《數(shù)據(jù)鏈技術(shù)》課件-第3章 數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)技術(shù)

3.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的基礎知識3.2數(shù)據(jù)鏈信道共享技術(shù)3.3數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡同步技術(shù)3.4數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡協(xié)議3.5數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡規(guī)劃與管理3.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的基礎知識3.1.1基本概念數(shù)據(jù)通信最簡單的形式是在兩個用戶的通信終端之間直接用傳輸媒介連接起來進行通信。當多個用戶之間進行數(shù)據(jù)通信時,由于建設成本、地理環(huán)境等因素的影響,不可能在每個用戶之間都互相建立直達的線路,因此,必須建立數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是一個由分布在各地的數(shù)據(jù)終端、數(shù)據(jù)交換設備和通信線路所構(gòu)成的通信網(wǎng),如圖31所示。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)通常有硬件和軟件兩大組成部分。硬件包括數(shù)據(jù)傳輸設備、數(shù)據(jù)交換設備和通信線路;軟件是為支持這些硬件而配置的網(wǎng)絡協(xié)議等。通常把數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中完成數(shù)據(jù)傳輸和交換功能的一個點稱為節(jié)點。計算機或終端之間正是通過這些與其相連的節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信的。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)按網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的不同,可分為樹型網(wǎng)、星型網(wǎng)、總線型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng);按傳輸數(shù)據(jù)技術(shù)的不同,可分為交換網(wǎng)和廣播網(wǎng)。3.1.2網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡拓撲是指網(wǎng)絡形狀,或者是網(wǎng)絡在物理上的連通性。建立網(wǎng)絡拓撲,要達到三個具體目標:一是為終端設備間的信息流選擇一條最經(jīng)濟的路由,即盡量減小兩個終端設備之間信道的實際長度,選擇中間節(jié)點最少的路由;二是為終端用戶提供最短的響應時間和最大的信息通過量;三是網(wǎng)絡應具有最大的可靠性,以保證信息流能準確地到達目的地。但這三個目標之間是有矛盾的,例如,增加節(jié)點數(shù)目,可以加大信息通過量、縮短用戶線長度,但增加了傳輸時延,加大了投資成本。因此,在網(wǎng)絡建設中,需對網(wǎng)絡的業(yè)務性質(zhì)、網(wǎng)絡的大小(覆蓋面、節(jié)點數(shù)和業(yè)務量)、技術(shù)狀況等各種因素進行綜合考慮,選擇最能滿足要求的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)節(jié)點互聯(lián)的不同方法,可構(gòu)成多種類型的網(wǎng)絡拓結(jié)構(gòu),較常見的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)有樹型拓撲結(jié)構(gòu)、星型拓撲結(jié)構(gòu)、總線型拓撲結(jié)構(gòu)、環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，如圖3-2所示。3.1.3交換網(wǎng)交換網(wǎng)由相互連接的節(jié)點集合構(gòu)成。圖33所示為一般交換網(wǎng)示意圖。網(wǎng)絡節(jié)點由傳輸路徑連接,從一個網(wǎng)絡站進入通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通過節(jié)點到節(jié)點的傳送轉(zhuǎn)發(fā)到其目的節(jié)點。1.交換網(wǎng)的特點交換網(wǎng)具有如下三個特點。(1)網(wǎng)絡中某些節(jié)點只與其他節(jié)點相連,其任務是完成網(wǎng)絡內(nèi)部數(shù)據(jù)的交換。其他節(jié)點則連接一個或多個網(wǎng)絡站,這些節(jié)點除具有交換數(shù)據(jù)的功能外,還具有從接入站接收數(shù)據(jù)及向網(wǎng)絡站傳送數(shù)據(jù)的功能。(2)網(wǎng)絡節(jié)點至網(wǎng)絡站的鏈路通常是專用的點到點鏈路。而節(jié)點至節(jié)點的鏈路經(jīng)常是多路復用鏈路,這對于遠距離傳輸來說將大大降低傳輸成本。(3)節(jié)點的網(wǎng)絡拓撲可以是全連通的或部分連通的。有時為了提高網(wǎng)絡的可靠性,人們希望各網(wǎng)絡站間能有多條網(wǎng)絡路徑。2.交換網(wǎng)的分類交換網(wǎng)根據(jù)交換數(shù)據(jù)方式的不同可分為電路交換網(wǎng)、報(電)文交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)。1)電路交換網(wǎng)電路交換網(wǎng)由單個電路交換節(jié)點構(gòu)成,經(jīng)由電路交換的通信在兩站之間有一條專用通信途徑,該途徑是節(jié)點間連接的鏈路序列。在每條物理鏈路上,有一條信道專用于這個連接。電路交換的通信過程可分為電路建立、數(shù)據(jù)傳送和電路拆線三個階段。電路交換用在各站之間進行通信時,由于大部分時間內(nèi)可能沒有數(shù)據(jù)傳輸,但線路仍然保持連通狀態(tài),因而信道容量未加利用,線路利用率低。從性質(zhì)上看,數(shù)據(jù)傳送前,電路建立階段存在延遲,一旦建立了電路,網(wǎng)絡對用戶是透明的,數(shù)據(jù)可以固定的速率進行傳輸,除傳輸延遲外,不再有其他網(wǎng)絡延遲。電路交換適用于傳送較為連續(xù)的數(shù)據(jù)流。2)報文交換網(wǎng)報文交換以報文為數(shù)據(jù)交換單位。報文交換主要用于電報、電子郵件、計算機文件及非緊急的業(yè)務查詢和應答等。