Unlock-TDMA网络协议的关键技术——时隙同步技术

— —时隙同步技术 + ,-. 网尔滨工程大学 电子工程系， 黑龙江 哈尔滨 ! ） ) " " " ! 摘 要： （时分多址） 网络协议是利用时间的正交性实现信道共享， 网内各个站点按照时隙方式工 + , . 作， 不存在发生碰撞和相互竞争问题。+ 必须有统一的时间基准， 站点的时隙必须 , . 网络是一种同步网络， 键 词： 时分多址； 时隙同步； 网络控制； 时元
在P （码分多址） 的多址效应和远 近效 ,-. 协议 应。本文主要是关于 + ,-. 协议方案和其中的 时隙同步技术。
! + ,-. 协议
! 1 ! 网络定时 在+ 信道按时间轴划分为 ,-. 方式工作下， 周期性的时元， 又将时元划分为若干个帧， 帧的重 复周期为帧周期， 每一帧内部又划分为若干个时 隙， 时隙的长度应大于报文分组长度。网络中每 个站点和可占用帧中的一个时隙， 时隙的个数应 大于等于网络中站点的个数。在协议中， 时元的 ， 每个时元可分为 帧， 帧的周期为 长度为* ) " N ! " 每一帧又分为 个时隙， 时隙的长度为 ， * ) N E * ) ! N 网络中的站点的最大数目 （视需要而定） 为* (个，
图! 同步后网络时隙示意图
迟不同， 即! ， 而且 ! 是未知 ! ! ! ! ’! (! ! ’! (! ! 的， 如果据此作为时隙基准， 将造成网络的工作混 乱， 例如： 站 ’ 在其时隙起点发射时， 而站 ( 和站 不能正常接收。另 !并未进入对应的时隙起点， 外， 由于时钟频率稳定度的限制， 在一个时元内， 定时会发生漂移， 而且各个站点的时钟漂移量不 同， 导致了同步抖动。因此， 需要进一步对发射时 隙的发射起点进行校准。 根据网内站点间的最大通信距离和时钟的频 率稳定度可以计算出最大的同步误差 " ， 各站 ! ) * + 在发射时隙内， 先延迟 " ， 然后再开始发射信 ! ) * +
号， 确保所有其它站均已进入该时隙并处于等待 图中实长条为发射信号时 接收状态， 如图,所示， 间。发射延时时间 （保护时间） 应计算在时隙保护 时间内， 计算关系如下。 同步误差-信号传播延时.系统延时 发射保护 - 最大同步误差 . （一个时元中时 钟最大定时抖动） / ( 保护时间" ( /发射保护.最大传播延时
" 引
言
+ ,-. 协议将时间轴划分成一定长的时元， 每个时元划分成时隙， 在每个时元内给每个网络 站点分配一定数量的时隙以发射信号， 而在不发 射信号的时隙中则接收其它站点所发射的信号。 每个网络站点均备有准确的时钟， 为了实现时分 多址工作， 要以一指定站的时钟为基准， 其它站点 的时钟则与之同步， 形成统一的系统时钟。 + ,-. 网络时隙的划分方法应根据实际的 通信需要来决定。网络的时隙划分必须满足通信 的实时性需要， 同时也应考虑网络的效率， 时隙太 小网络的实时性好但效率太低， 时隙太长又不能 保证通信的实时性。+ ,-. 协议应用在对实时 性要求比较高的数据通信中， 性能比较稳定， 不存
时元结构：
：为第- 个时隙分配的地址号 % # !& ， ,, 帧标志， 两个 " 或" ， 之间为一帧信息 "： # " 帧校验序列， 用于校验两帧标志间的数据 " ’ (： ： 源地址 ： 目的地址 信息数据长度 % % +： ( * 控制信息， 可编码表示为申请新时隙、 卸 ’： 载该时隙、 卸载该地址所有时隙 # , ! 网络控制原则 在$ 网络采用集中控制的方式 %&’ 方式下， 进行网络各项控制功能， 在网络中只有一个 “网 控” 站及最多 & # 个 “从属” 站。网络控制信息 由 “网控” 站在每一帧开始时发送， 并且占用 # 个 因此一 标准的时隙宽度， 每帧中有"个申请时隙， 帧中有 & . !个时隙。 ） 网络启动 # “网控” 站按内部定时发送控制帧， 即完成 ! 启动操作； “从属” 站要至少收到两个连续、 有效的控 ! 制帧才能按分配的时隙入网， “ 从属” 站在两个 / 0 之间应调整本地定时， 与 “网控” 站同步。 ） 网络常规运行 " 进行常规运行状态， 此时 “网 !网络启动后， 控” 站按网络定时发送帧控制信息， 各从属站统计 已分配时隙的网络信号及其控制信息。当统计到 已分配时隙未使用或有控制信息， 应在下一帧转 入相应的操作。 ） 时隙申请 （适用于已入网的站点） ! “网控” 站申请新的时隙只须在同步控制帧 ! 中相应的时隙控制段填入本站地址， 并在该时隙 发送工作帧即可； “从属” 站应在控制信息 ’ 中标志申请时 ! 隙， 并在下一帧时隙分配中得到确认后才申请成 功。 ） 取消时隙预约 1 “从属” 站在某一时隙控制信息 ’ 中标志 ! 卸载时隙时， 即完成对该时隙的取消预约； “网控” 站收到有效的卸载时隙申请， 即取 ! 消该站点时隙的预约。 ） 新站入网 2 新站入网前应至少收到两个连续的、 有效 ! 控制帧以便与 “网控” 站达到同步； “网控” 站分配时隙时， 如有空时隙则分配 ! 空闲时隙； 如无空闲时隙则将占用时隙多、 先占用 时隙的站点时隙分配给新入网站。
! 与时间基准同步。因此， 时隙同步技术是 + , . 网络协议的关键技术。
关
中图分类号： + / # ! 0 1 ( 文献标识码： .
