無線雙通道網(wǎng)絡(luò)話音業(yè)務(wù)信道接入性能分析*

杜傳報(bào),全厚德,唐友喜,崔佩璋,鄭保明

(1.軍械工程學(xué)院信息工程系，石家莊　050003；2.電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都　610054；3.總裝通保部采購中心，北京　100000)

無線雙通道網(wǎng)絡(luò)話音業(yè)務(wù)信道接入性能分析*

杜傳報(bào)**1,全厚德1,唐友喜2,崔佩璋1,鄭保明3

(1.軍械工程學(xué)院信息工程系，石家莊050003；2.電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610054；3.總裝通保部采購中心，北京100000)

無線雙通道網(wǎng)絡(luò)能夠有效解決戰(zhàn)術(shù)環(huán)境下碼分組網(wǎng)數(shù)目過小造成的碼分資源浪費(fèi)問題。混合業(yè)務(wù)傳輸環(huán)境下,實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)信道接入性能是衡量無線雙通道網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。通過使用一種理想的固定時(shí)分信道帶寬分配方案,在保障話音業(yè)務(wù)傳輸實(shí)時(shí)性的條件下,分別從單跳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜投嗵W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)給出了雙通道網(wǎng)絡(luò)可用信道數(shù)目。使用基于優(yōu)先權(quán)的混合業(yè)務(wù)多服務(wù)臺(tái)離散時(shí)間排隊(duì)模型分析了雙通道網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)平均數(shù)目、呼叫阻塞概率、平均網(wǎng)絡(luò)吞吐量和信道利用率等性能。數(shù)值計(jì)算結(jié)果證明:相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),雙通道網(wǎng)絡(luò)在混合業(yè)務(wù)高負(fù)載條件下能夠容納更多的話音業(yè)務(wù)并具有更低的呼叫阻塞概率。

雙通道網(wǎng)絡(luò);碼分資源;話音業(yè)務(wù);信道接入;阻塞概率;網(wǎng)絡(luò)吞吐量

引用格式:杜傳報(bào)，全厚德，唐友喜，等.無線雙通道網(wǎng)絡(luò)話音業(yè)務(wù)信道接入性能分析[J].電訊技術(shù)，2016，56(3)：252-258.[DU Chuanbao，QUAN Houde，TANG Youxi，et a1.Channe1 access Performance ana1ysis of voice services in wire1ess dua1-channe1 networks[J].Te1ecommunication Engineering，2016，56(3)：252-258.]

1　引 言

初級(jí)戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)主要使用碼分組網(wǎng)方式劃分群網(wǎng)內(nèi)部子網(wǎng)[1]。由于實(shí)際組建子網(wǎng)數(shù)目通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論組網(wǎng)容量(正交同步組網(wǎng)理論容量等于跳頻頻率集數(shù)目)，大部分跳頻序列空閑未被利用，造成網(wǎng)絡(luò)碼分資源嚴(yán)重浪費(fèi)[2]。針對(duì)某型電臺(tái)設(shè)計(jì)的無線雙通道網(wǎng)絡(luò)采用由控制通道和數(shù)據(jù)通道構(gòu)成的雙通道結(jié)構(gòu)，分配給每個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通道均能夠獨(dú)自使用一條跳頻序列。在高業(yè)務(wù)負(fù)載條件下，雙通道網(wǎng)絡(luò)能夠充分利用跳頻序列集，減小碼分資源浪費(fèi)。

