基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法及系统，包括以下步骤：步骤S1：任何通信节点在进行通信前都需要周期性的对全部L个信道进行监听，根据其监听所得前M次通信的情况，独立的计算平均信道忙闲程度

【技术实现步骤摘要】
基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法及系统
本专利技术涉及无线通信
，具体地，涉及一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法及系统。
技术介绍
航空自组织网络采用的MAC协议一般分为两种：基于分配的MAC协议和基于竞争的MAC协议，其中基于竞争的MAC协议具有组网灵活性强、抗毁性强、入网时延低等优点。目前大部分成熟的航空自组织网络竞争类MAC协议均基于IEEE802.11标准进行设计，但这类协议在航空自组织网络长距离通信应用中也有自身的缺点：1)由于使用RTS/CTS/DATA/ACK四次握手机制而浪费了大量的信道资源，导致时延增加；2)没有对服务质量进行支持；3)由于使用单一的指数退避算法而导致随着网络负载的增加碰撞概率会呈指数增长，大量重传数据会恶化网络性能；4)没有对多信道通信进行支持。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法及系统。根据本专利技术提供的一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法，包括以下步骤：步骤S1：任何通信节点在进行通信前都需要周期性的对全部L个信道进行监听，根据其监听所得前M次通信的情况，独立的计算平均信道忙闲程度值；每个节点都维护N个待发送数据包队列，不同的队列对应不同的数据优先级，节点周期性的检查待发送数据包队列，根据数据优先级对其进行分类并按照先进先出的原则进行排序，获得数据优先级序列，进入步骤S2继续执行；步骤S2：通信节点在发送数据前，需要根据当前待发送数据的最高优先级设置退避函数及其参数值，然后根据当前信道竞争情况执行退避算法，进入步骤S3继续执行；步骤S3：发送节点执行完退避算法后，从L个信道中随机选取一个进行监听，若此信道空闲，且当前待发数据的优先级门限Thn高于值，则根据数据优先级序列发送数据包，设置ACK等待时间TACK，进入步骤S4继续执行；否则，则返回步骤S2继续执行；步骤S4：若接收节点成功接收数据，则在此数据包传输所使用的信道上回复ACK包，进入步骤S5继续执行；步骤S5：若发送节点在发送后的TACK时间内成功接收到ACK包，则表示此数据包通信完成，进入步骤S6继续执行；否则，则返回步骤S2继续执行；步骤S6：返回步骤S1继续执行。优选地，所述的信道数L与监听次数M值均可变，L值在系统运行前需用户指定，M值可视情况而调整，M值越大系统稳定性越强，M值越小系统灵敏性越强。优选地，所述的计算平均信道忙闲程度值通过以下步骤计算：对于单信道而言，Rb的计算式如下：其中，Rb表示信道的忙闲程度；Tslot表示时隙长度；pt表示某个时隙中至少存在一个尝试接入信道准备发送数据的节点的概率；ps表示在pt条件下成功发送数据的概率，它们的数值均根据监听所得前M通信的情况来估计得到；Ts表示成功发送一次数据所需时间；Tc表示产生一次碰撞所需时间。Rb在区间[0,0.5]上与信道忙闲程度成正变关系。对于多信道而言，的计算式如下：优选地，所述的待发送队列数N值可变，表示数据优先级的数量，当选定N值后，数据优先级n可取1，2，……，N中任一值，其值越小表示数据优先级越高，且每个数据优先级n对应一个优先级门限Thn，低于此门限将被发送，否则等待。优选地，所述的优先级门限Thn值在区间[0,0.5]上随n的增大而减小；Thn值越小，则该门限对应优先级的数据接入信道的概率越低，故可以通过限制低优先级数据接入信道的概率而保证高优先级数据传输的性能；Thn值可在系统运行前由用户指定，或者随系统运行而动态变化以适应不同通信环境与通信要求。优选地，所述的退避算法包括：步骤A：发送不同优先级数据的节点采取不同的退避方式，假设优先级为{1，2，……，i}的数据属于较高优先级数据，其余为较低优先级数据；步骤B：发送较高优先级数据的节点按照线性函数进行退避，以获得相对低的接入时延和相对稳定的时延性能。其退避数的计算式如下所示：CWh＝rand(a*(n-1)+b)其中，CWh表示退避数，决定如果发生碰撞要退避的时间；rand()函数是取括号内随机数的含义；rand(a*(n-1)+b)表示[0,a*(n-1)+b]之间的随机数；a为退避系数，可以根据需要进行修改；b为最短退避窗长，可以根据需要进行修改；步骤C：发送较低优先级数据的节点按照指数函数进行退避，以获得相对高的接入时延和相对抖动的时延性能。其退避窗长的计算式如下所示：CWl＝rand(2k-1+(n-i)c)其中，CWl表示退避数，决定如果发生碰撞要退避的时间；rand(2k-1+(n-i)c)表示[0,2k-1+(n-i)c]之间的随机数；k为退避次数，取值{1，2，……，Bmax}，k在每次发送失败时加1，每次发送成功时重置为1；Bmax为最大重传次数，若k等于Bmax则丢弃此数据包且重置k为1；n如权利要求4所述，与数据优先级对应；i如1)所述为优先级分界值；c为最短退避窗长，可以根据需要进行修改。步骤D：若发送较低优先级数据的节点在退避过程中获得较高优先级数据的发送任务，则转为发送较高优先级数据，计算CWh，并取min{CWh，CWl}为最终退避数。根据本专利技术提供的一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入系统，包括以下模块：模块S1：任何通信节点在进行通信前都需要周期性的对全部L个信道进行监听，根据其监听所得前M次通信的情况，独立的计算平均信道忙闲程度值；每个节点都维护N个待发送数据包队列，不同的队列对应不同的数据优先级，节点周期性的检查待发送数据包队列，根据数据优先级对其进行分类并按照先进先出的原则进行排序，获得数据优先级序列，调用模块S2；模块S2：通信节点在发送数据前，需要根据当前待发送数据的最高优先级设置退避函数及其参数值，然后根据当前信道竞争情况执行退避算法，调用模块S3；模块S3：发送节点执行完退避算法后，从L个信道中随机选取一个进行监听，若此信道空闲，且当前待发数据的优先级门限Thn高于值，则根据数据优先级序列发送数据包，设置ACK等待时间TACK，调用模块；否则，则调用模块S2；模块S4：若接收节点成功接收数据，则在此数据包传输所使用的信道上回复ACK包，调用模块S5；模块S5：若发送节点在发送后的TACK时间内成功接收到ACK包，则表示此数据包通信完成，调用模块S6；否则，则调用模块S2；模块S6：调用模块S1。优选地，所述的信道数L与监听次数M值均可变，L值在系统运行前需用户指定，M值可视情况而调整，M值越大系统稳定性越强，M值越小系统灵敏性越强；所述的计算平均信道忙闲程度值通过以下步骤计算：对于单信道而言，Rb的计算式如下：其中，Rb表示信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：任何通信节点在进行通信前都需要周期性的对全部L个信道进行监听，根据其监听所得前M次通信的情况，独立的计算平均信道忙闲程度

