CFDAMA-PA卫星通信论文范文

1用户接入

1．1协议基本类型目前CFDAMA基本协议类型有CFDAMA－PA、CFDAMA－RA、CFDAMA－PB等几种。CF-DAMA－PA的上下行链路帧结构和基本的CF-DAMA相同，不同的是协议中的每一个用户在上行链路都有自己的预约请求时隙，系统将该时隙固定的分配给相应的用户，用户在这个固定的预约请求时隙中发出请求消息进行预约。CFDAMA－RA的上下行链路帧同样与CFDAMA－PA协议类似，不同的是其控制部分的预约时隙不再是固定分配给用户或者通过星上调度采用轮询的方式进行分配，而是用户终端通过竞争预约的方法来获取预约请求时隙的位置。CFDAMA－PB的上行链路帧结构不同于前面两种接入方式，如图2。上行链路帧不再划分为控制部分和数据部分，而是由一系列的数据信息时隙组成，数据信息时隙里面包含有按需分配时隙和自由分配时隙，它们随机的被安排在上行链路帧中，每一个数据信息时隙都对应一个业务分组，各用户的预约时隙请求信息附带在相应业务分组上以捎带的方式发送给星上集中调度器。

1．2性能分析CFDAMA基本接入方式能够实现较好的时延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的将按需分配和自由分配结合在一起，采用固定预约时隙分配的形式来保证用户接入的公平性和实际业务需求量，在信道负荷较低的时候，其平均时延和固定分配方式保持一致，在信道负荷逐渐增大和接入用户数变化较大时，存在资源利用率下降的问题。CFDAMA－RA在低信道负荷时由于采用的竞争方式进行接入，对信道利用率更高，但对于用户接入的公平性却不能保证，并且存在接入过程中的碰撞，在高信道负荷时碰撞概率逐渐增大，平均时延性能也急剧下降。CFDAMA－PB通过对上行数据帧结构的改进，减小了用户发送预约时隙请求的间隔时间，但随着信道负荷的增大，某些用户会因为其他用户预约请求的资源占用导致无法发出预约时隙请求，同样不能保证接入的公平性。因此，如何保证用户的接入时延和接入过程中的公平性，成为本文的一个研究重点。

2CFDAMA－PRI

2．1CFDAMA－PR由于当前网络数据业务大多突发性较强并且业务类型呈现多样性，抽象出来这类数据业务流通常用ON－OFF信源模型来表示［5］。而在此信源模型的情况下，数据业务具有很强的突发特性，用户的预约时隙请求也带有很强的随机性和不确定性。基本的CFDAMA接入方式此时由于多次请求造成的再分配策略和预约请求的冲突概率增大，在信道负荷较高和接入用户数逐渐增大时，其性能受到明显的影响。CFDAMA－PR协议在用户时隙申请阶段对发送队列的堆积状况进行判断，比较当前时刻和上一时刻发送队列中数据分组的差值Δ，如果Δ＞0表示当前发送队列有数据包的堆积，则通过加权的方式向星上调度器发送更多的预约时隙请求［6］。该协议的好处在于实际应用中可以根据用户发送队列的堆积情况获得更多的分配时隙，能在突发数据分组到来情况下实时的将新的数据分组发送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基础上提出了基于用户优先级排序的改进协议CFDAMA－PRI，优化星上调度算法，进一步保证接入的时延性能和接入的公平性。

2．2用户优先级排序在对CFDAMA－PRI优先级排序的详细描述过程中，设置如下的参数。在卫星收到上行链路帧之后，进入星上处理的优先级排序阶段。资源调度器的按需分配表如表1所示，每个预约用户都含有优先级条目，卫星在收到上行帧之后，首先获取每个用户的预约时隙数，按照从高到低的顺序对用户进行排序并设置优先级号prinumber_i，优先级号越小代表当前用户申请的预约时隙数越多，然后根据优先级号从小到大的顺序依次将用户ID填入按需分配表中，因为有预约时隙申请并且foreslots_i＞0的用户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，代表当前还有剩余时隙可供自由分配，此时资源调度器实施按需分配方式，将已经分配过的用户从按需分配表中删除，同时在自由分配表中将该用户移到表的尾端，按需分配完成之后，资源调度器为自由分配表中的用户轮询分配剩余时隙，直到将剩余时隙分配完。由于按需分配中用户的优先级设置，有预约时隙申请的用户在自由分配表的尾端仍然是按照优先级号从小到大的顺序进行排列，这样可以保证在轮询的过程中时隙需求量大的用户仍然可以得到更高的时隙分配权。CFDAMA－PRI的下行帧同样分为控制部分和数据部分，如图3所示，资源调度器根据按需分配表中各个用户优先级号从小到大的顺序将响应信息填入相应的时隙中。当用户收到下行链路帧时，时隙请求量越大的用户就能越快的获取卫星的分配时隙。

3仿真分析

本文采用OPNET仿真平台［7］，将基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改进的CFDAMA－PRI进行对比仿真。具体的仿真参数设置如表2所示。对信道负荷固定但用户数目变化条件下的仿真结果进行分析，目的是为了得出CFDAMA－PRI的时延性能和在用户接入公平性方面的优越性。选取信道负荷为0．8，用户数目依次为5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的预约时隙数为20，得到的仿真结果如图5、图6所示。由仿真结果可以看出，当系统中用户数不断增大时，由于CFDAMA－PA在一个链路帧中仅使用了一部分时隙用作预约请求时隙点，那么更多有请求的用户就无法通过预约时隙点接入链路帧，加之信道负荷较大，突发数据强，用户申请时隙的不确定性也大。如果增大预约请求时隙数的比例也会以牺牲数据时隙为代价，平均时延和队列的分组累积同样会增加。CFDAMA－PRI则采用CFDAMA－PR对信源突发数据分组的计算方法，并使用优先级排序的方法对时隙需求量大的用户给予更高的时隙分配权，确保了用户的可接入次数，降低了时延，提高了接入公平性。

4结语

本文分析了宽带卫星通信系统中的CFDAMA接入协议，阐述其原理，分析了CFDAMA相关协议的优缺点，在CFDAMA－PR协议的基础上提出了用户优先级排序的改进协议CFDAMA－PRI，以适应当前突发性较强的数据业务流。该协议通过优先级排序的算法，在星上调度的过程中让时隙需求量越大的用户获得更高的时隙分配优先权和更快的接入过程，优化了整个处理流程。最后，在OPNET仿真平台下选择突发信源模型下进行对比仿真测试，测试结果表明CFDAMA－PRI协议在突发增强、信道负荷加大的情况下能很好的控制平均时延和队列分组累计数，具有更好的性能表现，在今后的实际应用中也具备良好的可操作性。

作者：郭爽曹宝刘心迪单位：中国电子科技集团公司第三十研究所