[科普中国]-单工无线电通信网

简介

公众移动通信发展迅速，蜂窝移动电话已拥有庞大的用户群，相比之下，单工无线电台的用户群较小。然而单工无线电台是一种社会必需的无线电台站，主要应用于民航、铁路、公安、防汛、防火等部门专用通信和电力、银行、学校、酒店、宾馆、商场、建筑工地等单位的指挥调度系统，以及一些应急通信系统和军事通信。在野战综合通信系统中，它侧重于建立各级指挥员之间快速、直接的指挥和陆空（海）协同通信，保障在特殊情况下最基本的通信联络。它可通过单工无线电台入口设备与地域通信网、双工无线电移动通信网等结合使用，互为补充，实现单工无线电用户与其它通信网内双工用户之间的通信。必要时，单工无线电台还可通过单工无线电台入口设备，与双工移动用户台实现互通。单工无线电通信网由于具有结构简单、组网灵活、便于机动、易于直接达成点对点通信等优点，仍然是保障作战指挥的重要通信手段之一，是野战综合通信系统的重要组成部分。

根据无线电台通信的特点和使命，从纵向看，单工无线电台网是一个分层的树状结构；从横向看，基本网络结构是星形网。

随着协同通信的需求和横向信息流的增加，出现了一些必要的互通及迂回路由，形成了准栅格状网络。由于单工无线电台通信还没有交换等功能，不能等同于栅格状网，称为准栅格网较合适。因此，单工无线电台网的网络结构是一种树状、星形、准栅格状网相结合的形式。每一级电台成为一个节点（或称群首）。

性能因素对于无线单工通信系统而言，一个很关键的要求就是能与多个站迅速地建立线路并能进行通信。在多个站之间建立线路。比在两个单站之间建立线路更为困难，因为随着台站的增加，所需要的短波线路的数量将按着指数规律增加，而所有的线路仍然带有各自在传播和干扰方面所存在的难题。在许多情况下，任何单一的频率都不能实现完全的互通，因为不管功率大小，信道状态都不会支持若干个台站之间的通信。

相关仿真模型建模

呼叫的流程
每次呼叫都由主叫方发起，直到双方都发出呼叫结束的命令，如果主叫方在规定次数与时间内没有收到被叫得结束回应，则自动结束本次呼叫1。

数据包的设计

为了完成呼叫流程中的所有过程，节点模块中用4种数据包来模拟单工电台的实际行为，使模型符合OPNET的基于包的建模机制：①呼叫包表示有一个呼叫请求产生；②结束包表示呼叫结束；③话音包表示呼叫的话音；④应答包表示目标站点同意建立通信。

节点模型的建立

节点模型用来产生呼叫，管理呼叫进程，可以处理每个站点无线通信的呼叫建立和结束，能够根据收到信息格式做出相应的行为，能够滤除接收到的与本站不相关的信息，主站节点可以选择网络内的任意分站进行通信，而分站点只与主站点通信12。

（1）如果收到一个话音包则把话音包直接传送到更高一层的sink模块进行处理。语音包接收完后检测结束包，收到结束包，随即产生一个结束应答包。同时销毁收到的结束包。

（2）如果收到从其它节点来的呼叫请求包，则立刻发送呼叫应答包，同时销毁呼叫请求包。

（3）如果收到本身节点的呼叫请求包，则检测链路的忙闲工作状态，如果闲则进入碰撞退避等待；如果忙则等待，直到本次呼叫结束。如果一次呼叫超出规定呼叫的次数而没有成功，则自动结束本次呼叫。

网络模型的建立

为了对前面建立的节点进行仿真，需要把它们放在网络模型中，在网络中我们建立一个有8个工作站的星型拓扑结构的网络，各分站与主站进行通信，主站可以与网络内任意分站联系，链路利用超短波链路模型。如概述图所示。

仿真结果及分析在仿真过程中，我们设置呼叫业务量为平均呼叫产生速率为10次/小时，平均呼叫长度为1分钟，呼叫产生速率和呼叫长度都符合指数分布，仿真时间为一个小时。网络链路平均建立时间如右图所示。由右图可见，在一定限度数量的呼叫请求下，网络每次呼叫的建立时间平均为0.5s。仿真开始时有5s的模型初始化时间，然后各站点开始竞争信道，出现呼叫建立时间增长，然后呼叫时间趋向平稳。仿真结果与实际通信中的呼叫建立时间基本吻合3。

利用OPNET仿真平台提出了单工无线通信网络的效能评估的仿真模型建立方法，并对一个星型拓扑的网络进行了初步的性能分析。模型有待进一步完善，以评估单工无线通信网络各种不同性能，以及实现对不同网络进行数据对比。对于从事通信网络仿真研究工作的OPNET使用者有一定的启发意义。4