一种多优先级多信道mac协议自适应抖动方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信技术领域，涉及一种通信组网方法，具体涉及一种基于网络负载反馈的多优先级多信道MAC协议自适应抖动方法。
【背景技术】
[0002]航空通信网络系统在执行某些任务时需要低时延、分布式、自组织的网络化协同的能力要求，具有时间约束严格、信息交互质量要求高、多任务协同并行的特性，因此对网络系统的信息交互共享能力提出了很高的要求。为了满足分布式、低时延、自组织的能力要求，一般采用Ad hoc网络的体系架构。其中，MAC协议作为航空Ad hoc网络的重点研究内容，主要解决多个节点之间如何高效共享通信信道的问题，直接影响着系统的时效性、可靠性、系统吞吐量以及动态组网能力。目前的典型的军事航空通信网络系统，美军Linkll数据链使用轮询机制MAC协议，Link-16数据链使用的TDMA协议，只有在预先规划的轮询时隙或分配时隙里才能通信，存在端到端时延大、可扩展性和抗毁性差等缺点。Link22采用动态TDMA机制，具有了一定的灵活性和扩展性，信息传输共享的时延一般在秒级，难以满足航空通信时敏性业务的毫秒级传输时延要求。基于CSMA机制的MAC协议，为解决隐藏终端和暴露终端的问题，一般要采用RTS/CTS控制帧进行交互，在航空大尺度传播时延比较大的情况下，很难满足某些紧急业务的毫秒级时延要求。
【发明内容】
[0003]本发明的发明目的在于提供一种基于网络负载反馈的多优先级多信道MAC协议自适应抖动方法，解决航空Ad hoc网络区分业务优先级服务，且能为最尚优先级业务提供严格的时效性和可靠性保障，同时解决随机接入类MAC协议重负载时性能恶化的问题。
[0004]本发明的发明目的通过以下技术方案实现:
[0005]—种多优先级多信道MAC协议自适应抖动方法，包含以下步骤:
[0006]步骤1:根据优先级级别数k设置k条信道，将网络层到达的业务分组数据按优先级级别送入相应信道的缓冲队列进行排队；
[0007]步骤2:从缓冲队列中取出分组数据，采用1/3效率的Turbo编码对取出的分组数据进行纠错编码，将纠错编码后的分组数据拆分为N个突发数据包；其中每个突发数据包中包含分组序号和数据包序号的身份标识信息；
[0008]步骤3:每个突发数据包在发送前，根据突发数据包所处的优先级级别和抖动阶段以及抖动阶段转移概率P来确定抖动窗口的大小；
[0009]步骤4:突发数据包根据确定的抖动窗口大小随机选择一个抖动时间完成抖动过程，在信道集中随机选择一个信道频点发送；
[0010]步骤5:统计一段时间内各个信道上的突发数据包的数量，对网络负载进行量化表示，作为抖动阶段转移概率P的设置依据。
[0011]依据上述特征，所述缓冲队列的排队规则为先入先出，若缓冲队列满，则直接丢弃分组数据。
[0012]依据上述特征，所述抖动窗口大小的确定包含以下步骤:
[0013]a)将抖动窗口大小分为m个等级阶段，设第I个等级阶段的抖动窗口值Cwin最小，第m个等级阶段的抖动窗口值为m Cwin,最高优先级的突发数据包只处在第I个等级阶段，次最高优先级的突发数据包处在第I个和第2个等级阶段，第k个优先级的突发数据包抖动等级阶段处在第I个至第k个等级阶段，阶段之间只能在相邻阶段之间进行转移；
[0014]b)如果当前待发突发数据包的抖动阶段小于突发数据包所属优先级的最大抖动阶段，则抖动阶段以抖动阶段转移概率P后移一个抖动阶段，或者以1-抖动阶段转移概率P前移一个抖动阶段；
[0015]c)如果当前待发突发数据包的抖动阶段等于突发数据包所属优先级的最小抖动阶段，则抖动阶段以抖动阶段转移概率P后移一个抖动阶段，或者以1-抖动阶段转移概率P停留在当前抖动阶段；
[0016]d)如果当前待发突发数据包的抖动阶段等于突发数据包所属优先级的最大抖动阶段，则抖动阶段以抖动阶段转移概率P停留在当前抖动阶段，或者以1-抖动阶段转移概率P前移一个抖动阶段。
[0017]本发明的另一目的在于提供实现多优先级多信道MAC协议自适应抖动方法的系统，包含根据优先级设置的k条信道、信道占用统计模块、分组重组模块，每个信道中包含FIFO排队模块、突发产生模块、自适应抖动模块。
