統(tǒng)計(jì)優(yōu)先級(jí)多址接入?yún)f(xié)議的改進(jìn)與仿真*

吳皓威，呂順興，張 揚(yáng)，歐靜蘭

(1.重慶大學(xué) a.微電子與通信工程學(xué)院;b.通信與測(cè)控中心,重慶 400044；2.空天地網(wǎng)絡(luò)互連與信息融合重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400044)

0 引 言

在無(wú)線自組網(wǎng)中，節(jié)點(diǎn)的對(duì)等性要求它們內(nèi)部運(yùn)行相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，共同維持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。介質(zhì)訪問(wèn)控制(Medium Access Control，MAC)層多址接入?yún)f(xié)議作為底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)的重要組成部分，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)資源分配和信道接入控制，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理的規(guī)劃和調(diào)度，其性能決定系統(tǒng)的信道利用率、端到端時(shí)延和吞吐量等關(guān)鍵指標(biāo)。

在戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈和航空自組網(wǎng)中，因?yàn)楸Ｃ?、抗干擾等要求，多采用跳頻跳時(shí)脈沖調(diào)制的多通道物理層。這類網(wǎng)絡(luò)可以使用基于統(tǒng)計(jì)優(yōu)先級(jí)多址接入(Statistical Priority-based Multiple Access，SPMA)協(xié)議完成接入控制，能夠滿足大量用戶的同時(shí)接入，提升增加系統(tǒng)容量，同時(shí)具有信息安全、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。SPMA協(xié)議是隨機(jī)接入?yún)f(xié)議的一種，是帶有沖突避免的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoid，CSMA/CA)協(xié)議的改進(jìn)。與CSMA/CA不同的是，SPMA協(xié)議的信道狀態(tài)通過(guò)負(fù)載統(tǒng)計(jì)量來(lái)衡量，并設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)門(mén)限值，根據(jù)負(fù)載統(tǒng)計(jì)量與優(yōu)先級(jí)門(mén)限的差值來(lái)合理限制低優(yōu)先級(jí)分組的發(fā)送，從而確保高優(yōu)先級(jí)分組的高傳輸成功率。SPMA協(xié)議可以滿足系統(tǒng)的多種服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)要求[1]：高優(yōu)先級(jí)信息端到端時(shí)延盡量短；高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)第一次的傳輸成功概率不低于99%；支持大量的節(jié)點(diǎn)和多優(yōu)先級(jí)分組的接入，且在高業(yè)務(wù)負(fù)載下維持穩(wěn)定的吞吐量。

經(jīng)典的SPMA協(xié)議中[2-7]，存在如下問(wèn)題：一是固定門(mén)限設(shè)置導(dǎo)致吞吐量下降；二是退避時(shí)間計(jì)算過(guò)于簡(jiǎn)單導(dǎo)致接入時(shí)延增加；三是高優(yōu)先級(jí)分組持續(xù)接入導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)分組“饑餓”。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的分析，本文提出了統(tǒng)計(jì)差值退避算法和虛擬時(shí)間戳排隊(duì)算法，完善協(xié)議的接入控制流程，從而改善SPMA協(xié)議的整體性能。其中統(tǒng)計(jì)差值退避算法相比于傳統(tǒng)SPMA協(xié)議的固定門(mén)限設(shè)置和簡(jiǎn)單退避算法，具有更高更穩(wěn)定的系統(tǒng)吞吐量和更低的優(yōu)先級(jí)平均時(shí)延；同時(shí)，虛擬時(shí)間戳排隊(duì)算法使得不同優(yōu)先級(jí)的分組都能夠保證最低的接入帶寬，解決了低優(yōu)先級(jí)分組的“饑餓問(wèn)題”。通過(guò)仿真分析了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、分組傳輸成功率和分組接入時(shí)延等三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，驗(yàn)證了改進(jìn)協(xié)議的可行性和性能優(yōu)勢(shì)。

1 SPMA協(xié)議

圖1為SPMA協(xié)議的算法框圖，主要由多個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、信道負(fù)載統(tǒng)計(jì)、門(mén)限比較與退避和隊(duì)列調(diào)度器四個(gè)部分組成。接入控制算法的核心就是比較信道負(fù)載統(tǒng)計(jì)值和優(yōu)先級(jí)門(mén)限值來(lái)決定分組接入與否。在必要時(shí)將執(zhí)行退避算法，以緩解網(wǎng)絡(luò)信道的擁塞，降低分組的碰撞概率。