當某站發(fā)送一份報文時,它在報文上附加一個目的地址,網(wǎng)絡節(jié)點根據(jù)報文上的目的地址信息把報文傳送到下一個節(jié)點,一直逐個地傳送到目的節(jié)點。每個節(jié)點接收到整個報文并檢查無誤后,短暫存儲該報文,然后將其傳輸?shù)较乱粋€節(jié)點。每個報文交換節(jié)點通常是一個通用小型計算機,有足夠的存儲空間緩存進入的報文。報文交換不必在兩站之間建立一條專用路徑,但報文在每個節(jié)點需延遲一個用來接收其全部比特的時間與排隊等待重發(fā)的時間。3)分組交換網(wǎng)分組交換綜合了電路交換與報文交換的優(yōu)點,同時又減少了兩者的不足,是實現(xiàn)各站間大通信業(yè)務量交換的最好方法。分組交換與報文交換非常像,其主要的差別是分組交換網(wǎng)中入網(wǎng)的數(shù)據(jù)單位長度受到限制,一般長度為1至幾kb,而報文交換網(wǎng)則能容納大量信息。從站的角度看,在分散交換網(wǎng)中,對大于最大長度的報文,必須分成較小的單位逐次發(fā)送出去。為了區(qū)別報文交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng),把分組交換網(wǎng)的數(shù)據(jù)單位稱為分組,分組報文只是為校正錯誤臨時存儲的,通常并不存檔。分組報文網(wǎng)中除包括數(shù)據(jù)外,還包括目的地址。3.1.4廣播網(wǎng)在廣播網(wǎng)中,每個數(shù)據(jù)站的收發(fā)信機共享同一傳輸媒體,從任一數(shù)據(jù)站發(fā)出的信號可被所有其他數(shù)據(jù)站接收。廣播網(wǎng)中沒有中間交換節(jié)點,但在一些系統(tǒng)(如衛(wèi)星網(wǎng))中,需要中繼支持。在衛(wèi)星網(wǎng)中,數(shù)據(jù)不是直接從發(fā)信機傳送到接收機的,而是經(jīng)過衛(wèi)星中繼站傳送和接收的。而局域網(wǎng)中地域范圍較小的通信網(wǎng)也可屬于廣播網(wǎng)的一種。廣播網(wǎng)之所以簡單,是因為網(wǎng)中發(fā)出的所有信息均可被所有用戶接收,因此不需要像交換網(wǎng)那樣建立連接或按路由表尋路、尋址,而是直接尋址、選路,將信息傳給特定用戶。MAC協(xié)議就是使多個用戶(站點)共享同一傳輸媒體,而各能尋址所望接收用戶的接入機制。事實上,多用戶對通信資源或傳輸媒體的共享,基本方式有兩種:第一種是靜態(tài)而無碰撞的信道化機制(如各種復用/多址);第二種是基于分組數(shù)據(jù)的媒體動態(tài)共享方式,以適應突發(fā)業(yè)務,這種方式也稱為“媒體接入控制(MAC)”機制。3.2數(shù)據(jù)鏈信道共享技術(shù)3.2.1信道復用技術(shù)1.信道復用充分利用信道,提高傳輸?shù)挠行允莻鬏敿夹g(shù)要解決的重要問題。信道可以是有形的線路,也可以是無形的空間。充分利用信道就是要同時傳送更多的用戶信號。在兩點之間的信道上同時傳送互不干擾的、多個相互獨立的用戶信號是信道的“復用”問題;在多點之間實現(xiàn)互不干擾的多邊通信稱為多元連接或“多址通信”。“復用”和“多址通信”有著共同的數(shù)學基礎—信號正交分割原理,也就是信道分割理論,即:賦予各個信號不同的特征,然后根據(jù)各個信號特征之間的差異來區(qū)分,實現(xiàn)互不干擾的通信。它們在通信過程中都包括多個信號復合(或混合),復合信號在信道傳輸機中分離(分割)。在多點之間實現(xiàn)的雙邊通信和點到點通信在技術(shù)上有所不同。隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步,通信已由點到點通信發(fā)展到任意點、任意時間與任意對象進行信息變換,由此進一步促進了多址通信技術(shù)的迅速發(fā)展。信道分割有兩方面的要求:一是在采用各種手段賦予各個信號不同的特征時,要能不失真地還原各個原始信號,即這些手段應當是可逆的;二是要能“分得清”各個信號。所謂“分得清”,就是在分割時,各個信號之間互不干擾,從本質(zhì)上講就是要求在分割域內(nèi)的各個信號相互正交。復用或多址技術(shù)的關(guān)鍵是設計具有正交性的信號集合,使各信號相互無關(guān),即能“分得清”。在實際工作中,要做到完全正交或不相關(guān)是比較困難的,一般可采用準正交,即互相關(guān)很小。允許各信號間存在一定干擾,但設法將干擾控制在允許范圍內(nèi)。常用的復用方式有頻分復用(FDM)、時分復用(TDM)和碼分復用(CDM)等。多址接入方式有頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)等,還有利用不同地域區(qū)分用戶的空分方式(SDM及SDMA),利用正交極化區(qū)分的極化方式等。后兩者往往不單獨使用。在數(shù)據(jù)通信中還有其他多種多址接入方式,它們按通信協(xié)議操作,概念與上述幾類不同。這些多址方式各有特點,各有其適用場合,它們的優(yōu)缺點與系統(tǒng)有關(guān),也與它們運用時的條件有關(guān)。在實際中常常根據(jù)需要將不同多址方式組合使用。需要指出的是,和多址接入方式密切相關(guān)的還有一個信道分配問題。常用的分配制度有固定預分配(PAMA或PA)和按需分配(DAMA或DA)兩種方式。信道分配與基帶復用方式、調(diào)制方式、多址連接方式相互結(jié)合,共同決定系統(tǒng)的通信體制。2.幾種信道復用技術(shù)的原理及特點1)頻分復用(FDM)技術(shù)頻分復用(FDM,frequencydivisionmultiplexing)就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成多個子頻帶(或稱子信道),每個子信道傳輸一路信號,幾路信號中的每路信號都以不同的載波頻率進行調(diào)制,從而使多路信號同時在一條物理信道上傳輸,如圖34所示。頻分復用要求總頻率寬度大于各個子信道頻率之和,同時為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘柣ゲ桓蓴_,應在各子信道之間設立隔離帶。頻分復用技術(shù)的特點是所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ?每一路信號傳輸時可不考慮傳輸時延。頻分復用技術(shù)利用頻率變換或調(diào)制的方法,將若干路信號搬移到頻譜的不同位置,以充分利用信道提供的傳輸頻帶;在接收端利用接收濾波器把各路信號區(qū)分開來。例如,如圖35所示,在三路話音信號的頻分復用中,如果每路電話信號的頻帶都為300~3400Hz,那么,根據(jù)頻率變換的原理,可以把除第一個以外的電話信號搬到頻譜的不同位置,使各路信號的頻譜互不重疊,互不干擾。不難看出:(1)若相鄰頻帶挨得很近,則頻帶利用越經(jīng)濟。(2)相鄰頻帶又不能挨得很近,因為相鄰頻帶挨得越近,要求分出各個信號的濾波器的衰減曲線越陡峭,相鄰頻帶越難制作。(3)這種方法對于電話以外的信號也適用。(4)信道的頻帶越寬,可以容納的信號數(shù)目就越多。目前,我國大容量的長途電纜通信網(wǎng)已經(jīng)全面形成。