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基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法.pdf

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基于 服务质量 长距离 信道 通信 随机 接入 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910028825

申请日:

20190111

公开号:

CN109640397A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: H04W74/08 主分类号: H04W74/08
申请人: 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)
发明人: 郭喆;丁良辉
地址: 200063 上海市普陀区武宁路423号
优先权:
专利代理机构: 31334 代理人: 李佳俊;郭国中
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910028825

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明涉及基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法,针对百公里级长距离通信,其主要包括:基于多级数据优先级门限的随机接入方式,以及针对百公里级长距离多信道通信的退避方法。本发明具有低通信碰撞概率、低通信时延和具有服务质量保证等优点。

权利要求书

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,独立计算值,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?#20449;?#24207;,其中,L、M、N都为大于等于1的正整数; 步骤S2:通信节点在发送数据前,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操作; 步骤S3:当发送节点退避结束时,从L个信道中随机选取一个进行监听,若此信道空闲,?#19994;?#21069;待发数据的优先级门限Thn高于值,则直接发送数据包,设置ACK等待时间TACK,并执行步骤S4,否则返回步骤S2; 步骤S4:接收节点成功接收数据,在此数据包传输所使用的信道上回复ACK包; 步骤S5:发送节点在发送后的TACK时间内成功接收到ACK包,表示此数据包通信完成,执行步骤S6,否则执行步骤S2; 步骤六:返回到步骤S1。 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L值在?#20302;?#36816;行前需用户指定,M值视情况而调整,M值越大?#20302;?#31283;定性越强,M值越小?#20302;?#28789;敏性越?#20426;?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,所述的值通过以下方法计算: 对于单信道而言,Rb的计算式如下: 其中,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,其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N表示数据优先级的数量,数据优先?#24230;?至N的整数,其值越小表示数据优先?#23545;?#39640;,且每个数据优先级对应一个优先级门限Thn。 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,通过限制?#38464;?#20808;级数据接入信道的概?#35782;?#20445;证高优先级数据传输的性能,其中,Thn值在?#20302;?#36816;行前由用户指定,或者随?#20302;?#36816;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5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,所述退避操作通过以下步骤实现: 步骤S201:发送不同优先级数据的节点采取不同的退避方式,设定优先?#27573;?∽i的数据属于高优先级数据,其余为?#38464;?#20808;级数据,其中i大于等于1而小于等于N; 步骤S202:发?#36879;?#20248;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?#26377;?#33021;,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;rand(a*(n-1)+b)表示[0,a*(n-1)+b]之间的随机数;a为退避系数,根据需要进行修改;b为最短退避窗长,根据需要进行修改;n与数据优先级对应; 步骤S203:发送?#38464;?#20808;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?#26377;?#33021;,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;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,1≦k≦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;c为最短退避窗长,根据需要进行修改; 步骤S204:若发送?#38464;?#20808;级数据的节点在退避过程中获得高优先级数据的发送任务,则转为发?#36879;?#20248;先级数据,计算CWh,并取min{CWh,CWl}为最终退避数。

说明书


基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法
技术领域


本发明涉及无线通信技术领域,具体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。


背景技术


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?#20426;?#25239;毁性?#20426;?#20837;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IEEE 802.11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?#29575;?#24310;
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。


发明内容


本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而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。本发明取消了RTS/CTS机制以节约信道资源并提供较
低的接入时延,通过使用一组数据优先级门限实现对服务质量的支持,通过对不同优先级
数据使用不同的退避算法?#26723;团?#25758;概率并实现对服务质量的保障,并通过设计随机接入流
程实?#33267;?#23545;于多信道通信的支持。


本发明通过以下技术方案来实现:


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,独立计算
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?#20449;?#24207;,其中,L、M、N都为大于等于1的正整数;


步骤S2:通信节点在发送数据前,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操作;


步骤S3:当发送节点退避结束时,从L个信道中随机选取一个进行监听,若此信道
空闲,?#19994;?#21069;待发数据的优先级门限Th
n高于
值,则直接发送数据包,设置ACK等待时间
T
ACK,并执行步骤S4,否则返回步骤S2;


步骤S4:接收节点成功接收数据,在此数据包传输所使用的信道上回复ACK包;


步骤S5:发送节点在发送后的T
ACK时间内成功接收到ACK包,表示此数据包通信完
成,执行步骤S6,否则执行步骤S2;


步骤六:返回到步骤S1。


上述技术方案中,所述L值在?#20302;?#36816;行前需用户指定,M值视情况而调整,M值越大
?#20302;?#31283;定性越强,M值越小?#20302;?#28789;敏性越?#20426;?br>

上述技术方案中,所述的
值通过以下方法计算:


对于单信道而言,R
b的计算式如下:






其中,T
slot表示时隙长度;p
t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;p
s表示在p
t条件下成功发送数据的概率,其数值均根据监听所得前M通
信的情况来估计得到;T
s表示成功发送一次数据所需时间;T
c表示产生一次碰撞所需时间,
R
b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:






上述技术方案中,所述的N表示数据优先级的数量,数据优先?#24230;?至N的整数,其
值越小表示数据优先?#23545;?#39640;,且每个数据优先级对应一个优先级门限Th
n。


上述技术方案中,所述的优先级门限Th
n值在区间[0,0.5]上随n的增大而减小,Th
n
值越小,则该门限对应优先级的数据接入信道的概率越低,通过限制?#38464;?#20808;级数据接入信
道的概?#35782;?#20445;证高优先级数据传输的性能,其中,Th
n值在?#20302;?#36816;行前由用户指定,或者随
?#20302;?#36816;行而动态变化以适应不同通信环境与通信要求。