圖1 SPMA協(xié)議算法框圖

協(xié)議運(yùn)行流程如下：

Step1 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)分組下發(fā)到MAC層后，運(yùn)行分組處理模塊，并將處理完的分組插入到對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中。

Step2 SPMA協(xié)議狀態(tài)將從空閑轉(zhuǎn)為工作模式，通過(guò)遍歷優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，找到非空隊(duì)列中優(yōu)先級(jí)最高的隊(duì)列，并獲取當(dāng)前的信道占用情況。

Step3 協(xié)議轉(zhuǎn)到門(mén)限判決狀態(tài)，檢查信道占用統(tǒng)計(jì)值是否大于分組的隊(duì)列門(mén)限值，若是，則執(zhí)行退避算法，阻塞隊(duì)列，進(jìn)入Step 4；若否，檢查分組是否超時(shí)，進(jìn)入Step 5。

Step4 如果退避時(shí)間結(jié)束，再次檢查最高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，重復(fù)Step 2～3。

Step5 如果分組超時(shí)，將其從隊(duì)列中移出并刪除；若分組未超時(shí)，協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)到Step 6。

Step6 隊(duì)列調(diào)度算法從所有優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中選出最適合發(fā)送的分組，將其取出隊(duì)列并接入信道。

Step7 分組完成接入后，繼續(xù)檢查優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的狀態(tài)，若非空，跳轉(zhuǎn)到檢查最高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的狀態(tài)，執(zhí)行Step 2；若空，跳轉(zhuǎn)到空閑狀態(tài)。

當(dāng)協(xié)議處在中間任何狀態(tài)時(shí)，如果有比正在處理分組優(yōu)先級(jí)更高的分組到達(dá)，均打斷該狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)到Step 2開(kāi)始執(zhí)行。

2 SPMA協(xié)議改進(jìn)算法設(shè)計(jì)

2.1 基于統(tǒng)計(jì)差值的退避時(shí)間算法

在傳統(tǒng)SPMA協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)把獲取的信道負(fù)載統(tǒng)計(jì)值與優(yōu)先級(jí)門(mén)限的差值作為節(jié)點(diǎn)各優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)分組接入網(wǎng)絡(luò)的參考依據(jù)，低優(yōu)先級(jí)分組的退避時(shí)間和接入門(mén)限值將會(huì)影響高優(yōu)先級(jí)分組的傳輸成功率和端到端時(shí)延，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的穩(wěn)定性造成影響。所以，門(mén)限設(shè)置與退避時(shí)間算法往往是SPMA協(xié)議中一個(gè)重要的研究問(wèn)題。

SPMA協(xié)議的門(mén)限設(shè)置算法包括基于業(yè)務(wù)量比例的靜態(tài)門(mén)限設(shè)置[4]和動(dòng)態(tài)門(mén)限設(shè)置[8]。同時(shí)，結(jié)合固定門(mén)限設(shè)置，現(xiàn)有文獻(xiàn)中提出的退避時(shí)間算法要么因?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單而增加系統(tǒng)時(shí)延，要么與優(yōu)先級(jí)門(mén)限值的設(shè)置息息相關(guān)，無(wú)法很好地控制低優(yōu)先級(jí)分組的接入。而且在網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)，業(yè)務(wù)量比例往往無(wú)法提前得知，采用動(dòng)態(tài)獲取的方式又會(huì)耗費(fèi)時(shí)間，這給優(yōu)先級(jí)門(mén)限值的設(shè)置帶來(lái)了困難。所以，本文擯棄了信道負(fù)載與多優(yōu)先級(jí)門(mén)限比較這一思路，采用單一門(mén)限閾值，然后通過(guò)控制低優(yōu)先級(jí)分組的接入速率來(lái)限制網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量，可以很好地解決傳統(tǒng)方法信道利用率低的問(wèn)題，分組接入速率的倒數(shù)就是分組的退避時(shí)間。

