NTDR:NTDR的簡介,NTDR的分群,NTDR的路由,NTDR的MAC協定,N

近期數字電台（Near Term Digital Radio,NTDR）是美軍用於在移動環境下支持IP數據業務的戰術無線電台，美軍打算把它作為實現旅或旅以下戰術作戰中心TOC(Tactical Operation Center)之間通信的骨幹無線電台。NTDR使用了兩個天線，一個用於嵌入式GPS接收機，另一個用於UHF頻段（225~450MHz）的通信。

基本介紹

中文名：近期數字電台
外文名：Near Term Digital Radio
外語縮寫：NTDR
類型：無線自組網系統
用途：用於軍事通信中

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NTDR的簡介

NTDR電台可以自動地組織成一個動態的兩層網路。在該網路中，電台分成若干個群，每個群由一個群首和若干成員組成，各個群的群首構成一個骨幹網,如圖1-1所示。

在NTDR網路中，支持多達7跳的多跳通信，某一群成員漫遊到其他群時，可以在這兩個群間自動切換。NTDR系統具備自我修復網路的能力，如果某一個群首失敗（例如：電力不足、故障或被擊毀），會有一個新的群首被選舉出來。

NTDR電台使用了無線開放最短路徑優先（ROSPF,Radio Open Shortest Path First）協定作為它的路由協定。

NTDR電台使用了CSMA協定（Carrier Sense Multiple Access）作為它的無線信道接入控制協定。

此外，NTDR同時使用了3個不同頻點用於不同目的：（1）控制信道使用的頻道，（2）群內成員通信使用的局部頻道，（3）不同群間群首通信使用的骨幹頻道。

NTDR的分群

如圖1-2所示整個NTDR網路分成了多個群，每個群中有兩種節點：普通節點和群首。普通節點距群首隻有一跳，所有群的群首相互連線構成骨幹網路。NTDR結構將相鄰群之間的通信限制在只能通過群首完成，因此群首也行使了網關的功能。而且，單個群內的一跳鄰節點可以直接通信，但群間的通信都必須經過群首。

NTDR分群方案是專門為了應付戰術網路中可能出現的頻繁的節點移動和節點失效而特別設計的。網路“骨幹網”是由群首稀疏地連線在一起的，每個群首的失效都可能帶來較大的影響。為了克服這個弱點，其他節點要積極地維護路由骨幹網。當網路拓撲（節點連線性）發生變化時，每個節點都要有迅速成為群首的能力。為了跟蹤與相鄰節點的連線性，，每個節點都周期性地接收和傳送信標（Beacon）分組。

群內節點的信標分組中包括：

傳送節點的MAC地址；
該節點所有可達節點中編號最小的MAC地址（用來探測網路分割，因而叫做網路分割標識）。

群首節點的信標分組中，除了上面的信息外，還包括：

群首的組織從屬關係；
群內成員名單；
群首測量的到每個群內成員的鏈路質量；
群首的傳送功率。

接收到這個信標的節點可以利用信標內的信息來判斷自己是否已從屬於這個群首。

為了將群間通信和群內通信區分開來，每個群都使用兩個頻率通信，一個分配給群首用於群間通信，另一個分配給群內成員用於群內通信。除了群首以外，群內成員都使用較小的傳送功率傳輸，以減少干擾範圍，這使得在相隔較遠的群之間可以實現頻率資源的空間復用。

1、群首的選取與維護

一個NTDR節點如果發現它的附近沒有一個群首節點，或者是它探測到自己可以修復一個網路分割，它就認為自己要成為一個群首。節點選擇自己作為群首的準則是：

如果該節點沒有收到任何群首發出的信標；
該節點收到的信標中出現了兩個以上的不同網路分割標識。

但是，可能會同時有多個節點獨立地對鄰近是否有群首和網路是否分割進行探測，並獨立地按照上述準則做出反應，這樣就可能會導致群首“競爭”。NTDR分割算法使用了下面兩種機制來限制在網路初始化或者節點移動之後同時試圖成為群首的節點的個數。

如果某個節點發現上述兩個條件中的某一個條件滿足後，它要等待一段隨機時間間隔後重測，只有當重測後條件仍然為真菜認定自己成為群首；
每個新的群首再認定自己為群首後，都要迅速的發出信標，聲明自己的群首地位。

即使如此，還可能會有冗餘的群首出現，因此還要有消除冗餘群首的方法。當然，消除時必須要求節點放棄群首的地位不會造成網路分割，且要求該群首所有的群內成員都可以加入其他群。

2、成員與群的從屬關係

節點選擇加入某個群的依據是：

該群和自己同屬於相同的組織機構；
群首發送信號時的傳送功率低，但本節點接收到的信號強度高；
群的規模應該相對較小。

群首有權拒絕節點的加入請求，但是一旦它開始和節點協商加入，它就應該向所有其他的群首發布更新後的群內成員列表。在這個更新訊息中，不僅通告其他所有的群首該節點已屬於自己這個群，明確這個節點的當前位置；而且還通告該節點以前的群首，指示該節點已經有了新的群從屬關係。群內成員和所屬群首間的從屬關係一般保持不變，除非下列情況發生，它才開始尋找新的從屬關係：

群首放棄了自己的群首地位；
群首發出的信標中已經不再列出這個節點，或者在信標中表明了到群首的鏈路狀況已經惡化到無法接受的程度；
從群首接收的信號強度過低。

NTDR的路由

在NTDR網路中，群首都有責任維護路由骨幹，因此它要監視路由骨幹中發生的變化並分發相關的信息。每個群首都要產生本群所屬的成員信息以及到其他相鄰群首的鏈路狀態信息，並與骨幹網上的其他群首交換。在此基礎上，每個群首根據收集到的全網的狀態信息計算到其他網路節點的路由。鏈路狀態使用一種所謂“阻抗”的量度，它實際是在該鏈路上進行傳輸時可能的干擾量。群首使用Dijkstra的最短路徑優先（SPF）算法計算到達目的節點“阻抗”最小的路由，並在此基礎上建立轉發信息。每個群首根據目的節點從屬的群首和到達該群首“阻抗”最小的路由，來維護到達每一個目的節點的下一跳信息。

一旦群首發現可能影響骨幹路由的狀態變化（比如成員關係的變化或者到鄰接群首的鏈路阻抗值發生變化），它就會立即向網路中所有的群首洪泛新的狀態信息，以便其他群首能夠重新計算新的路由。在規模較大、高度機動的網路中，由於鄰接分群的骨幹鏈路狀態和群與成員之間的從屬關係可能會頻繁地發生變化，採用該方式可能會產生大量的狀態更新訊息使網路的傳輸容量飽和，從而導致無法進行正常的通信。

NTDR的MAC協定

NTDR採用經典的MACAW4次握手（RTS/CTS/DATA/ACK）機制接入信道，圖1-3給出了4握手控制機制的時序。接收端採用CRC校驗來判斷收到的數據分組是否正確。

NTDR的物理層

NTDR傳送頻率為225-450MHz，傳輸速率375kbit/s，最大傳送功率20W（43dBm）。對信息數據首先採用3/4碼率、約束長度為k=7的卷積碼編碼，編碼後的數據流速率為500kbit/s。然後，將編碼後數據流進行QPSK調製的直接序列擴頻，擴頻序列為4MHzTRANSEC(Transmission Security)偽隨機序列，擴頻增益為16。

在這種物理層的體制下，對於一個點對點鏈路，NTDR傳輸IP分組的最大吞吐可達250kbit/s，對於較大的IP分組往返時延大約為140ms。

NTDR