實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是戰(zhàn)術(shù)環(huán)境下的主要業(yè)務(wù)類型。當(dāng)混合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，保障話音業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性和服務(wù)質(zhì)量(Qua1ity of Service，QoS)是衡量無線雙通道網(wǎng)絡(luò)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。無線ad hoc網(wǎng)絡(luò)由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性、信道資源有限等特性，其語音分組實(shí)時(shí)性和低時(shí)延等QoS質(zhì)量需要設(shè)計(jì)特有的具有語音QoS保障機(jī)制的信道接入?yún)f(xié)議完成。文獻(xiàn)[3-4]使用連續(xù)時(shí)間擬生滅過程分析混合業(yè)務(wù)排隊(duì)模型，文獻(xiàn)[5]基于IEEE802. 11b分布式協(xié)議研究了無線自組網(wǎng)的實(shí)時(shí)語音業(yè)務(wù)質(zhì)量，文獻(xiàn)[6]針對(duì)無線ad hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了支持語音/數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的信道接入?yún)f(xié)議，文獻(xiàn)[7-8]給出了無線ad hoc網(wǎng)絡(luò)使用不同路由協(xié)議時(shí)語音業(yè)務(wù)的性能評(píng)估。上述研究主要是使用連續(xù)擬生滅過程、基于Markov鏈方法、隨機(jī)性排隊(duì)理論和排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)等方法得到系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)概率分布，進(jìn)而求解語音業(yè)務(wù)接入性能解析式。因?yàn)殡p通道網(wǎng)絡(luò)基于時(shí)隙同步，需要使用基于離散時(shí)間的混合業(yè)務(wù)排隊(duì)模型。

本文通過使用一種理想的固定時(shí)分信道帶寬分配方案給出雙通道網(wǎng)絡(luò)在保障語音實(shí)時(shí)性前提下的可用信道數(shù)目，并使用基于優(yōu)先權(quán)的混合業(yè)務(wù)多服務(wù)臺(tái)離散時(shí)間排隊(duì)模型求得網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)概率分布，進(jìn)而得到話音業(yè)務(wù)性能指標(biāo)解析表達(dá)式。數(shù)值結(jié)果驗(yàn)證了雙通道網(wǎng)絡(luò)具有比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更為優(yōu)越的話音業(yè)務(wù)容量和更低的話音業(yè)務(wù)阻塞概率。

2　無線雙通道網(wǎng)絡(luò)

戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)中群網(wǎng)內(nèi)部的子網(wǎng)區(qū)分通常使用碼分組網(wǎng)方式，其使用的跳頻序列本質(zhì)是時(shí)頻序列，代表的時(shí)頻資源稱為碼分資源。以正交同步組網(wǎng)為例，實(shí)際使用的子網(wǎng)數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可用的正交跳頻序列數(shù)目，造成碼分資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。如圖1所示，群網(wǎng)1頻率集為{f0，f1，f2，…，fn-1}，頻率集數(shù)目為n，組網(wǎng)容量為n，子網(wǎng)數(shù)目為m，序列m+1～m為空閑碼分資源。

圖1　空閑碼分資源示意圖Fig.1 The id1e code resource

雙通道網(wǎng)絡(luò)[9]使用由控制通道和數(shù)據(jù)通道構(gòu)成的雙通道結(jié)構(gòu)，網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)通過單收發(fā)機(jī)動(dòng)態(tài)切換實(shí)現(xiàn)控制通道和數(shù)據(jù)通道間的通道轉(zhuǎn)換。網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)在控制通道上傳輸管理控制信息，有業(yè)務(wù)需求的源目節(jié)點(diǎn)沿路由構(gòu)建一條數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的數(shù)據(jù)通道數(shù)目由業(yè)務(wù)數(shù)目決定?？刂仆ǖ篮蛿?shù)據(jù)通道均使用不同跳頻序列，節(jié)點(diǎn)通過動(dòng)態(tài)切換收發(fā)機(jī)實(shí)現(xiàn)不同跳頻序列的使用。