【技术特征摘要】
1.一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：任何通信节点在进行通信前都需要周期性的对全部L个信道进行监听，根据其监听所得前M次通信的情况，独立的计算平均信道忙闲程度值；每个节点都维护N个待发送数据包队列，不同的队列对应不同的数据优先级，节点周期性的检查待发送数据包队列，根据数据优先级对其进行分类并按照先进先出的原则进行排序，获得数据优先级序列，进入步骤S2继续执行；
步骤S2：通信节点在发送数据前，需要根据当前待发送数据的最高优先级设置退避函数及其参数值，然后根据当前信道竞争情况执行退避算法，进入步骤S3继续执行；
步骤S3：发送节点执行完退避算法后，从L个信道中随机选取一个进行监听，若此信道空闲，且当前待发数据的优先级门限Thn高于值，则根据数据优先级序列发送数据包，设置ACK等待时间TACK，进入步骤S4继续执行；否则，则返回步骤S2继续执行；
步骤S4：若接收节点成功接收数据，则在此数据包传输所使用的信道上回复ACK包，进入步骤S5继续执行；
步骤S5：若发送节点在发送后的TACK时间内成功接收到ACK包，则表示此数据包通信完成，进入步骤S6继续执行；否则，则返回步骤S2继续执行；
步骤S6：返回步骤S1继续执行。