同樣,頻分多路復用的原理也適用于無線信道,如多路單邊帶移頻電臺就可以用同一個載頻來傳輸多路電話和電報。微波通信一般也是利用頻率劃分來構(gòu)成多路復用的。大容量的微波通信網(wǎng)與有線載波電話系統(tǒng)類似,在各國已有不同程度的發(fā)展。我國大容量的微波頻分多工通信網(wǎng)正在逐步形成。在國際通信網(wǎng)中,衛(wèi)星通信已占相當大的比重,并在日益發(fā)展?，F(xiàn)今已正式應用的衛(wèi)星通信系統(tǒng),絕大多數(shù)是大容量的頻分多工系統(tǒng)。大容量的有線通信、微波通信、波導通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)目前都是按頻分多路復用的原理來組織的,它們可以達到的傳輸質(zhì)量極為接近,性能指標基本上是統(tǒng)一的。由此看出,頻分復用技術(shù)的最大特點是信道可以同時傳送多路信號,提高了消息的傳輸速度。當然,這時需要占用較寬的信道帶寬。2)時分復用(TDM)技術(shù)時分復用(TDM,timedivisionmultiplexing)就是將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若干時間片(簡稱時隙),并將這些時隙分配給每一個信號源使用,每路信號在自己的時隙內(nèi)獨占信道進行數(shù)據(jù)傳輸,如圖36所示。時分多路復用技術(shù)具體來說就是把時間分成均勻的時間間隔,將每路信號分配在不同的時間間隔內(nèi)傳輸,以達到互相分開的目的。圖37給出了三路信號的時分復用示意圖,圖中每路信號各占有的時間間隔用TS表示,各路信號傳送一次所需的時間稱為幀,用F表示。時分多路復用被廣泛地應用于數(shù)字通信中。利用TDM進行通信,完全是建立在抽樣定理這一理論基礎上的。因為抽樣定理指出模擬信號可以被在時間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替,這樣,當抽樣脈沖占據(jù)較短時間時,在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙。利用這種時間空隙可以傳輸其他信號的抽樣值,從而有可能沿一條信道同時傳送若干個模擬信號。圖38給出了三個模擬信號進行時分復用的示意圖。圖中m1(t)、m2(t)和m3(t)具有相同的抽樣頻率,但它們的抽樣脈沖在時間上交替出現(xiàn)。顯然,這種時分復用信號在接收端只要對時間進行恰當?shù)胤蛛x,各個信號就能分別得到恢復。上述概念很容易推廣到n個信號進行時分復用的情形中去。圖39就是一個n路時分復用系統(tǒng)的示意圖。圖中,發(fā)送端的轉(zhuǎn)換開關(guān)S以單路信號抽樣周期為其旋轉(zhuǎn)周期按時間次序進行轉(zhuǎn)換,從而獲得n個時分復用信號。這種信號通過信道后,在接收端經(jīng)與發(fā)送端完全同步的轉(zhuǎn)換開關(guān)S分別接向相應的信號通路。于是,n個信號得到分離,各分離后的信號通過低通濾波器便恢復出該路的模擬信號。TDM系統(tǒng)的明顯特點是:復用設備內(nèi)部各通路的部件通用性好,因為各路的部件大都是相同的;要求收發(fā)同步工作,故需有良好的同步系統(tǒng)。3.2.2媒體接入控制技術(shù)媒體接入控制技術(shù)可劃分為受控接入和隨機接入兩種。受控接入的特點是各個用戶不能任意接入信道而必須服從一定的控制—集中式控制和分散式控制。屬于集中式控制的有多點線路輪詢,即主機按一定順序逐個詢問各用戶有無信息發(fā)送,若有,則被詢問的用戶立即將信息發(fā)給主機;若無,則再詢問下一站。屬于分散式控制的有令牌環(huán)形網(wǎng)。在環(huán)路中有一個特殊的幀,叫作令牌或權(quán)標。令牌沿環(huán)路逐站傳遞,只有獲得令牌的站才有權(quán)發(fā)送信息。當信息發(fā)送完畢后,將令牌傳遞給下一站。在協(xié)議的控制下,連接到環(huán)路上的許多站就可以有條不紊地發(fā)送數(shù)據(jù)。環(huán)型網(wǎng)也叫作令牌傳遞環(huán),它是一種常用的局域網(wǎng)。隨機接入的特點是所有的用戶都可以根據(jù)自己的意愿隨機地發(fā)送信息。總線網(wǎng)就屬這種類型。在總線網(wǎng)中,當兩個或更多的用戶同時發(fā)送信息時,會產(chǎn)生幀的沖突,從而導致沖突用戶的發(fā)送都失敗?，F(xiàn)已出現(xiàn)了多種解決沖突的網(wǎng)絡協(xié)議。隨機接入實際上就是爭用接入,爭用勝利者才可獲得總線,從而獲得信息的發(fā)送權(quán)。20世紀70年代初期,夏威夷大學首次試驗成功隨機接入。這是為了使地理上分散的用戶通過無線電來使用中心計算機。由于無線電信道是一個公用信道,一個站發(fā)送的信息可以同時被多個站收到,而每個站又是隨機發(fā)送的,因此這種系統(tǒng)是一個隨機接入系統(tǒng)。夏威夷大學早期研制的系統(tǒng)稱為ALOHA,ALOHA系統(tǒng)出現(xiàn)以后,很多性能更好的協(xié)議也相繼問世。例如,現(xiàn)已成為總線式局域網(wǎng)的標準協(xié)議。在無線局域網(wǎng)領域,CSMA/CD進一步演進為CSMA/CA。1.隨機接入ALOHA技術(shù)CSMA/CD稱為具有沖突檢測的載波偵聽多址訪問方法,是一種常用的隨機訪問方法。這類訪問方法是以ALOHA技術(shù)為基礎發(fā)展起來的,所以先介紹ALOHA爭用技術(shù)。ALOHA爭用技術(shù)可分為純ALOHA(pureALOHA)方式和時隙ALOHA(s1otALOHA)方式。在純ALOHA方式中,當某一站有數(shù)據(jù)分組需要發(fā)送時,它被立即發(fā)出。如果收到ACK信號,則表示發(fā)送成功;如果在規(guī)定的時間內(nèi)未收到ACK信號,則該站重發(fā)此分組。由于每站的分組的發(fā)送都是隨機的,因此存在兩個站同時發(fā)送而產(chǎn)生沖突的現(xiàn)象。即使是前一個分組的最后一位和后一個分組的最前一位發(fā)生重疊,也會造成這兩個分組不能正確接收。沖突現(xiàn)象發(fā)生以后,數(shù)據(jù)站隔一段時間重發(fā)該分組。圖310(a)所示為純ALOHA系統(tǒng)的原理。時隙ALOHA是純ALOHA的改進形式。在這種方式中,把時間分成長度為t的時隙,各站只能在每個時隙的前沿發(fā)送數(shù)據(jù)分組。這時,如果兩個站同時發(fā)送而發(fā)生沖突,則兩個數(shù)據(jù)分組完全重疊(不可能出現(xiàn)兩個分組局部重疊),這時發(fā)生沖突的最大時間間隔為t(一個分組的長度)。圖310(b)所示為時隙ALOHA系統(tǒng)的原理。2.載波偵聽隨機接入技術(shù)1)CSMA技術(shù)CSMA(載波偵聽多址訪問)技術(shù)是在隨機訪問技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的。數(shù)據(jù)站在傳輸分組之前,首先對媒質(zhì)進行監(jiān)聽,以確定媒質(zhì)是否已被其他站占用。