傳統(tǒng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)(設(shè)子網(wǎng)數(shù)目為1)內(nèi)多業(yè)務(wù)間競爭的是同一跳頻序列對(duì)應(yīng)的頻率資源，隨業(yè)務(wù)數(shù)目增加，單業(yè)務(wù)得到的信道資源快速下降，網(wǎng)絡(luò)會(huì)出現(xiàn)過載現(xiàn)象，但組網(wǎng)過程中剩余的碼分資源仍處于浪費(fèi)狀態(tài)。正交同步組網(wǎng)時(shí)，雙通道網(wǎng)絡(luò)每條業(yè)務(wù)使用一條跳頻序列，業(yè)務(wù)數(shù)目增加不會(huì)影響單業(yè)務(wù)傳輸性能，進(jìn)而提高業(yè)務(wù)傳輸效率。但非正交同步組網(wǎng)時(shí)，由于序列非正交性，隨業(yè)務(wù)數(shù)目增加會(huì)產(chǎn)生更多碰撞頻點(diǎn)，降低單業(yè)務(wù)傳輸性能。因?yàn)殡p通道網(wǎng)絡(luò)基于時(shí)隙同步，正交跳頻序列容易實(shí)現(xiàn)，本文僅考慮正交同步組網(wǎng)方式下的業(yè)務(wù)接入性能。

3　雙通道網(wǎng)絡(luò)話音接入性能分析

3.1固定時(shí)分信道帶寬分配方案

多業(yè)務(wù)接入本質(zhì)上是指多個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)競爭相同信道資源以獲得數(shù)據(jù)分組發(fā)送的權(quán)限，通過設(shè)計(jì)合理的信道接入?yún)f(xié)議實(shí)現(xiàn)信道資源的最優(yōu)化分配。為簡便起見，假設(shè)雙通道網(wǎng)絡(luò)使用一種理想時(shí)分信道帶寬固定分配方案，節(jié)點(diǎn)不存在分組碰撞沖突問題。假設(shè)超短波頻段信道帶寬為N，系統(tǒng)首要保障實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)，以話音業(yè)務(wù)帶寬M為單位信道大小，故可用于業(yè)務(wù)分配的信道數(shù)目為N/M。借鑒時(shí)分復(fù)用思想，我們將幀作為單位時(shí)隙，幀由多個(gè)分組構(gòu)成，單位幀長表示信道可用帶寬N，幀內(nèi)分組數(shù)目按照特定比例劃分為可用信道，則單位信道帶寬在時(shí)間軸上看作是由一定數(shù)目的分組構(gòu)成，幀內(nèi)分組按照一定規(guī)則固定分配給各信道。

3.2可用信道數(shù)目

正交同步組網(wǎng)方式下，設(shè)每條跳頻序列對(duì)應(yīng)的信道帶寬為N。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分為數(shù)據(jù)信息和控制信息，以話音業(yè)務(wù)帶寬為例，其數(shù)據(jù)信息和控制信息所占帶寬分別為Md和Mc。雙通道網(wǎng)絡(luò)所有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的控制信息均使用控制通道傳輸，其數(shù)據(jù)信息部分分別在不同的數(shù)據(jù)通道中傳輸。為簡便起見，非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬分配和話音業(yè)務(wù)相同。

單跳雙通道網(wǎng)絡(luò)是全連通網(wǎng)絡(luò)，不存在中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，控制通道信道帶寬為N。因此，設(shè)雙通道網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)目為Numtask，則有Numtask≤?N/Mc」，?N/Mc」表示雙通道網(wǎng)絡(luò)的可用信道數(shù)目，其上限取決于雙通道網(wǎng)絡(luò)控制通道信道帶寬和業(yè)務(wù)控制信息所占帶寬的比值。由于單跳傳統(tǒng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的所有業(yè)務(wù)均使用同一條跳頻序列，故其可用信道數(shù)目為?N/(Mc+Md)」。

多跳雙通道網(wǎng)絡(luò)存在的流內(nèi)干擾問題是分析多跳ad hoc網(wǎng)絡(luò)和單跳ad hoc網(wǎng)絡(luò)端到端可用帶寬的主要區(qū)別，流內(nèi)干擾本質(zhì)是指路徑上鄰跳節(jié)點(diǎn)對(duì)相同信道資源的競爭使用。本方案采用學(xué)者普遍使用的理想分組調(diào)度模型[10]，即路徑上的鏈路間分組傳輸同步，鏈路間無分組碰撞。理想分組調(diào)度模型給出的是端到端可用帶寬的理論上限，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中由于鏈路間分組碰撞等緣故會(huì)低于理論值。圖2為理想分組調(diào)度模型示意圖。由圖可知，理想分組調(diào)度模型中，多跳路徑的端到端可用帶寬為單鏈路信道可用帶寬與競爭鏈路數(shù)目之比。當(dāng)路徑長度小于4時(shí)，競爭鏈路數(shù)目減小，端到端可用帶寬增加。故路徑長度為nhoP時(shí)，端到端可用帶寬WB表達(dá)式[11]為

