、优先级门限、信道占用统计量、收发天线及相应的分布式控制算法组成。
现阶段SPMA协议达到的主要性能指标如下

  1. 系统规模：可容纳的用户数为200~2 000个
  2. 系统容量：总传输速率 > 10 Mb/s;
  3. 传输速率：2 Mb/s(传输距离<185 km),500 kb/s(185 km≤传输距离<370 km),220 kb/s(370 km≤传输距离<555 km);
  4. 传输时延：小于2 ms(传输距离<185 km),小于6 ms(185 km≤传输距离<370 km),小于30 ms(370 km≤传输距离<555 km);
  5. 入网时间：新注册的平台在5 s内进入网络;
  6. 成功传输概率：最高优先级的信息成功传输概率大于99%。

以CSMA、SPMA为代表的竞争式随机接入协议具有较好的实时性，支持快速动态组网，同时可实现较低的端到端时延，其优势是显而易见的。但由于它们均采用竞争机制,不可避免地会产生分组的碰撞和冲突。在负载较重，尤其是像“蜂群”这种应用场景下，竞争式的接入协议难以保证网络的服务质量和系统的稳定性。

基于预留的信道接入协议可以以动态或静态的方式为每个节点分配一定的时隙资源，节点可不受干扰地独享时隙资源,对于保证接入的公平性和较低时延具有一定的优势。
在确定的网络规模下,网络时延、吞吐量比较稳定。
因此，尽管竞争式的接入协议目前在无线自组织网络领域占据主导地位，基于预留的信道接入协议还是有比较良好的发展和应用前景的。