如果媒質(zhì)是空閑的,則該站可以發(fā)送數(shù)據(jù)分組,否則,該站以某種算法延遲一段時間以后再重新傳輸。在分組傳輸以后,需要等待對方的肯定答復。CSMA系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)分組傳輸所遵守的規(guī)則又可分為非堅持CSMA、I堅持CSMA和P堅持CSMA。2)CSMA/CD技術(shù)CSMA/CD技術(shù)是在CSMA技術(shù)的基礎上增加了沖突檢測,從而進一步提高了信道的利用率。采用CSMA技術(shù)時,雖然在發(fā)送前進行載波偵聽,但兩個站發(fā)送的數(shù)據(jù)仍有可能發(fā)生沖突。CSMA/CD技術(shù)是在發(fā)送數(shù)據(jù)后對沖突進行檢測,如果檢測到?jīng)_突,則該站立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)分組,并發(fā)出一個短暫的阻塞信號。在發(fā)出阻塞信號以后,等待一段隨機時間,然后采用CSMA進行傳輸。檢測沖突有不同的方法?；鶐Ы邮諜C搜索高于預期的電壓電平來檢測沖突;寬帶接收機則常使用把發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收到的數(shù)據(jù)比特進行逐個比較的方法來檢測沖突,如果不一致,則說明發(fā)生了沖突。當沖突發(fā)生后,該站延遲一段隨機時間以后再重新傳送。隨機時間的確定按照某種算法進行,常用的算法之一是截斷的二進制指數(shù)退避算法,這時延遲時間T表示為T=rt1(3-1)CSMA/CD技術(shù)流程圖如圖311所示。采用CSMA/CD技術(shù)并適當?shù)剡x取延遲時間,可使信道的利用率達到90%。3.3數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡同步技術(shù)3.3.1全網(wǎng)同步1.主從同步主從同步是目前得到廣泛應用的一種同步方式。這種方式中,在一個交換局設立一個高精度的基準時鐘,通過傳輸鏈路把此基準時鐘信號傳送到網(wǎng)中的各從節(jié)點,各從節(jié)點利用鎖相環(huán)把本地時鐘頻率鎖定在基準時鐘頻率上,從而實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點之間的時鐘信號同步。主從同步網(wǎng)中時鐘的傳輸可以呈現(xiàn)星型結(jié)構(gòu)或樹型結(jié)構(gòu)。在星型結(jié)構(gòu)中,基準時鐘信號通過鏈路直接傳送至從節(jié)點,但由于有些節(jié)點和擁有基準時鐘的主節(jié)點之間無直達傳輸鏈路,這時必須采用逐級傳送的方式,傳輸路線呈樹型結(jié)構(gòu)。1)主從同步的工作原理等級主從同步是為改善可靠性而采用的一種主從同步方式。這種方式中,交換局的時鐘精度都有一個等級,當基準時鐘失效時就采用次一等級的時鐘作為主鐘,傳送至各個交換局的時鐘信息都帶有等級識別信息。這是以復雜性換取可靠性的一種同步方式。從節(jié)點時鐘系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是一個帶有變頻振蕩器的鎖相環(huán),如圖312所示。從較高一級或者主節(jié)點來的定時信號輸入到相位比較器,鎖相環(huán)的壓控振蕩器(VCXO)根據(jù)比較器的輸出產(chǎn)生新的時鐘信號。從節(jié)點的時鐘系統(tǒng)有4個作用:(1)產(chǎn)生時鐘信號供給本節(jié)點的數(shù)字設備;(2)當輸入的時鐘信號失效時能繼續(xù)輸出穩(wěn)定的時鐘信號;(3)減少從高一級節(jié)點送來的時鐘信號中所含的高頻噪聲分量;(4)避免由于時鐘輸出線路的改換而引起的相位跳躍。2)主從同步的特點主從同步是同步網(wǎng)中采用的主要方式,其主要特點可以歸納如下。(1)主要優(yōu)點包括:①在主從同步的區(qū)域內(nèi)形成一個全同步網(wǎng),從而避免了準同步網(wǎng)中固有的周期性滑動;②在主從同步網(wǎng)中絕大多數(shù)的節(jié)點是從節(jié)點,從節(jié)點的時鐘處于跟蹤基準時鐘狀態(tài),因此從節(jié)點的壓控振蕩器(VCXO)只要求較低的精度;③從節(jié)點的控制過程較為簡單,適用于樹型或星型網(wǎng)絡,這和當前電信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是一致的。(2)主要缺點包括:①一旦與主節(jié)點的基準時鐘或定時信號傳輸鏈路發(fā)生故障,將會導致全系統(tǒng)或局部系統(tǒng)喪失同步能力,必須設置多重備份設備;②系統(tǒng)采用單端控制,定時信號傳輸鏈路上的擾動會導致定時基準信號的擾動,這在一定程度上會影響時鐘同步的質(zhì)量。3)鎖相環(huán)的耦合在主從同步網(wǎng)中采用的鎖相環(huán)有緊耦合和松耦合兩種。(1)緊耦合鎖相環(huán)。緊耦合鎖相環(huán)是指普通的鎖相環(huán)。當鎖相環(huán)正常工作時,它的輸出時鐘信號頻率緊緊跟隨基準時鐘信號頻率,而當基準時鐘信號不復存在時,鎖相環(huán)的輸出信號與原基準信號不再存在依賴關(guān)系,因而偏離了基準頻率。這種輸出信號頻率緊緊地與基準信號頻率耦合在一起的鎖相環(huán)稱為緊耦合鎖相環(huán)。(2)松耦合鎖相環(huán)。松耦合鎖相環(huán)是指采用微機控制的具有頻率記憶功能的鎖相環(huán)。該鎖相環(huán)依靠微處理器根據(jù)統(tǒng)計平均規(guī)律建立虛擬基準源,虛擬基準源存儲輸入基準信號頻率信息。一旦基準時鐘信號丟失,鎖相環(huán)能按照存儲的基準時鐘信息繼續(xù)工作相當長的時間。這種鎖相環(huán)即使在基準信號丟失的情況下,環(huán)路振蕩器的輸出頻率仍可保持為基準信號頻率,環(huán)路的輸出信號頻率和輸入基準信號頻率耦合不緊,因此稱為松耦合鎖相環(huán)。采用松耦合鎖相環(huán)時,即使時鐘分配鏈路中斷幾天,仍可使節(jié)點時鐘達到同步精度的要求。因此,這種松耦合鎖相環(huán)在長途局這一級的時鐘產(chǎn)生系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。松耦合振蕩器是松耦合壓控晶體振蕩器(LCVCXO)的簡稱,是網(wǎng)同步鐘的核心部件。它的各項指標直接決定了同步鐘的指標。正常運行時,松耦合振蕩器的輸出頻率緊跟于輸入的同步頻率,當輸入頻率消失后,立即進入記憶狀態(tài),輸出頻率保持在輸入消失前瞬間的頻率及相位。此后由于晶體老化等影響,輸出頻率會慢慢地變化,性能良好的電路可保證在一天或幾天后的變化很小。具備以上有記憶性能的同步振蕩器就叫作松耦合振蕩器。圖313所示為采用松耦合振蕩器(LCVCXO)的鎖相環(huán),輸入為5MHz正弦波。+2dB電壓電平經(jīng)整形器后輸出5MHz方波,其與放大輸出送來5MHz方波在鑒相器中進行比相,輸出直流鑒相電壓Ud,加于運算放大電路中。運放電路:由運算放大器及其他RC組件組成,它對Ud小的變化放大,并加以時延校正,輸出放大后的電壓UA,加于記憶轉(zhuǎn)換電路中。