結(jié)合式(1)，類似單跳網(wǎng)絡(luò)，?WB/Mc」表示多跳雙通道網(wǎng)絡(luò)的可用信道數(shù)目，多跳傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可用信道數(shù)目有WB/(Mc+Md)」。

圖2　理想分組調(diào)度模型Fig.2 The idea1 Packet schedu1e mode1

3.3話音業(yè)務(wù)信道接入性能分析

本節(jié)使用基于業(yè)務(wù)優(yōu)先權(quán)的信道預(yù)留方案[12]保障話音業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性。設(shè)系統(tǒng)有兩類業(yè)務(wù)：第一類是非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；第二類是實(shí)時(shí)性話音業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)首先滿足話音業(yè)務(wù)優(yōu)先接入，當(dāng)總業(yè)務(wù)數(shù)目小于可用信道數(shù)目，優(yōu)先滿足話音業(yè)務(wù)接入；其次是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入，當(dāng)總業(yè)務(wù)數(shù)目等于可用信道數(shù)目時(shí)，將某數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中斷放入緩存排隊(duì)等待接入，接入話音業(yè)務(wù)，設(shè)緩沖為無限長buffer；當(dāng)所有話音數(shù)目等于可用信道數(shù)目時(shí)，網(wǎng)絡(luò)滿載，阻塞請(qǐng)求接入的任何業(yè)務(wù)；當(dāng)總業(yè)務(wù)數(shù)目等于可用信道數(shù)目時(shí)，請(qǐng)求接入的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均放入緩存排隊(duì)等待接入。圖3為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先接入機(jī)制示意。

圖3　網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先接入機(jī)制示意Fig.3 The Priority access mechanism for the wire1ess network

3.3.1二維狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣P

網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)接入使用基于業(yè)務(wù)優(yōu)先接入的混合業(yè)務(wù)多服務(wù)臺(tái)早到系統(tǒng)離散時(shí)間排隊(duì)模型[12]。該模型為早到系統(tǒng)，業(yè)務(wù)接入只能在時(shí)隙開始時(shí)刻進(jìn)入，業(yè)務(wù)離開只能在時(shí)隙結(jié)束時(shí)刻離開。假設(shè)雙通道網(wǎng)絡(luò)有Numch個(gè)信道供混合業(yè)務(wù)同時(shí)接入，并且第i類業(yè)務(wù)到達(dá)發(fā)送窗口的時(shí)間間隔分布服從參數(shù)為業(yè)務(wù)到達(dá)速率λi的幾何分布，業(yè)務(wù)服務(wù)時(shí)間(業(yè)務(wù)離開速率倒數(shù))服從參數(shù)為業(yè)務(wù)離開速率μi的幾何分布，即P{T=k}=λi，P{S=k}=μi，k=1，2，3…；i=1，2。

3.3.2系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)概率分布

當(dāng)系統(tǒng)處于某穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，據(jù)矩陣P可知，{Task1(n)，Task2(n)，n＞0}的穩(wěn)態(tài)極限使用{Task1，

3.3.3系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)

本節(jié)僅關(guān)注實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)信道接入性能。當(dāng)系統(tǒng)平衡時(shí)，雙通道網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)的平穩(wěn)概率分布為

雙通道網(wǎng)絡(luò)中傳輸話音業(yè)務(wù)的平均數(shù)目Numtask2為

話音業(yè)務(wù)的阻塞概率Pb1ock為

話音業(yè)務(wù)的平均網(wǎng)絡(luò)吞吐量Tvoice為

話音業(yè)務(wù)的信道利用率U為

4　數(shù)值計(jì)算

本節(jié)基于現(xiàn)役超短波跳頻電臺(tái)組網(wǎng)主要參數(shù)配置，使用MATLAB軟件對(duì)4種網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)接入性能數(shù)值計(jì)算。