上述技术方案中,所述退避操作通过以下步骤实现:


步骤S201:发送不同优先级数据的节点采取不同的退避方式,设定优先?#27573;?∽i
的数据属于高优先级数据,其余为?#38464;?#20808;级数据,其中i大于等于1而小于等于N;


步骤S202:发?#36879;?#20248;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?#26377;?#33021;,其退避数的计算式如下所示:


CW
h=rand(a*(n-1)+b)


其中CW
h表示退避数;rand(a*(n-1)+b)表示[0,a*(n-1)+b]之间的随机数;a为退
避系数,根据需要进行修改;b为最短退避窗长,根据需要进行修改;n与数据优先级对应;


步骤S203:发送?#38464;?#20808;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?#26377;?#33021;,其退避窗长的计算式如下所示:


CW
l=rand(2
k-1+(n-i)c)


其中CW
l表示退避数;rand(2
k-1+(n-i)c)表示[0,2
k-1+(n-i)c]之间的随机数;k为
退避次数,1≦k≦B
max,k在每次发送失败时加1,每次发送成功时重置为1;B
max为最大重传次
数,若k等于B
max则丢弃此数据包且重置k为1;c为最短退避窗长,根据需要进行修改;


步骤S204:若发送?#38464;?#20808;级数据的节点在退避过程中获得高优先级数据的发送任
务,则转为发?#36879;?#20248;先级数据,计算CW
h,并取min{CW
h,CW
l}为最终退避数。


与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:


本发明具有低通信碰撞概率、低通信时延和具有服务质量保证等优点。


附图说明


通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详?#35813;?#36848;,本发明的其它特征、
目的和优点将会变得更明显:


图1是本发明的基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法流程图。


具体实施方式


下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术
人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术
人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明
的保护?#27573;А?br>

图1是本发明的基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法流程图,如图1所
示,本发明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,独立计算
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?#20449;?#24207;,其中,L、M、N都为大于等于1的正整数;


步骤S2:通信节点在发送数据前,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操作;


步骤S3:当发送节点退避结束时,从L个信道中随机选取一个进行监听,若此信道
空闲,?#19994;?#21069;待发数据的优先级门限Th
n高于
值,则直接发送数据包,设置ACK等待时间
T
ACK,并执行步骤S4,否则返回步骤S2;


步骤S4:接收节点成功接收数据,在此数据包传输所使用的信道上回复ACK包;


步骤S5:发送节点在发送后的T
ACK时间内成功接收到ACK包,表示此数据包通信完
成,执行步骤S6,否则执行步骤S2;


步骤六:返回到步骤S1。


其中,本发明的L与M值均可变,L值在?#20302;?#36816;行前需用户指定,M值视情况而调整,M
值越大?#20302;?#31283;定性越强,M值越小?#20302;?#28789;敏性越?#20426;?br>


值通过以下方法计算:


对于单信道而言,R
b的计算式如下:






其中,T
slot表示时隙长度;p
t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;p
s表示在p
t条件下成功发送数据的概率,其数值均根据监听所得前M通
信的情况来估计得到;T
s表示成功发送一次数据所需时间;T
c表示产生一次碰撞所需时间,
R
b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:






N表示数据优先级的数量,数据优先?#24230;?至N的整数,其值越小表示数据优先?#23545;?br>高,且每个数据优先级对应一个优先级门限Th
n。


优先级门限Th
n值在区间[0,0.5]上随n的增大而减小,Th
n值越小,则该门限对应优
先级的数据接入信道的概率越低,通过限制?#38464;?#20808;级数据接入信道的概?#35782;?#20445;证高优先级
数据传输的性能,其中,Th
n值在?#20302;?#36816;行前由用户指定,或者随?#20302;?#36816;行而动态变化以适
应不同通信环境与通信要求。


步骤S2中的退避操作通过以下步骤实现:


步骤S201:发送不同优先级数据的节点采取不同的退避方式,设定优先?#27573;?∽i
的数据属于高优先级数据,其余为?#38464;?#20808;级数据,其中i大于等于1而小于等于N;


步骤S202:发?#36879;?#20248;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?#26377;?#33021;,其退避数的计算式如下所示:


CW
h=rand(a*(n-1)+b)


其中CW
h表示退避数;rand(a*(n-1)+b)表示[0,a*(n-1)+b]之间的随机数;a为退
避系数,根据需要进行修改;b为最短退避窗长,根据需要进行修改;n与数据优先级对应;


步骤S203:发送?#38464;?#20808;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?#26377;?#33021;,其退避窗长的计算式如下所示:


CW
l=rand(2
k-1+(n-i)c)


其中CW
l表示退避数;rand(2
k-1+(n-i)c)表示[0,2
k-1+(n-i)c]之间的随机数;k为
退避次数,1≦k≦B
max,k在每次发送失败时加1,每次发送成功时重置为1;B
max为最大重传次
数,若k等于B
max则丢弃此数据包且重置k为1;c为最短退避窗长,根据需要进行修改;


步骤S204:若发送?#38464;?#20808;级数据的节点在退避过程中获得高优先级数据的发送任
务,则转为发?#36879;?#20248;先级数据,计算CW
h,并取min{CW
h,CW
l}为最终退避数。


以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述
特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的?#27573;?#20869;做出各种变化或修改,这并不影
响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以?#25105;?#30456;
互组合。


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