記憶轉(zhuǎn)換電路:在正常工作時,輸出的控制電壓UC與輸入的電壓UA大小基本上相同。當輸入的5MHz基準信號消失后,記憶轉(zhuǎn)換電路輸出的控制電壓立即停于故障前瞬間的數(shù)值,即記住了故障前的情況。高穩(wěn)晶振也就是高穩(wěn)定度壓控晶體振蕩器,它受恒溫槽控制。它由高質(zhì)量的5MHz晶體及電路組成,其輸出頻率直接受控于輸入的控制電壓UC,當控制電壓由低到高變化時,輸出頻率變化應大于外來同步頻率最大偏差及自身老化引起的頻率變化。放大輸出:由門電路組成,它將高穩(wěn)晶振輸出比較小的信號放大整形,再送到鑒相器及濾波器。濾波器:由兩節(jié)低濾波器組成,輸出+2dB電壓電平的5MHz正弦波。故障檢測器:對輸入信號進行整流,對鑒相器情況進行監(jiān)視,當輸入信號消失后,對運放及記憶轉(zhuǎn)換電路進行封鎖,完成記憶功能,另外也發(fā)出各種告警信號。2.互同步為了克服主從同步過分依賴主時鐘源的缺點,可采用互同步,即讓網(wǎng)內(nèi)各站都有自己的時鐘,并將數(shù)字網(wǎng)高度互連實現(xiàn)同步。各站的時鐘頻率都鎖定在各站固有振蕩頻率的平均值上,這個平均值稱為網(wǎng)頻頻率,從而實現(xiàn)網(wǎng)同步。在互同步網(wǎng)中,交換節(jié)點無主節(jié)點和從節(jié)點之分。時鐘傳輸路線呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。各節(jié)點的時鐘信號由一多輸入端的鎖相環(huán)產(chǎn)生,一個節(jié)點的鎖相環(huán)的輸入信號是除了本節(jié)點以外的其他節(jié)點的時鐘信號,經(jīng)相位比較后取它們的加權(quán)平均值來控制壓控振蕩器。互同步的工作原理如圖314所示?；ネ骄W(wǎng)是一個復雜的多路反饋系統(tǒng)。在網(wǎng)中各節(jié)點時鐘的互相作用下,如果網(wǎng)絡參數(shù)選擇得合適,網(wǎng)中所有節(jié)點時鐘在經(jīng)過短暫的瞬態(tài)過程之后,最后將達到一個穩(wěn)定的系統(tǒng)頻率,從而實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點的時鐘同步?；ネ降目刂品绞娇梢苑譃閱味丝刂坪碗p端控制兩種,但兩者都屬于雙向控制。單端控制中傳輸?shù)氖莾蓚€局的時鐘頻率,而雙端控制除傳輸兩個局的時鐘頻率外,還傳送兩個節(jié)點的時鐘頻率經(jīng)相位比較器比較后的輸出信號。因此,其中一個節(jié)點的振蕩器除受本節(jié)點相位比較器的輸出信號控制外,還受另一節(jié)點的相位比較器的輸出信號所控制。采取這樣的措施以后,可以防止同步系統(tǒng)的系統(tǒng)頻率隨節(jié)點之間的傳輸時延的變化而變化,使得系統(tǒng)的頻率更穩(wěn)定。3.3.2準同步1.碼速調(diào)整法準同步網(wǎng)中,各站各自使用高穩(wěn)定時鐘,不受其他站的控制,它們之間的時鐘頻率允許有一定的容差。這樣各站送來的數(shù)碼流首先進行碼速調(diào)整,使之變成相互同步的數(shù)碼流,即對本來是異步的各路數(shù)碼流進行碼速調(diào)整。碼速調(diào)整分為正碼速調(diào)整、負碼速調(diào)整和正負碼速調(diào)整三種。碼速調(diào)整的主要優(yōu)點是各站可工作于準同步狀態(tài),而無需統(tǒng)一時鐘,故使用起來靈活、方便,這對大型通信網(wǎng)有著重要的實用價值。由于該法的讀出時鐘是從不均勻的脈沖序列中提取出來的,因而有相位抖動,需采取措施來克服,否則會影響傳輸質(zhì)量。2.水庫法水庫法是通過在通信網(wǎng)絡交換站設置極高穩(wěn)定度的時鐘源和容量足夠大的緩沖存儲器,使系統(tǒng)在很長的時間間隔內(nèi)不發(fā)生“取空”或“溢出”現(xiàn)象。但是,在一段時間后,存儲器的容量再大,也會發(fā)生“取空”或“溢出”現(xiàn)象,所以每隔一段時間要對存儲器作一次校準。準同步網(wǎng)中常用的時鐘為銫鐘,它的頻率精度為1×10-11。同時,為了提高可靠性,每個節(jié)點一般設置3臺原子鐘,使其處于自動切換狀態(tài)。準同步方式主要用于國際電話網(wǎng)中或幅員遼闊的國內(nèi)網(wǎng)中。在國際電話網(wǎng)中采用準同步方式,可以避免國家之間的從屬與牽制;在大國的國內(nèi)網(wǎng)中采用準同步方式,可以使網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)靈活,并避免時鐘信號或控制信號的長距離傳輸。3.3.3同步方法的比較主從同步法實施容易,沒有網(wǎng)絡的穩(wěn)定性問題。但是由于該方法依賴于單個主時鐘,所以其可靠性低。因此,從局中的時鐘應有相當高的穩(wěn)定度,使得全部系統(tǒng)在主時鐘故障期間能夠維持工作?；ネ椒ㄖ械膯味丝刂七m用于網(wǎng)狀網(wǎng),定時可靠性有很大改善,時鐘穩(wěn)定度原則上低于主從同步法所要求的時鐘穩(wěn)定度。其缺點是系統(tǒng)頻率變化頻繁,而系統(tǒng)頻率又與傳輸時延的改變有關(guān)。雙端控制由于系統(tǒng)頻率和時延變化無關(guān),故同步系統(tǒng)得到進一步改善,但是系統(tǒng)變得更為復雜。準同步方法適用于各種規(guī)模和結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡,這種方法容易實施,而且沒有穩(wěn)定性問題,又使得各個國家之間處于平等地位。其主要缺點是為了滿足正?；a指標必須使用成本高的高穩(wěn)定時鐘。3.4數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡協(xié)議3.4.1數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡協(xié)議體系結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)據(jù)鏈的特點及其所需要的技術(shù)體制,在OSI和TCP/IP分層模型的基礎上,這里給出一種數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡協(xié)議體系結(jié)構(gòu),如圖315所示。其結(jié)構(gòu)分為5層,從低到高依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層。對數(shù)據(jù)鏈來說,數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的應用層支持各種戰(zhàn)術(shù)任務需求,對信息的及時性、完整性和抗干擾提出一定的要求。信息標準位于傳輸層,它的功能是用統(tǒng)一標準和方法對數(shù)據(jù)編碼,確保應用層所生成的報文可以被較低層接受,同時對報文進行加密和解密。網(wǎng)絡層確定信息分組從源端到目的端的路由,保證報文到達正確的目的地。