假設(shè)網(wǎng)絡(luò)使用超短波頻段30～87.975 MHz，信道帶寬N=64 kb/s，跳頻頻率數(shù)目256，跳速1 000 hoP/s，數(shù)據(jù)分組大小SdP=128字節(jié)，控制分組大小ScP=128 b。設(shè)話音業(yè)務(wù)帶寬M=2 400 b/s，非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)帶寬與其相同，其中業(yè)務(wù)中的數(shù)據(jù)信息所占帶寬Md=2 160 b/s，控制開銷所占帶寬Mc=240 b/s。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)使用相同跳頻序列，在單跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)條件下可用信道數(shù)目為Numchst=?N/M」=26。雙通道網(wǎng)絡(luò)的控制通道和數(shù)據(jù)通道均使用不同的跳頻序列，其信道帶寬均為N，其可用信道數(shù)目受限于控制通道最大能夠傳輸?shù)目刂菩畔?shù)目，其Numchsd=?N/Mc」=266。設(shè)幀為時(shí)隙單位，幀長Ts=1 s，每個(gè)幀內(nèi)的分組使用固定分配方式以保證業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量。多跳拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，設(shè)業(yè)務(wù)平均路徑為3跳，則依據(jù)式(1)可知，信道帶寬為N/3=21 kb/s。根據(jù)單跳拓?fù)錀l件下各網(wǎng)絡(luò)的可用信道數(shù)目可知，多跳傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可用信道數(shù)目為Numchmt=?N/M」=8，多跳雙通道網(wǎng)絡(luò)可用信道數(shù)目為Numchmd=?N/Mc」=85。業(yè)務(wù)到達(dá)速率是指單位時(shí)隙開始時(shí)刻進(jìn)入的業(yè)務(wù)數(shù)目占可用信道數(shù)目的比值，有λ2=5λ1。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的平均持續(xù)時(shí)長為200 s，語音業(yè)務(wù)平均持續(xù)時(shí)長為100 s。

4.1話音業(yè)務(wù)平均數(shù)目vs.到達(dá)速率

圖4是話音業(yè)務(wù)平均數(shù)目隨話音業(yè)務(wù)到達(dá)速率的變化曲線圖。由圖可知，單跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)條件下話音業(yè)務(wù)平均數(shù)目明顯多于多跳拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這是由于多跳路徑為了避免路徑內(nèi)干擾使用時(shí)分機(jī)制傳輸分組造成可用信道數(shù)目減小所產(chǎn)生。其次，雙通道網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)平均數(shù)目隨業(yè)務(wù)到達(dá)速率增加快速增長，這是因?yàn)橄嗤瑯I(yè)務(wù)到達(dá)速率條件下，雙通道網(wǎng)絡(luò)單位時(shí)間到達(dá)的話音業(yè)務(wù)數(shù)目大于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。再者，相對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，雙通道網(wǎng)絡(luò)話音業(yè)務(wù)平均數(shù)目趨于信道數(shù)目上限時(shí)有更高的話音業(yè)務(wù)到達(dá)速率，即能夠承受更多的話音業(yè)務(wù)需求。

圖4　話音業(yè)務(wù)平均數(shù)目vs.業(yè)務(wù)到達(dá)速率Fig.4 Average number of voice service varying with different arriva1 rates

