直升机数据链可用性建模与仿真

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数据链是一种传输和分发格式化消息的通信指挥系统,能使得原本独立的作战平台之间相互联系起来。高可用性直升机数据链提供的高可靠性服务是作战指挥的基础保障,因此对直升机数据链系统进行可用性评估已成为一个亟待满足的需求。本文基于可用性理论及Link-16数据链技术,给出了对数据链系统可用性进行评估的Markov稳态可用度模型。以此为基础,进一步考虑战术环境下大量业务数据的交换需求,以及数据链系统“能否在规定时间内完成规定任务的能力”这一影响数据链系统全局可用性的关键因素,从“稳态可用度”和“业务达标率”分别量化取值,提出了一种基于业务的可用性评估模型,并以考察数据链业务时实性能的关键指标——延迟为代表,对上述模型进行了分析以及仿真验证。在前述理论基础上,课题还建立了直升机数据链可用性仿真评估模型,在不同影响参数的条件下,对数据链系统的可用性进行了仿真分析。所开展的主要工作如下:(1)研究通信网系统可用性理论和数据链的工作特点,通过对通信网系统的抽象和简化,利用有限状态马尔科夫链的方法,对直升机数据链网络系统状态进行分析,给出了直升机数据链稳态可用性模型。在此基础上针对系统业务运行性能的指标要求,给出了一种以延迟性能为代表的直升机数据链业务可用性模型。该模型以系统稳态可用度为基础,结合“延迟”性能的运行达标率,最终得出所研究数据链系统的业务可用度。(2)针对直升机数据链可用性仿真评估中,数据链系统仿真模型的建立需求,对直升机数据链的时隙结构、接入方式和任务规划等技术进行了研究,通过引入“时隙块”和“时隙池”的概念,给出了基于二叉树的直升机数据链时隙分配策略。采用配置“参数设计示意表”的方法,对直升机数据链网络进行规划。通过在实验室环境下所进行的实测时延验证分析可知,实测时延与仿真时延结果误差2.22%,证明了所建立直升机数据链仿真模型的有效性。(3)在上述研究的基础上,本文针对直升机数据链可用性仿真建模的需求,采用OPNET仿真软件,创建并加载故障/修复模型和时隙分配策略,对所提出的系统稳态可用度和延迟概率分布模型进行验证。再通过设置不同的可用性实验条件,如故障/修复强度、时隙池大小,对直升机数据链进行业务可用性仿真评估,实验结果表明,数据链系统业务可用性受故障/修复强度和网络参与组时隙池分配量的影响较大。当故障/修复比强度越高则稳态可用度越佳,业务可用性能也随之得到保障;而网络参与组所能获取的时隙量越充足,则系统延迟达标率越高,数据链业务实时可用性也会越好。本文结合数据链通信系统的特点,分析了直升机数据链可用性及其影响因素,通过实验证明了所提出的系统可用性评估模型和直升机数据链仿真模型的有效性,为构建数据链系统的可用性评估提供了可操作的具体方法,具有一定的参考价值。
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