數(shù)據(jù)鏈路層完成數(shù)據(jù)鏈信息的匯編,根據(jù)優(yōu)先方案來傳輸待發(fā)報文,并實現(xiàn)報文加密。數(shù)據(jù)鏈路層的媒體接入控制子層使得每個網(wǎng)絡參與組的報文在特定的一個時間段里進行發(fā)送。傳輸信道位于物理層,信息在這里進行調(diào)制和變頻后,被放大、濾波和傳輸,同時實現(xiàn)傳輸加密。1.應用層應用層用于產(chǎn)生各種消息。各種戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)的應用在應用層產(chǎn)生。指令消息在發(fā)布時已按照所使用的消息標準進行了定義。2.傳輸層傳輸層將應用層傳送來的消息封裝或?qū)碜韵聦拥母袷交⒔夥庋b后送往應用層,對格式化消息添加/去除加密數(shù)據(jù)段,同時對消息進行CRC編/解碼。3.網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層將傳輸層產(chǎn)生的報文進行分組或打包,或?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)重新組裝成報文,以便進行網(wǎng)絡間數(shù)據(jù)的傳送。網(wǎng)絡層確定信息分組從源端到目的端的路由,保證報文到達正確的目的地。當需要超視距傳輸時,網(wǎng)絡層為中繼節(jié)點實現(xiàn)路由選擇功能。4.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層是數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中最重要的一層。該層負責信道訪問控制協(xié)議以及數(shù)據(jù)鏈路層功能的實現(xiàn)。在數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡中,一般采用時分多址(TDMA)或動態(tài)時分多址(DTDMA)網(wǎng)絡協(xié)議,以提高網(wǎng)絡傳輸效率和抗毀能力,減少網(wǎng)絡附加操作。數(shù)據(jù)鏈路層分為鏈路管理實體子層(LME,layermanagemententity)與媒體接入控制(MAC)子層。1)鏈路管理實體子層(LME)LME的主要功能包括鏈路管理、差錯控制等。鏈路管理包括在參與單元之間建立、維護和終止數(shù)據(jù)鏈通信所需要的各種活動。除了正常的出入網(wǎng),系統(tǒng)運行期間還會造成終端中斷,這就需要制定各種管理策略,以保證鏈路的正常運行。數(shù)據(jù)鏈路層差錯控制一般采用交織以及CCSK編碼等技術(shù)來實現(xiàn),各種錯誤的恢復則靠反饋重發(fā)技術(shù)來完成。2)媒體接入控制(MAC)子層MAC子層規(guī)定了不同的用戶如何共享可用的信道資源,即控制移動節(jié)點對共享無線信道的訪問。其包括兩部分:一是信道劃分,即如何把頻譜劃分為不同的信道;二是信道分配,即如何把信道分配給不同的用戶。信道劃分的方法包括頻分、時分、碼分或這些方法的組合。MAC子層同時還實現(xiàn)信道監(jiān)測及網(wǎng)絡同步功能。在時分多址協(xié)議中,通常指定一個用戶終端為網(wǎng)絡時間基準(NTR,networktimereference)。NTR周期性地發(fā)送同步信號,其他終端利用這個同步信號校準自己的網(wǎng)絡時間,以實現(xiàn)網(wǎng)絡同步。MAC子層同時規(guī)定網(wǎng)絡參與單元在特定的相應的時隙內(nèi)發(fā)送報文。5.物理層物理層是數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中的最底層,主要實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)、信道編碼、自適應功率控制、自適應干擾抵消、自適應速率控制等功能。另外,物理層還負責擴頻、跳頻等抗干擾技術(shù)的實現(xiàn),以保證通信的安全。同時,物理層將接收機接收到的報文解調(diào)后交給數(shù)據(jù)鏈路層處理。為了對接收信號進行解調(diào),接收機須知道每個時隙中信號達到的準確時間,實現(xiàn)幀同步。因此,在數(shù)據(jù)的發(fā)送過程中,從數(shù)據(jù)鏈路層接收到的待發(fā)送報文需要加入同步和定時脈沖,然后變頻到可用載波頻率發(fā)送出去。3.4.2Link16的網(wǎng)絡協(xié)議根據(jù)上述的5層數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡協(xié)議體系結(jié)構(gòu),下面分析Link16的網(wǎng)絡協(xié)議。1.應用層在Link16的應用層中,平臺任務系統(tǒng)(包括指控系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等)產(chǎn)生各種雷達跟蹤數(shù)據(jù)、往返計時消息、參與者精確定位與識別消息、數(shù)據(jù)話音以及自由文本信息等原始數(shù)據(jù),發(fā)送給戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)(TDS),并按照規(guī)定的J消息格式進行處理。2.傳輸層傳輸層主要用于格式化檢錯編碼/解碼、格式化封裝/去封裝、消息加密/解密等。1)檢錯編碼傳輸層將應用層傳送來的格式化數(shù)據(jù)進行分組,分組包含210bit信息。根據(jù)Link16J消息格式的規(guī)定,每個碼字有70bit信息,因此每組210bit信息可包括3個碼字。每組210bit的格式化數(shù)字信息,再加上發(fā)射平臺的航跡號15bit信息,共225bit信息,采用(237,225)生成多項式g(x)=1+x12對其檢錯編碼,生成12bit檢錯編碼。這12bit監(jiān)督位信息是對整個225bit數(shù)字信息的差錯監(jiān)督,不管哪一種消息封裝,都是每3個碼字一組,再加上報頭的15bit航跡號而形成(237,225)檢錯編碼的。然后,按照J消息格式中的報頭字規(guī)定,為每次消息傳輸生成一個35bit的報頭字。2)格式化封裝訪問Link16的基本單元是時隙。每個網(wǎng)絡成員終端都分配一定的時隙用于發(fā)送或接收信息。對于每個時隙來說,都有發(fā)送消息的時機。從時隙開始至時隙結(jié)束,每個時隙由抖動、粗同步、精同步、報頭和傳輸數(shù)據(jù)等多個成分組成。在Link16中,針對不同的傳輸需求(如信息傳輸速率、傳輸可靠性、傳輸距離等)共有4種封裝格式,它們分別以3個碼字、6個碼字和12個碼字為一組的形式傳輸消息。如果組中沒有足夠的碼字來填充,則終端用“無陳述”碼字填充。以3個碼字為一組的消息封裝格式稱為標準雙脈沖封裝格式(STDP);以6個碼字為一組的消息封裝格式稱為兩倍壓縮格式(P2),其具體包括兩倍壓縮單脈沖封裝格式(P2SP)和兩倍壓縮雙脈沖封裝格式(P2DP);以12個碼字為一組的消息封裝格式稱為四倍壓縮單脈沖封裝格式(P4SP)。