4.2話音阻塞概率vs.到達(dá)速率

圖5是話音業(yè)務(wù)阻塞概率隨業(yè)務(wù)到達(dá)速率變化曲線示意圖。由圖可知，阻塞概率隨到達(dá)速率增加而增加。其中，由于多跳傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可用信道數(shù)目最小，因此當(dāng)業(yè)務(wù)到達(dá)速率較小時(shí)其話音阻塞概率就急劇增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他網(wǎng)絡(luò)。其次，相比其他網(wǎng)絡(luò)，單跳雙通道網(wǎng)絡(luò)由于具有大量的可用信道數(shù)目，故其阻塞概率最小，且隨到達(dá)速率增大而緩慢增加。再者，雙通道網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)數(shù)目只要在跳頻序列數(shù)目之內(nèi)，不存在阻塞數(shù)據(jù)通道的問題，其話音業(yè)務(wù)數(shù)目主要受限制于控制通道傳輸業(yè)務(wù)控制信息數(shù)目的能力。

圖5　話音業(yè)務(wù)阻塞概率vs.到達(dá)速率Fig.5 B1ocking Probabi1ity of voice service varying with different arriva1 rates

4.3平均網(wǎng)絡(luò)吞吐量vs.到達(dá)速率

圖6給出了話音業(yè)務(wù)吞吐量隨業(yè)務(wù)到達(dá)速率變化曲線。由圖可知，相比較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)僅使用一條跳頻序列使得跳頻周期內(nèi)的頻率利用率非常低，雙通道網(wǎng)絡(luò)能夠使用和話音業(yè)務(wù)數(shù)目相同多的跳頻序列，因此具有更逼近網(wǎng)絡(luò)吞吐量理論極限的能力。其次，單跳雙通道網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)吞吐量最大值之所以仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論值，這是由于網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)數(shù)目上限受限于控制通道所能夠容納的控制信息數(shù)目。

圖6　話音業(yè)務(wù)平均網(wǎng)絡(luò)吞吐量vs.到達(dá)速率Fig.6 The average networkthroughPut of voice servicevarying with different arriva1 rates

4.4話音業(yè)務(wù)信道平均利用率vs.到達(dá)速率

話音業(yè)務(wù)信道利用率是指話音業(yè)務(wù)數(shù)目占可用信道數(shù)目的比值。圖7為話音業(yè)務(wù)信道利用率隨業(yè)務(wù)到達(dá)速率變化示意。由圖可知，隨業(yè)務(wù)到達(dá)速率增加，話音業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)利用率快速增加，這是因?yàn)榻尤刖W(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)數(shù)目增多所致。其次，網(wǎng)絡(luò)可用信道數(shù)目越少，比如多跳傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其在業(yè)務(wù)到達(dá)速率較小的情況下增長越快。因此，雙通道網(wǎng)絡(luò)由于利用更多跳頻序列，具有更多的可用信道數(shù)目，能夠允許更大的業(yè)務(wù)接入速率。

圖7　話音業(yè)務(wù)信道利用率vs.到達(dá)速率Fig.7 Channe1 uti1ization of voice service varyingwith different arriva1 rates

4.5系統(tǒng)性能參數(shù)最優(yōu)配置

結(jié)合上述數(shù)值結(jié)果，給出了當(dāng)話音業(yè)務(wù)阻塞概率為5%時(shí)各類型網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)指標(biāo)，見表1。據(jù)表1可知，單跳雙通道網(wǎng)絡(luò)可用信道數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他類型網(wǎng)絡(luò)。雙通道網(wǎng)絡(luò)在以話音業(yè)務(wù)阻塞概率5%為QoS約束條件下，具有相比較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更優(yōu)的性能指標(biāo)。

表1　話音業(yè)務(wù)阻塞概率為5%時(shí)各類型網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)指標(biāo)Tab.1 The Performance Parameters existing in a11 tyPica1 networks when the b1ocking Probabi1ity of voice service is 5%

5　結(jié)束語

本文通過使用一種理想固定時(shí)分信道帶寬分配方案求解出雙通道網(wǎng)絡(luò)面向混合業(yè)務(wù)接入的可用信道數(shù)目，使用基于業(yè)務(wù)優(yōu)先權(quán)的離散時(shí)間排隊(duì)模型求解出網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)概率分布，進(jìn)而求解得到話音業(yè)務(wù)平均數(shù)目、阻塞概率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量和信道利用率等解析表達(dá)式；最后分別從單跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)角度對(duì)雙通道網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的話音業(yè)務(wù)接入性能做了數(shù)值計(jì)算和性能比較。理論數(shù)值結(jié)果證明：相比較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，雙通道網(wǎng)絡(luò)具有更多的可用信道數(shù)目，能夠保障更多的實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)接入和較低的阻塞概率。下一步將通過網(wǎng)絡(luò)仿真驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)性能。

