基于定时模型的VSAT时隙ALOHA系统性能

可以将信道利用率提高一倍，因此，实际的通信系统大多采 用 时 隙 ＡＬＯＨＡ 方 式 。 ［２，３］
撞，两个数据帧都可 以 被 无 冲 突 地 接 收。 但 若 定 时 偏 差 导 致 有效载荷数据在发送时间上有重叠，则两个数据帧就会碰 撞，
影响 ＡＬＯＨＡ 系统 稳 定 性 和 吞 吐 效 率 的 主 要 因 素 是 碰 导致数据发生冲突。因此，保 护 时 间 作 为 准 同 步 ＡＬＯＨＡ 系
性能进行了研究，但它们都假设定时是精确的或准精确的，在 保护时间才能获得最优的系统性能和稳定性？本文从定时 模
分析系统性能时没有考虑定时因素的影响。
关键词 ＶＳＡＴ，准同步，时隙 ＡＬＯＨＡ，吞吐率
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ＶＳＡＴ Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｉｍｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ
ＧＵＯ Ｘｉａｏ ＺＨＡＮＧ Ｇｅｎｇ－ｘｉｎ ＮＩＵ Ｄａ－ｗｅｉ ＺＨＡＮＧ Ｌｅｉ ＰＥＮＧ Ｌａｉ－ｘｉａｎ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＰＬＡ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ＶＳＡＴ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡ ｍｅｔｈｏｄ，ａｓｓｉｇｎｉｎｇ ｇｕａｒｄ ｔｉｍｅ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ｆｒａｍｅ ｆｏｒｍａｔ ｄｅｓｉｇｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｆｒｅｅ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｉｎ ｑｕａｓｉ－ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＡＬＯＨＡ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｆｒｏｍ ｔｉｍｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｇｕａｒｄ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｉｍｉｎｇ
基于 ＡＬＯＨＡ 的随 机 接 入 方 式 是 一 种 非 常 简 单 的 多 用 保护时间，以避免时隙定时的不确定性引发的数据碰撞。
户通信方式，被广泛应用于 ＶＳＡＴ 卫 星 数 据 通 信 系 统 等 多 种
如图１所示，定时偏 差 导 致 两 个 时 隙 数 据 帧 的 发 送 时 间
通信系统中［１］。时 隙 ＡＬＯＨＡ 系 统 相 对 于 纯 ＡＬＯＨＡ 系 统 有重叠，但由于保护时间的存在，不会引起有效载荷数据的 碰
ｔｉｍｅ ｗｉｌｌ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＶＳＡＴ，Ｑｕａｓｉ－ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ，Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡ，Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ
１ 引 言
这样的系统称 为 准 同 步 ＡＬＯＨＡ 系 统。 为 了 保 证 数 据 帧 能 够 无 碰 撞 地 被 接 收，需 要 在 数 据 帧 的 头 部 和 尾 部 设 置 一 定 的
撞现象的发生。文献［４，５］基 于 非 对 称 多 包 接 收 （ＭＰＲ）模 型 统设计的重要参数，会对时 隙 ＡＬＯＨＡ 系 统 的 性 能 和 稳 定 性
研 究 了 系 统 的 稳 定 性，从 而 得 到 了 多 户 系 统 稳 定 区 域 的 详 细 产生影响。如果保护 时 间 设 置 过 大，会 挤 占 有 效 数 据 发 送 时
ｗａｒｐ ｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ａ ｓｃｈｅｍｅ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｇｕａｒｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｎｕｍｅｒｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｔｉｍｉｎｇ ｗａｒｐ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔβ≤０．５，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｏｐｔｉｍｕｍ ｇｕａｒｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔαｏｐｔ ，ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｉｔ ａ ｇｕａｒｄ ｔｉｍｅ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｍａｘｉｍａｌ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎ．Ｗｈｅｎ ｔｉｍｉｎｇ ｗａｒｐ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔβ＞０．５，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｆｒａｍｅ ｇｕａｒｄ
第 ３９ 卷 第 １１ 期 ２０１２ 年 １１ 月
计算机科学 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ ２统性能研究
郭 晓 张更新 牛大伟 张 磊 彭来献 （解 放 军 理 工 大 学 通 信 工 程 学 院 南 京 ２１０００７）
摘 要 在采用时隙 ＡＬＯＨＡ 方式的 ＶＳＡＴ 卫星数据通信系统中，为数据帧分配保护时间是帧格式设计中 的 一 项 重 要任务。利用系统的定时关系给出准同步时隙 ＡＬＯＨＡ 系统数据帧无冲突接 收 的 充 要 条 件，在 此 基 础 上 分 析 了 保 护 时间、定时偏差对系统性能的影响，并给出了最佳 保 护 系 数 的 解 析 表 达 式。 数 值 仿 真 结 果 表 明：当 定 时 偏 差 系 数β≤ ０．５ 时 ，存 在 着 一 个 最 优 的 保 护 系 数αｏｐｔ ，据 此 设 定 数 据 帧 的 保 护 时 间 可 获 得 系 统 最 大 吞 吐 率 ；当 定 时 偏 差 系 数β＞０．５ 时 ，增 加 数 据 帧 的 保 护 时 间 会 减 小 系 统 吞 吐 率 。
特征。文献［６，７］基于离散马尔可夫链模型研究了系 统 性 能， 间；如果保护时间设置过小，则会增加定时不稳定带来的数 据
并给出了相应的优化策略。文献［８］则研究了 ＣＤＭＡ 扩 频 信 帧碰撞。相对于精确 定 时 系 统，非 精 确 定 时 的 系 统 会 对 系 统
道条件下时隙 ＡＬＯＨＡ 系 统 的 性 能。 虽 然 这 些 研 究 对 系 统 产生什么样的影响？如 果 给 定 系 统 的 定 时 稳 定 度，如 何 设 置