3)消息加密Link16端機采用兩層加密機制來保證信息傳輸?shù)陌踩浴＜用苁怯蒐ink16端機來完成的,并用一個保密數(shù)據(jù)單元(SDU)來操作,以產(chǎn)生消息保密變量(MSEC)和傳輸保密變量(TSEC)。在傳輸層中,將格式化數(shù)據(jù)封裝后,要對基帶數(shù)據(jù)進行加密處理,隨報頭發(fā)送出去。另外,在加密過程中產(chǎn)生的保密數(shù)據(jù)單元,用于Link16端機的保密處理。3.網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層確定信息分組從源端到目的端的路由,保證報文到達正確的目的地。網(wǎng)絡層的功能主要是將傳輸層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行編址打包,以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡中的傳輸,并提供中繼和路由功能。對于Link16來說,網(wǎng)絡層的功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1)網(wǎng)絡參與組在Link16中,網(wǎng)絡容量并不直接分配到用戶,而是首先分配到網(wǎng)絡參與組(NPG),然后分配到加入NPG的用戶。每一個NPG都是由一組J系列消息所構(gòu)成的,用于完成某類功能的消息。網(wǎng)絡對NPG及網(wǎng)絡參與單元進行唯一地址標識。在Link16中增加NPG而不直接將系統(tǒng)容量分配到用戶,其目的是使Link16能夠?qū)W(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù))進行管理。也就是說,只有需要這些數(shù)據(jù)的用戶才能接入這個NPG,從而接收相應的信息,并將信息傳送到需要的地方。2)多網(wǎng)在Link16中,不同的消息封裝格式?jīng)Q定了不同的系統(tǒng)吞吐量。但是,Link16可以通過多網(wǎng)的方式來提高系統(tǒng)吞吐量。3)中繼Link16的射頻信號工作在Lx波段,電磁波信號采用視距傳播方式。因此,當需要超過視距傳播或有視距通信障礙的情況時,必須采用中繼方式以擴展其傳輸距離。中繼是在網(wǎng)絡設計階段建立的,必須在地面提前規(guī)劃好,并由專門的時隙分配來完成中繼功能。因此,未規(guī)劃的作戰(zhàn)單元不能擔任中繼單元,無法根據(jù)戰(zhàn)場的動態(tài)需要適時調(diào)整,組網(wǎng)靈活性較差。Link16設計采用網(wǎng)絡層的路由技術(shù)。4.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層負責信道訪問控制協(xié)議以及數(shù)據(jù)鏈路層功能(如數(shù)據(jù)成幀、鏈路管理和差錯控制等)的實現(xiàn)。該層分為MAC與LME兩個子層。其中,LME子層的主要功能包括鏈路管理、差錯控制等,其差錯控制功能通常結(jié)合反饋重傳技術(shù)來完成各種錯誤信息的糾正,其協(xié)議內(nèi)容與常用的無線網(wǎng)絡協(xié)議基本相同,這里不再贅述。MAC子層的主要功能是規(guī)定不同用戶如何共享可用的信道資源。對于Link16來說,MAC子層協(xié)議采用時分多址(TDMA)接入方式,以實現(xiàn)作戰(zhàn)平臺無線信道的共享。在Link16中,根據(jù)網(wǎng)絡管理規(guī)定,每個成員輪流占用一定的時隙用來廣播自身平臺所產(chǎn)生的信息;在不廣播時,則根據(jù)網(wǎng)絡管理規(guī)定,每個成員接收其他成員廣播的信息。時隙是訪問Link16網(wǎng)絡的基本單元,每個時隙為7.8125ms,這些時隙被分配到參與Link16網(wǎng)絡的所有JU單元。在每個時隙時間內(nèi),JU單元發(fā)送或者接收消息。為了使Link16網(wǎng)絡內(nèi)的消息有序地傳送,Link16要求每個JU終端工作在同一個相對時間基準上,指定一個網(wǎng)絡成員擔任網(wǎng)絡時間基準(NTR),定義時隙的開始和結(jié)束。NTR周期性地發(fā)送入網(wǎng)消息,采用主從同步方式進行同步,使其他成員的時鐘與之同步,建立統(tǒng)一的系統(tǒng)時間。5.物理層物理層是數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中的最底層,主要用于與射頻信號產(chǎn)生相關(guān)的信道編碼、調(diào)制解調(diào)、功率控制等。另外,物理層還負責擴頻、跳頻等抗干擾技術(shù)的實現(xiàn),以保證通信的安全。為了提高信息傳輸?shù)目垢蓴_能力,Link16在物理層采用了糾錯編碼、交織、擴頻、MSK調(diào)制、跳頻和跳時等技術(shù)。3.5數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡規(guī)劃與管理3.5.1網(wǎng)絡規(guī)劃網(wǎng)絡規(guī)劃具體包括網(wǎng)絡設計和通信規(guī)劃兩個階段。網(wǎng)絡規(guī)劃時,信息搜集和需求分析是網(wǎng)絡規(guī)劃人員把握戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)需求,并得到對應鏈路需求的基本方法或途徑。網(wǎng)絡規(guī)劃的主要任務就是網(wǎng)絡規(guī)劃人員通過分析戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)需求,得到對應的鏈路需求,然后根據(jù)得到的鏈路需求進行系統(tǒng)配置,確定數(shù)據(jù)元素、通信協(xié)議和特殊點參數(shù),擬定應急處理、系統(tǒng)管理和信息管理等方案,最終形成網(wǎng)絡規(guī)劃的總體方案以及與每個數(shù)據(jù)鏈裝備對應的設備配置方案。設備配置方案是一種標準的格式化報文,適于在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中分發(fā),并且能夠被所有數(shù)據(jù)鏈裝備識別和使用。1.信息搜集和需求分析網(wǎng)絡規(guī)劃時,網(wǎng)絡規(guī)劃人員首先需要充分了解與戰(zhàn)術(shù)目標和任務對應的各類戰(zhàn)術(shù)需求。這些戰(zhàn)術(shù)需求包括兵力協(xié)同和控制、武器協(xié)調(diào)和控制、戰(zhàn)場態(tài)勢形成和分發(fā)等需求。這些戰(zhàn)術(shù)需求由作戰(zhàn)指揮人員來確定。作戰(zhàn)指揮人員通過分析戰(zhàn)術(shù)單元的布局、需要達到的戰(zhàn)術(shù)目標和需要支持的戰(zhàn)術(shù)任務歸納出這些戰(zhàn)術(shù)需求。