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杜傳報(bào)(1987—)，男，陜西人，2011年獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為博士研究生，主要研究方向?yàn)闊o線通信組網(wǎng)；

DU Chuanbao was born in Shaanxi Province，in 1987.He received the M.S.degree in 2011.He is current1y working toward the Ph.D degree.His research concerns wire1ess communication networks.

Emai1：1eoPard0306@126.com

全厚德(1963—)，男，遼寧人，軍械工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)闊o線通信技術(shù)；

QUAN Houde was born in Liaoning Province，in 1963.He is now a Professor and a1so the Ph.D.suPervisor.His research concerns wire1ess communication techno1ogy.

Emai1：quanhoude@126.com

唐友喜(1964—)，男，河南人，電子科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)闊o線通信網(wǎng)絡(luò)、MIMO等；

TANG Youxi was born in Henan Province，in 1964.He is now a Professor and a1so the Ph.D.suPervisor.His research concerns wire1ess communication network and MIMO.

Emai1：tyx@uestc.edu.cn

崔佩璋(1974—)，男，山西人，軍械工程學(xué)院副教授，主要研究方向?yàn)闊o線通信技術(shù)。

CUI Peizhang was born in Shanxi Province，in 1974.He is now an associate Professor.His research concerns wire1ess communication techno1ogy.

Emai1：cuiPeizhang@126.com

Channel Access Performance Analysis of Voice Services in Wireless Dual-channel Networks

DU Chuanbao1，QUAN Houde1，TANG Youxi2，CUI Peizhang1，ZHENG Baoming3
(1.DePartment of Information Engineering，Ordnance Engineering Co11ege，Shijiazhuang 050003，China；2.Nationa1 Key Laboratory of Science and Techno1ogy on Communication，University of E1ectronic Science and Techno1ogy of China，Chengdu 610054，China；3.Procurement Center，Communications SuPPort DePartment，PLA Genera1 EquiPment DePartment，Beijing 100000，China)

Dua1-channe1 network(DCN)can reduce code resource wastage caused by the condition that a fewer subnets are needed for the tactica1 very high frequency(VHF)network with code division networking scheme.Under the hybrid services transmission environment，the channe1 access Performance of rea1-time voice service is one of the key issues to eva1uate DCN Performance.In this PaPer，an idea1 fixed channe1 bandwidth a11ocation scheme based on time division mechanism is emP1oyed to ana1yze the avai1ab1e channe1 number in DCNs.Then a hybrid service mu1ti-server discrete s1ot queue mode1 based on access Priority is used to derive the network state transition Probabi1ity and steady state Probabi1ity distribution.The mathematica1 exPressions of average number，ca11 b1ocking Probabi1ity，average network throughPut and channe1 uti1ization efficiency of voice services in DCNs are a1so devided according to the mode1.Numerica1 resu1ts demonstrate that，comPared with the traditiona1 network，DCN can own a higher voice service number and a 1ower ca11 b1ocking Probabi1ity.

dua1-channe1 network；code resource；voice service；channe1 access；ca11 b1ocking Probabi1ity；network throughPut

The Nationa1 Natura1 Science Foundation of China(U1035002/L05);The Nationa1 Science and Techno1ogy Major Project (2014ZX03003001-002)

TN929

A

1001-893X(2016)03-0252-07

10.3969/j.issn.1001-893x.2016.03.004

2015-09-07;

2016-01-20 Received date:2015-09-07;Revised date:2016-01-20

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(U1035002/L05);國家科技重大專項(xiàng)(2014ZX03003001-002)

**通信作者:1eoPard0306@126.com Corresponding author:1eoPard0306@126.com