Las redes de comunicaciones tácticas militares tienen como objetivo el
intercambio de información entre un gran número de unidades tácticas dispersas en un
área, cada una de las cuales tiene un terminal para la transmisión de datos, optimizando las funciones militares operativas conjuntas. Link-16 es actualmente el estándar más avanzado de este tipo de redes de la OTAN. En esta red, a cada participante se le asigna un grupo de intervalos de tiempo (time slots) para transmitir sus mensajes. Existen tres modos de acceso a esos time slots: dedicado, por contienda y por reasignación de time
slots (Time Slot Reallocation).
En el modo Time Slot Reallocation (TSR) se asigna un mismo conjunto de time slots a varios participantes en la red para la transmisión de sus mensajes, pero se van
distribuyendo dinámicamente de forma automática a cada unidad de acuerdo a sus
requisitos de transmisión en cada periodo de reasignación. El algoritmo de asignación
de time slots reside en cada terminal, que puede calcular qué time slots debe usar en el
siguiente periodo de reasignación de slots.
Cuando la suma de las demandas de bloques de slots de todos los terminales
participantes en la red es menor que el número de bloques de slots disponible en el
conjunto TSR, a cada terminal se le asigna un número de bloques de slots igual al
demandado, y no existe ningún conflicto. Pero si es mayor, a cada terminal se le asigna
un número de bloques de slots proporcional al número demandado, con lo que se va creando una cola de mensajes sin poder transmitirse en cada terminal, ya que no todos los mensajes podrán transmitirse en el siguiente periodo de reasignación y tendrán que esperar a los siguientes periodos.
El problema del algoritmo de reasignación actual es que permite conflictos en la
asignación de bloques de slots. Además, intenta asignar el máximo número de bloques
de slots a las unidades con una mayor prioridad según un orden, con lo que, a las
unidades de menor prioridad les asigna un número bastante menor de bloques de slots.
Esto quiere decir que la cola máxima de mensajes que no pueden ser transmitidos para
algunos terminales es mucho mayor que para otros terminales.
En esta Tesis se estudia la mejora del algoritmo TSR (Time Slot Reallocation) de
reasignación dinámica de time slots para una red Link-16, en las dos situaciones posibles: que la suma de las demandas de bloques de slots de todos los terminales participantes en la red sea mayor que el número de bloques de slots disponible, o que sea menor.
En el primer caso, se propone la utilización de diversas técnicas de Optimización
Combinatoria. Con ello, se pretende eliminar los casos de conflicto en la asignación y
minimizar el valor medio de la cola máxima de mensajes no transmitidos en cada terminal participante, es decir, que las colas de mensajes no transmitidos en todos los
participantes en una red se mantengan lo más pequeñas posibles en todos los periodos
de reasignación.
En el segundo caso, se propone la utilización de Técnicas Predictivas y Teoría de Juegos para asignar los bloques de slots que quedan sin asignar. Con ello se pretende minimizar el tiempo de transmisión de los mensajes para cada terminal participante en la red, desde que se demandan los slots hasta que se transmiten, ya que, al asignarle más bloques de slots, puede transmitir antes en el siguiente periodo de reasignación.
_____________________________________________The tactical military data communications networks have the purpose of the exchanging of tactical information among different military units, each one of these has a terminal for data communication, optimizing the joint operational military functions.
Link-16 is at the moment the most advanced standard of these NATO networks. In this
network, each terminal is assigned a pool of time slots to transmit their messages. There
are three access modes to these time slots: dedicated access, contention access and Time
Slot Reallocation access.
In Time Slot Reallocation (TSR) access mode, participants in the networks are assigned the same pool of time slots for the transmission of the messages, and these time slots are dynamically distributed to each transmitter according to its transmission requirements for each reallocation period. An algorithm within the terminals redistributes the pool of time slots in real time to meet these needs for the next reallocation period.
If the sum of all time slots blocks requested by all terminals in the network is less than the total number of time slots blocks available for TSR, each terminal is assigned the number of requested time slots blocks, and there is no conflict. But, if it exceeds the total number of time slots blocks available for TSR, each terminal is assigned a number of time slots blocks in proportion to the terminal´s request. So, a queue of messages that has not been transmitted is created in each terminal, because not all messages can be transmitted in the next reallocation period and will have to be
transmitted in other periods.
The problem in the current assignment algorithm is that there are conflicts in the
time slots blocks assignments. Moreover, it tries to assign as many of the time slots
blocks as required to satisfy their requests to the terminals with a greater priority
according to a priority order, so the terminals with a less priority are assigned a few time slots blocks. That is, the maximum queue of messages that can not be transmitted
increase for some terminals.
In this Thesis, improved Time Slot Reallocation (TSR) algorithms of dynamic
time slots assignment in Link-16 networks are studied for the two possible situations:
the sum of all time slots blocks requested by all terminals in the network exceeds the
total number of time slots blocks available for TSR, or it is less than the total number of time slots blocks available for TSR.
In the first case, the use of different Combinatorial Optimization Techniques is
proposed. These new algorithms are focused on avoiding the conflicts in the time slots
assignments and minimizing the maximum queue average of messages that can not be
transmitted in each participant terminal, that is, the queues of messages that can not be transmitted in all participant terminals in the network keep the smallest as possible for all reallocation periods.
In the second case, the use of Predictive Techniques and Game Theory is proposed for the assignment of the slots blocks that not have been assigned. With these methods, the objective is to minimize the time for messages transmission, from the time slots blocks are requested to the messages are transmitted, since when terminals are
assigned more time slots blocks, they can transmit before in the next reallocation period