根據(jù)戰(zhàn)術(shù)單元的布局和每個戰(zhàn)術(shù)單元的行動計劃,以及數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)需要滿足的戰(zhàn)術(shù)需求和需要支持的戰(zhàn)術(shù)環(huán)境,網(wǎng)絡規(guī)劃人員分析并確定數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的網(wǎng)絡容量、戰(zhàn)場覆蓋范圍、系統(tǒng)管理、通信管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、中繼和網(wǎng)關(guān)等需求,同時確定每個戰(zhàn)術(shù)單元需要對外發(fā)生的鏈接關(guān)系和每個鏈接關(guān)系對應的通信距離、通信內(nèi)容、通信容量和通信模式,以及實時性、安全性、可靠性和抗干擾能力等要求。這些需求和要求是數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的鏈路需求的核心內(nèi)容。對于以數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運用研究、數(shù)據(jù)鏈通信功能驗證和數(shù)據(jù)鏈通信協(xié)議測試等為目標的軍事演練活動來說,數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的鏈路需求可以由軍事演練籌備組或?qū)а莶康闹笓]人員直接提出。2.系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置的過程就是根據(jù)已經(jīng)得到的鏈路需求,為戰(zhàn)術(shù)單元選擇數(shù)據(jù)鏈類型,確定數(shù)據(jù)鏈裝備,在所選的數(shù)據(jù)鏈裝備之間進行通信容量、裝備地址、航跡號塊、密鑰材料分配和責任指派,并形成各數(shù)據(jù)鏈裝備唯一的設備配置方案的過程。系統(tǒng)配置過程中的責任指派包括指定用于網(wǎng)絡集中控制的網(wǎng)絡控制單元、用于支持多數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設備,以及用于控制信息分發(fā)和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)過濾器。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設備要求具備能夠支持多種類型數(shù)據(jù)鏈的多數(shù)據(jù)鏈工作能力。在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中,每個數(shù)據(jù)鏈裝備都應該具有一個獨一無二的數(shù)據(jù)鏈裝備地址。數(shù)據(jù)鏈裝備地址是數(shù)據(jù)鏈裝備在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中相互區(qū)分、呼叫連接和信息分發(fā)的重要標識。航跡號提供標準的索引用于系統(tǒng)中交換目標信息,以及與目標信息對應的情報和命令。航跡號可以用于數(shù)字和語音兩種通信,唯一地標識系統(tǒng)中所交互的點、線和面等信息。航跡號塊通常是一組連續(xù)的航跡號。在系統(tǒng)配置過程中,網(wǎng)絡規(guī)劃人員需要為可能產(chǎn)生戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)鏈裝備預先分配互不重疊的航跡號塊。在隨后的作戰(zhàn)運用過程中,每個數(shù)據(jù)鏈裝備都在自己占有的航跡號塊中,為自己啟動的航跡報告選擇互不重疊的航跡號。3.數(shù)據(jù)元素和通信協(xié)議數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)鏈接關(guān)系的基礎。大多數(shù)數(shù)據(jù)元素都有與其可能取值關(guān)聯(lián)的“固定”含義。這些含義被編進數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的軟件、顯示和輸入裝置,而且在整個數(shù)據(jù)元素詞典和格式化信息標準的穩(wěn)定期是不能改變的。但是,也有少量數(shù)據(jù)元素兼有固定的和自適應的值,或者只有自適應值。在數(shù)據(jù)元素詞典中,數(shù)據(jù)元素的自適應值沒有固定的含義。在網(wǎng)絡規(guī)劃時,網(wǎng)絡規(guī)劃人員必須標出每個有自適應值的數(shù)據(jù)元素應申報的固定值,以及這些固定值在隨后的作戰(zhàn)運用過程中所臨時附加的含義。數(shù)據(jù)元素自適應值的采用極大地增強了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中報告內(nèi)容的靈活性,有利于滿足特殊戰(zhàn)術(shù)任務和戰(zhàn)術(shù)環(huán)境對應的戰(zhàn)術(shù)需求。通信協(xié)議的選擇與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和通信內(nèi)容有著直接的關(guān)系。對于點對點結(jié)構(gòu)來說,可以選擇點對點通信協(xié)議;對于點對多點的星型結(jié)構(gòu)來說,可以選擇集中控制式的點名呼叫、尋址呼叫和廣播通信協(xié)議;對于多點對多點結(jié)構(gòu)來說,可以選擇時分多址或碼分多址的通信協(xié)議。通信內(nèi)容對通信協(xié)議的選擇也有很大的影響。對于目標信息來說,需要強調(diào)的是信息傳輸?shù)膶崟r性。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)力求提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?縮短目標信息的更新周期,以便及時地顯示出目標的軌跡。利用數(shù)字融合技術(shù)對目標進行相關(guān)平滑處理,作戰(zhàn)指揮單元可以自動剔除目標軌跡中的奇異點。因此,不一定要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)媒^對無誤。對于報文和傳真這類要求無誤傳輸?shù)男畔碚f,所選用的通信協(xié)議需要在糾錯編碼的基礎上進一步采用CRC校驗技術(shù)和ARQ自動反饋重發(fā)技術(shù),以確保這類信息的無誤接收。4.特殊點參數(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的一個基本任務就是為參與系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)單元提供一張清晰一致的戰(zhàn)術(shù)圖像。在這張戰(zhàn)術(shù)圖像中,各類目標的位置和航跡是構(gòu)成圖像的核心要素,是系統(tǒng)中各戰(zhàn)術(shù)單元實施戰(zhàn)場管