根據(jù)SPMA協(xié)議原理，接入模塊只要能夠控制接入網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)目，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量處于最低優(yōu)先級(jí)門(mén)限以下，就能夠保證99%以上的傳輸成功率。同時(shí)，為保證高優(yōu)先級(jí)的QoS要求，需要按照分組的優(yōu)先級(jí)從高到低依次接入網(wǎng)絡(luò)。本方法將待發(fā)送業(yè)務(wù)量分為三個(gè)部分：高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)量、待退避業(yè)務(wù)量和限制發(fā)送業(yè)務(wù)量。統(tǒng)計(jì)差值調(diào)度模型如圖2所示。

圖2 統(tǒng)計(jì)差值調(diào)度模型

設(shè)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)序號(hào)為i，從小到大對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)依次降低。用Tth表示分組成功率維持在99%以上的最低優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)的門(mén)限，Li表示全局網(wǎng)絡(luò)中各優(yōu)先級(jí)待發(fā)送業(yè)務(wù)量。用pback表示待退避的優(yōu)先級(jí)，則pback滿足如下關(guān)系：

(1)

將低于門(mén)限值的待退避業(yè)務(wù)量定義為統(tǒng)計(jì)差值VSD，其表示為

(2)

節(jié)點(diǎn)通過(guò)統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中各優(yōu)先級(jí)的待發(fā)送業(yè)務(wù)量Li計(jì)算pback和VSD：當(dāng)優(yōu)先級(jí)高于pback的業(yè)務(wù)到達(dá)時(shí)，直接接入網(wǎng)絡(luò)，不必回退等待；當(dāng)優(yōu)先級(jí)等于pback的業(yè)務(wù)到達(dá)時(shí)，調(diào)度器使用VSD計(jì)算業(yè)務(wù)分組的退避時(shí)間，按照退避時(shí)間依次接入該優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的業(yè)務(wù)；當(dāng)優(yōu)先級(jí)低于pback的業(yè)務(wù)到達(dá)時(shí)，阻塞在該優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中，等待隊(duì)列調(diào)度算法的處理。

經(jīng)過(guò)上述業(yè)務(wù)量的統(tǒng)計(jì)可知全局網(wǎng)絡(luò)中退避優(yōu)先級(jí)pback的所有業(yè)務(wù)量Lback和本地節(jié)點(diǎn)的退避業(yè)務(wù)量Lback,0。本地節(jié)點(diǎn)的待退避業(yè)務(wù)量將退避一段時(shí)間后，再嘗試發(fā)送。定義待退避優(yōu)先級(jí)分組的退避時(shí)間為td，則有

(3)

式中：T為分組的統(tǒng)計(jì)周期。

使用統(tǒng)計(jì)差值調(diào)度算法后，接入模塊可以根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)負(fù)載統(tǒng)計(jì)量計(jì)算出與最低優(yōu)先級(jí)門(mén)限的統(tǒng)計(jì)差值VSD，然后得到退避優(yōu)先級(jí)分組的接入間隔(即退避時(shí)間)，從根本上限制信道的業(yè)務(wù)接入量處于最低優(yōu)先級(jí)門(mén)限以下，使得傳輸?shù)母邇?yōu)先級(jí)分組達(dá)到99%的預(yù)期成功率。

2.2 虛擬時(shí)間戳排隊(duì)算法

在無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中，為保證高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸成功率，SPMA協(xié)議的接入控制模塊將對(duì)低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行退避。如果高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)量很大，長(zhǎng)期占有信道資源，將導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)分組一直退避或等待，在分組有效期到達(dá)后將被刪除。而實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，低優(yōu)先級(jí)分組如果長(zhǎng)期丟失，卻可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題，這種現(xiàn)象稱為“饑餓問(wèn)題”。MAC層接入?yún)f(xié)議中希望能夠添加合適的隊(duì)列調(diào)度算法，來(lái)解決低優(yōu)先級(jí)分組的“饑餓”。本文引入虛擬時(shí)間戳(Virtual Timestamp，VT)，作為分組到達(dá)時(shí)間的一個(gè)參考值。隊(duì)列調(diào)度器將按照一定增長(zhǎng)率遞增系統(tǒng)的“虛擬時(shí)間戳”。已知虛擬時(shí)間戳TVT的變化率?TVT(t+τ)/?τ為r/∑Bi，系統(tǒng)維護(hù)的虛擬時(shí)間戳更新公式為