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控制帧：
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工作帧 （数据传送帧） ：
! " ) % * ’ # %
申请入网帧：
+
信息数据 " ’ ( "
! " ’ ( " ) " # " %
图" 帧的数据结构
其中： 导前序列， 用于启动及同步解调器 !： ： 帧头标志， 用于帧同步 " # 当前帧的帧号 $：
图, 网内各站的发射时隙
! 结束语
分时隙共享信道 0 分 1 2 3 协议适合无中心、 布式的、 广播方式的网状网结构， 能同时实现一点 对多点、 点对点、 多点对一点、 多点对多点的通信， 并且实现了网络的数据共享。由于网络内各个站 点的发射时隙是彼此不同的， 网络站点之间的信号 发射在时间上是正交的， 不存在相互干扰问题， 通 信的质量有了很大的改进， 实时性也得到了保证。 但必须有准确的时隙同步， 以确保在某个站点的发 射时隙内其它站点均停止发射。时隙的划分越细， 时隙的长度越小， 对系统的要求就越高， 在实现上 的难度就越大。因此， 如何合理地划分 0 1 2 3协 议中的时隙， 要全面综合考虑。在未来的通信领域 里， 尤其是军事通信方面， 0 1 2 3 由于其特有的稳 定性和实时性， 将会有着广泛的应用。
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收稿日期： ( " " ! $ " 0 $ ! ! 作者简介： 张菊茜 （ ， 女， 河南南阳人， 哈尔滨工程大学电子工程系硕士研究生， 主要研究方向： 嵌入式系统及数字通信 ! # & % $） 技术。
・# 3・
应
用
科
技
第" 4卷
为了保证每一个站点至少可占用帧中的一个时 隙， 一帧中的工作时隙为 ! " 个。设网络最多有 时元结构和帧结构如图#所示。 ! "个站点，
图# $ % & ’ 的网络定时
在帧 结 构 中， 时 隙 分 为 ! 类， ( ) 为控制时 控制时隙 隙， (* 为工作时隙， ( + 为申请时隙； 在每一帧的第一个时隙， 用于帧同步和指示各时 隙； 工作时隙为 ! 用于各站点发射本站的信 " 个， 用于 息； 每帧中的最后"个时隙为入网申请时隙， 时隙申请或需要入网的站点间主站发射入网申 请。 各个站点的时隙分配数可由主站根据各站点 的情况预先规定， 当所分配的工作时隙不能满足 要传送的信息量的要求时， 从站可向主站申请更 多的时隙， 或者当某个从站工作量很少甚至没有 信息要发送时， 主站可减少或取消对该站的时隙 分配， 实现动态时隙分配。 # , " 帧的数据结构及帧的数据类型 在$ 帧分为控制帧和数据 %&’ 工作方式下， 传送帧 （工作帧） ， 控制帧用于帧同步和时隙分配； 工作帧用传送数据； 申请入网帧用于新站入网申 请。帧的组成如图"示。
第( W卷第%期 ( " " !年%月
应 用 科 技 . I 9 B T < J 9 B ; J B : ; T + B J Q ; F I F C C A O
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文章编号： （ ） ! " " # $ % & ! ’ ( " " ! " % $ " " ! ) $ " *
" $ %&’ 网络协议的时隙同步
为了使 $ %&’ 网络按时分多址方式正确地
第8期
张菊茜， 等： — —时隙同步技术 0 123 网络协议的关键技术—
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工作， 网内所有站点对时元和时隙的划分必须有 统一的标准， 使每一次发射都以统一的时隙起点 作定时基准。 被指定作为时间基准的网络站点 （主站） 要定 期例如每时元一次发射时间基准和入网消息， 即 每隔一个时元周期网络重新同步一次， 这样可降 低对时钟稳定度的要求， 还能使需要入网的站点 快速地入网， 也可以使备用时间基准站能快速地 识别主站的工作状况。 按照时隙的划分方法， 每! " # $为一个时元， 每时元的第一个时隙为网络控制时隙， 在该时人 发送同步符号， 由此可使整个网络获得进间同步。 同步后的时隙如图!所示。 利用网控时隙的同步序列可获得时隙同步。 同步必须可靠， 因此利用对调解器的控制使调解 解扩， 当 器采用长的 % & 码对同步序列进行扩频 ! 调解器获得同步序列的解扩相关峰值即向网控器 发送同步脉冲， 网控器据此完成同步。 时隙同步后， 网内站点获得的时隙起点如图 实竖线 !所示。图中虚线表示准确的时隙起点， ， 站( ， 站! 表示同步后获得的时隙起点， 由于站 ’ 与主站的距离差别导致同步序列到各站的传播延
（, ， ， ， ） B D E F GH I B J D K F ; 9 JH ; E 3 : K L 9 ;H ; 9 ; B B K 9 ; ; 9 M B K N 9 D 3 : K L 9 ;! ) " " " ! P Q 9 ; : C A A A= O
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