[0018]所述FIFO排队模块用于为相应优先级的分组数据提供缓冲队列；
[0019]突发产生模块用于从缓冲队列中取出分组数据，先对取出的分组数据进行1/3效率的Turbo纠错编码，然后将纠错编码后的分组数据等长拆分为若干个突发数据包，在每个突发数据包中加入包含分组序号和数据包序号的身份标识信息；
[0020]自适应抖动模块用于对每个突发数据包在发送前，根据突发数据包所处的优先级级别和抖动阶段以及抖动阶段转移概率P来确定抖动窗口的大小；在确定抖动窗口大小后随机选择一个抖动时间完成抖动过程，然后从频率库中随机选择一个频点通过发送机接入网络；
[0021]所述信道占用统计模块用于统计一段时间内各个信道上的突发数据包的数量，对信道忙闲程度进行量化表示，将信道忙闲程度值反馈给各优先级的自适应抖动模块作为其抖动阶段转移概率设置的依据。
[0022]所述分组重组模块用于根据接收到的突发数据包中身份标识信息对突发数据进行译码重组。
[0023]依据上述特征，所述FIFO排队模块按照先入先出的规则将分组数据存入缓冲队列，若缓冲队列满，则直接丢弃分组数据。
[0024]依据上述特征，所述自适应抖动模块通过维持着一张抖动阶段和计数器的二维状态转移图来确定抖动窗口的大小。
[0025]本发明作为航空自组网MAC协议的一个重要算法，利用自适应抖动机制为各个优先级设置不同最大抖动阶段为不同优先级业务提供了相应的QoS保障，并通过信道占用统计模块提供的自适应转移概率P的反馈调节作用，使协议具备业务负载自适应能力，即轻负载时各优先级业务均能高效、可靠的传输，重负载时以牺牲低优先级业务通信质量为代价，保证了高优先级分组的低延时和高可靠，适合应用于为不同业务优级提供不同QoS，且对高优先级业务的实时性和可靠性要求很高的航空通信组网场合。
【附图说明】
[0026]图1是基于网络负载反馈的多优先级多信道MAC协议的框架；
[0027]图2是MAC协议状态转移图；
[0028]图3是自适应抖动算法抖动阶段和计数器的二维状态转移图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0030]本发明所采用的技术方案是一种基于网络负载反馈的多优先级多信道MAC协议自适应抖动方法，具体按照以下步骤实施:
[0031]步骤1:根据优先级级别数k设置k条信道，将网络层到达的业务分组数据按优先级级别送入相应信道的缓冲队列进行排队；
[0032]步骤2:从缓冲队列中取出分组数据，采用1/3效率的Turbo编码对取出的分组数据进行纠错编码，将纠错编码后的分组数据拆分为N个突发数据包；其中每个突发数据包中包含分组序号和数据包序号的身份标识信息；
[0033]步骤3:每个突发数据包在发送前，根据突发数据包所处的优先级级别和抖动阶段以及抖动阶段转移概率P来确定抖动窗口的大小。
[0034]为优先保证高优先级业务的实时性和可靠性。抖动窗口大小分为m个等级阶段，第I个等级阶段的抖动窗口值Cwin最小，第m个等级阶段的抖动窗口值为m Cwin,最高优先级业务突发只处在第I个等级阶段，次最高优先级业务突发可处在第I个和第2个等级阶段，以此类推，第k个优先级抖动等级阶段可处第I个至第k个等级阶段，阶段之间只能在相邻阶段之间进行转移，其抖动阶段转移概率为P，该值由步骤5来计算确定。
[0035]图2为网络负载反馈的多优先级多信道MAC协议的状态转移图，各优先级突发时延抖动机制按照图2的状态转移策略独立运行。在发送突发状态和空闲状态后，如还有待发突发，则按以下规则执行:
[0036](I)如果当前抖动阶段小于该优先级的最大抖动阶段，则抖动阶段以概率为P的几率后移一个抖动阶段，或者以概率Ι-p的几率前移一个抖动阶段，对应的抖动窗口增加一倍(后移)或者减少一倍(前移)。
[0037](2)如果当前抖动阶段等于该优先级的最小抖动阶段，则抖动阶段以概率为P的几率后移一个抖动阶段，或者以概率Ι-p的几率停留在当前抖动阶段，对应的抖动窗口增加一倍(后移)或者保持不变(停留)。
[0038](3)如果当前抖动阶段等于该优先级的最大抖动阶段，则抖动阶段以概率为P的几率停留在当前抖动阶段，或者以概率Ι-p的几率前移一个抖动阶段，对应的抖动窗