(4)

式中：r為基帶處理速率；Bi為各優(yōu)先級(jí)隊(duì)列預(yù)設(shè)的接入帶寬；i

虛擬時(shí)間戳是一個(gè)隨時(shí)間增長(zhǎng)的函數(shù)，可以理解為以所有需要調(diào)度的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列能夠得到的服務(wù)速率為邊緣速率的遞增函數(shù)。

(5)

(6)

分析調(diào)度原理可以知道，使用虛擬時(shí)間戳的隊(duì)列調(diào)度算法有如下特點(diǎn)：

(2)各隊(duì)列中的分組將按照虛擬完成時(shí)間大小遞增排序；

(3)虛擬完成時(shí)間考慮到了分組的大小和優(yōu)先級(jí)。

系統(tǒng)的虛擬時(shí)間戳將在新的分組抵達(dá)時(shí)被更新，同時(shí)計(jì)算出分組虛擬完成時(shí)間，填入分組的控制信息域。隊(duì)列調(diào)度核心按照虛擬完成時(shí)間從小到大依次發(fā)送分組，這樣就使得低優(yōu)先級(jí)分組存在被調(diào)度的可能，解決了其“饑餓問(wèn)題”。

引入了隊(duì)列調(diào)度算法，低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)獲得了有限的接入帶寬，所以改進(jìn)協(xié)議中對(duì)優(yōu)先級(jí)低于pback的分組將不會(huì)直接丟棄，而是阻塞在該優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中，等待隊(duì)列調(diào)度算法的處理。

2.3 改進(jìn)協(xié)議接入控制

當(dāng)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列非空時(shí)，將啟動(dòng)接入控制流程，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)協(xié)議接入控制流程

Step1 從高到低依次遍歷各優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，找出非空的最高優(yōu)先級(jí)K，取出隊(duì)首的數(shù)據(jù)分組，判斷分組是否到期，若是，將分組丟棄；若否，進(jìn)入下一步。

Step2 判斷分組優(yōu)先級(jí)i與退避優(yōu)先級(jí)pback的大小，執(zhí)行如下分支：若i>pback，進(jìn)入Step 3；若i=pback，進(jìn)入Step 4；若i

Step3 對(duì)于低優(yōu)先級(jí)的分組不做操作，阻塞該隊(duì)列，返回Step 1。

Step4 優(yōu)先級(jí)回退等待：通過(guò)當(dāng)前信道負(fù)載得到統(tǒng)計(jì)差值，然后計(jì)算出退避時(shí)間，進(jìn)入回退等待；在退避期間，有更高優(yōu)先級(jí)分組到達(dá)，進(jìn)入Step 5；退避時(shí)間結(jié)束，進(jìn)入Step 5。

Step5 隊(duì)列調(diào)度：遍歷所有優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，找到虛擬完成時(shí)間最小的分組；將分組從隊(duì)列中移除，然后判斷分組是否到期。若到期，直接刪除；若否，將分組接入信道。

3 改進(jìn)協(xié)議的建模與仿真分析

3.1 仿真搭建

仿真中，參考無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)分層模型[9]，在OPNET上搭建了節(jié)點(diǎn)模型，并在進(jìn)程模型中添加SPMA改進(jìn)協(xié)議，對(duì)比SPMA協(xié)議傳統(tǒng)算法，驗(yàn)證系統(tǒng)吞吐量、優(yōu)先級(jí)平均時(shí)延、高優(yōu)先級(jí)傳輸成功率這三個(gè)性能指標(biāo)。

業(yè)務(wù)源中將會(huì)周期性產(chǎn)生多個(gè)優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)分組，分組將按照預(yù)定的優(yōu)先級(jí)比列進(jìn)行發(fā)送，發(fā)包間隔服從參數(shù)為λ泊松分布。假設(shè)總業(yè)務(wù)量為L(zhǎng)total，N個(gè)節(jié)點(diǎn)等量隨機(jī)發(fā)送，單包容量為P，發(fā)包間隔的均值λ為λ=N×P/Ltotal。