2.根据权利要求1所述的一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法，其特征在于，所述的信道数L与监听次数M值均可变，L值在系统运行前需用户指定，M值可视情况而调整，M值越大系统稳定性越强，M值越小系统灵敏性越强。


3.根据权利要求1所述的一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法，其特征在于，所述的计算平均信道忙闲程度值通过以下步骤计算：
对于单信道而言，Rb的计算式如下：



其中，
Rb表示信道的忙闲程度；
Tslot表示时隙长度；pt表示某个时隙中至少存在一个尝试接入信道准备发送数据的节点的概率；ps表示在pt条件下成功发送数据的概率，它们的数值均根据监听所得前M通信的情况来估计得到；Ts表示成功发送一次数据所需时间；Tc表示产生一次碰撞所需时间。Rb在区间[0,0.5]上与信道忙闲程度成正变关系。
对于多信道而言，的计算式如下：





4.根据权利要求1所述的一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法，其特征在于，所述的待发送队列数N值可变，表示数据优先级的数量，当选定N值后，数据优先级n可取1，2，……，N中任一值，其值越小表示数据优先级越高，且每个数据优先级n对应一个优先级门限Thn，低于此门限将被发送，否则等待。


5.根据权利要求4所述的一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法，其特征在于，所述的优先级门限Thn值在区间[0,0.5]上随n的增大而减小；
Thn值越小，则该门限对应优先级的数据接入信道的概率越低，故可以通过限制低优先级数据接入信道的概率而保证高优先级数据传输的性能；
Thn值可在系统运行前由用户指定，或者随系统运行而动态变化以适应不同通信环境与通信要求。


6.根据权利要求1所述的一种基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法，其特征在于，所述的退避算法包括：
步骤A：发送不同优先级数据的节点采取不同的退避方式，假设优先级为{1，2，……，i}的数据属于较高优先级数据，其余为较低优先级数据；
步骤B：发送较高优先级数据的节点按照线性函数进行退避，以获得相对低的接入时延和相对稳定的时延性能。其退避数的计算式如下所示：
CWh＝rand(a*(n-1)+b)
其中，
CWh表示退避数，决定如果发生碰撞要退避的时间；
rand()函数是取括号内随机数的含义；
rand(a*(n-1)+b)表示[0,a*(n-1)+b]之间的随机数；
a为退避系数，可以根据需要进行修改；
b为最短退避窗长，可以根据需要进行修改；
步骤C：发送较低优先级数据的节点按照指数函数进行退避，以获得相对高的接入时延和相对抖动的时延性能。其退避窗长的计算式如下所示：
CWl＝rand(2k-1+(n-i)c)
其中，
CWl表示退避数，决定如果发生碰撞要退避的时间；
rand(2k-1+(n-i)c)表示[0,2k-1+(n-i)c]之间的随机数；k为退避次数，取值{1，2，……，Bmax}，k在每次发送失败时加1，每次发送成功时重置为1；Bmax为最大重传次数，若k等于Bmax则丢弃此数据包且重置k为1；n如权利要求4所述，与数据优先级对应；i如1)所述为优先级分界值；c为最短退避窗长，可以根据需要进行修改。
步骤D：若发送较低优先级数据的节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭喆，袁永琼，
申请(专利权)人：上海微波技术研究所中国电子科技集团公司第五十研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31