表1～3給出了網(wǎng)絡(luò)中的基本仿真參數(shù)，包括系統(tǒng)參數(shù)和物理層性能參數(shù)。

表1 系統(tǒng)參數(shù)

表2 不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)量比例

表3 物理層參數(shù)

表4給出了算法仿真中需要收集的統(tǒng)計(jì)變量信息，所有統(tǒng)計(jì)量將被繪制成曲線，然后分析算法性能。

表4 仿真統(tǒng)計(jì)量

3.2 仿真結(jié)果分析

3.2.1 統(tǒng)計(jì)差值SPMA仿真分析

仿真程序在業(yè)務(wù)進(jìn)程模型中設(shè)置平穩(wěn)的業(yè)務(wù)量，業(yè)務(wù)量從500 kb/s～7 Mb/s變化；統(tǒng)計(jì)周期T均為0.1 s，比較傳統(tǒng)SPMA協(xié)議中固定門(mén)限簡(jiǎn)單退避算法與本文統(tǒng)計(jì)差量退避算法的性能差異。固定門(mén)限值按照表2的優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)量比例和文獻(xiàn)[4]中的公式(2)～(3)進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 優(yōu)先級(jí)門(mén)限值

(1)優(yōu)先級(jí)成功率

圖4給出了采用統(tǒng)計(jì)差值退避算法和固定門(mén)限簡(jiǎn)單退避算法的接入?yún)f(xié)議優(yōu)先級(jí)成功率隨業(yè)務(wù)負(fù)載量變化的關(guān)系?？梢钥吹?，兩種算法均能保證高優(yōu)先級(jí)的傳輸成功率，但是，固定門(mén)限簡(jiǎn)單退避算法的優(yōu)先級(jí)成功率出現(xiàn)陡降，幾乎直接從1下降至0；而統(tǒng)計(jì)差值避算法的優(yōu)先級(jí)成功率存在中間值，呈現(xiàn)出隨業(yè)務(wù)負(fù)載量逐漸下降趨勢(shì)。

(a)統(tǒng)計(jì)差值避算法

(b)固定門(mén)限簡(jiǎn)單退避算法圖4 不同算法的優(yōu)先級(jí)成功率隨業(yè)務(wù)負(fù)載量的變化關(guān)系

(2)優(yōu)先級(jí)平均時(shí)延

圖5給出了采用統(tǒng)計(jì)差值退避算法和固定門(mén)限簡(jiǎn)單退避算法的接入?yún)f(xié)議分組平均時(shí)延隨業(yè)務(wù)負(fù)載量變化的關(guān)系?？梢钥吹?，兩種算法的平均時(shí)延在分組未退避時(shí)維持在3 ms左右。分組開(kāi)始退避后，時(shí)延隨著負(fù)載量增大逐漸增大。但是，在相同業(yè)務(wù)負(fù)載下，統(tǒng)計(jì)差值退避算法的平均時(shí)延略小于固定門(mén)限簡(jiǎn)單退避算法。

(a)統(tǒng)計(jì)差值退避算法

(b)固定門(mén)限簡(jiǎn)單退避算法圖5 不同算法的分組平均時(shí)延隨業(yè)務(wù)負(fù)載量的變化關(guān)系

3.2.2 系統(tǒng)吞吐量

圖6給出了采用統(tǒng)計(jì)差值退避算法和固定門(mén)限簡(jiǎn)單退避算法的接入?yún)f(xié)議系統(tǒng)吞吐量隨業(yè)務(wù)負(fù)載量變化的關(guān)系。可以看到，兩種算法的吞吐量均隨負(fù)載的增大而增大，在超過(guò)1.5 Mb/s后，吞吐量開(kāi)始趨于穩(wěn)定。但是，固定門(mén)限簡(jiǎn)單退避算法的穩(wěn)定吞吐量低于統(tǒng)計(jì)差值退避算法，并且存在較大波動(dòng)。

圖6 不同算法的系統(tǒng)吞吐量隨業(yè)務(wù)負(fù)載量變化的關(guān)系

分析協(xié)議的接入原理可以知道，在負(fù)載超過(guò)門(mén)限值后，固定門(mén)限的SPMA協(xié)議通過(guò)退避整個(gè)優(yōu)先級(jí)分組的方式來(lái)限制低優(yōu)先級(jí)分組的接入，一旦開(kāi)始退避，該優(yōu)先級(jí)的分組成功率將立刻下降到0。退避掉整個(gè)優(yōu)先級(jí)雖然保證了高優(yōu)先級(jí)的成功率，但是也使得一部分信道容量被浪費(fèi)，并且導(dǎo)致了吞吐量出現(xiàn)波動(dòng)。同時(shí)，根據(jù)退避公式可知，采取簡(jiǎn)單退避算法時(shí)，低優(yōu)先級(jí)分組一般需要退避多個(gè)統(tǒng)計(jì)周期才有可能再次接入信道，這樣也大大增加了分組時(shí)延，而統(tǒng)計(jì)差值算法的退避時(shí)間是通過(guò)信道負(fù)載和優(yōu)先級(jí)門(mén)限差值計(jì)算得到，是較優(yōu)的退避時(shí)間。

3.2.3 隊(duì)列調(diào)度算法仿真分析

在與3.2.1相同的條件下，按表6所示的預(yù)定義優(yōu)先級(jí)接入帶寬比例，比較無(wú)隊(duì)列調(diào)度和使用虛擬時(shí)間戳隊(duì)列調(diào)度的改進(jìn)協(xié)議的性能差異。

表6 預(yù)定義優(yōu)先級(jí)接入帶寬比例

圖7給出了無(wú)隊(duì)列調(diào)度算法和采用虛擬時(shí)間戳隊(duì)列調(diào)度算法的接入?yún)f(xié)議分組成功率隨業(yè)務(wù)負(fù)載量變化的關(guān)系?？梢钥吹剑瑑煞N算法均可以滿足高優(yōu)先級(jí)對(duì)成功率的要求。無(wú)隊(duì)列調(diào)度算法時(shí)，在低優(yōu)先級(jí)分組開(kāi)始退避后，因?yàn)闃I(yè)務(wù)量穩(wěn)定且長(zhǎng)期過(guò)載，低優(yōu)先級(jí)分組將完全無(wú)法接入網(wǎng)絡(luò)；但是采用虛擬時(shí)間戳隊(duì)列調(diào)度的改進(jìn)協(xié)議后，在業(yè)務(wù)量長(zhǎng)期處于過(guò)載時(shí)，因?yàn)榻o低優(yōu)先級(jí)分組分配了最低帶寬容量，所以能夠得到部分接入。

(a)無(wú)隊(duì)列調(diào)度的改進(jìn)協(xié)議

(b)基于虛擬時(shí)間戳隊(duì)列調(diào)度改進(jìn)協(xié)議圖7 隊(duì)列調(diào)度算法對(duì)分組成功率隨業(yè)務(wù)負(fù)載量變化的影響

4 結(jié) 論

針對(duì)經(jīng)典SPMA協(xié)議算法中存在的固定門(mén)限設(shè)置導(dǎo)致的吞吐量下降、退避時(shí)間設(shè)置過(guò)于簡(jiǎn)單、低優(yōu)先級(jí)分組“饑餓”等問(wèn)題，本文提出了改進(jìn)協(xié)議，并通過(guò)OPNET軟件進(jìn)行仿真研究。結(jié)果表明，改進(jìn)協(xié)議具有更大更穩(wěn)定的系統(tǒng)吞吐量，并且在負(fù)載持續(xù)過(guò)載時(shí)，保證了低優(yōu)先級(jí)分組的最低帶寬接入要求，并能夠應(yīng)用于復(fù)雜的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈和航空自組網(wǎng)中，滿足特殊網(wǎng)絡(luò)對(duì)優(yōu)先級(jí)接入、重負(fù)載下維持穩(wěn)定吞吐量和大量用戶同時(shí)接入等QoS要求。同時(shí)，在添加了隊(duì)列調(diào)度算法后，改進(jìn)協(xié)議解決了實(shí)際場(chǎng)景中的分組“饑餓問(wèn)題”。對(duì)于使用跳頻跳時(shí)脈沖編碼的信號(hào)體制，改進(jìn)SPMA協(xié)議具有很重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。