一种实时信道监测下的数据链信道负载算法制造技术

本发明专利技术提供了一种实时信道监测下的数据链信道负载算法，各节点在统计窗口时间内在每个信道i上从物理层统计一次获得的脉冲计数；取信道快速滑动平均值和慢速滑动平均值中较大值作为节点在当前信道i的信道负载统计值；将计算得到的业务数据包的信道负载统计值输入SPMA发送调度算法中，如果业务数据包的信道负载统计值小于对应优先级门限值，则数据包立即发送；否则随机生成一定的退避时间，待退避时间减为零时，再次判断该业务数据包能否发送。本发明专利技术能够降低信道中偶发性干扰信号的误差，提高负载统计值的准确度，为SPMA协议中的发送调度算法输入更准确的统计值，保证数据链系统能够实现高速率、大容量、低时延的业务数据接入。据接入。据接入。

【技术实现步骤摘要】
一种实时信道监测下的数据链信道负载算法


[0001]本专利技术属于数据链数据传输
，涉及信道监测、无线网络、信道负载统计、跳扩频、SPMA协议、通信保障等多种技术。

技术介绍

[0002]随着数据链在各个无人领域建设应用的不断深入和推广，数据链在现代通信中所发挥的作用越来越大，已经成为提高通信系统的整体作战能力和作战体系的对抗能力的关键。
[0003]如今战术数据链是向着速率更高、容量更大、抗干扰能力更强、时延更小的方向发展。在这种需求下，如何利用有限的信道和频谱资源来实现更灵活更高效的数据传输性能，是保障数据链正常通信急需解决的问题。美军在下一代数据链系统TTNT(Tactical Targeting Network Technology)中，提出了在物理通信层面基于跳频复用的全双工无线通信，在链路层面则以全双工通信为基础实现了基于优先级概率统计的多址接入模式SPMA(Statistical Priority
‑
Based Multiple Access)。
[0004]目前国内对于新型数据链中出现的SPMA协议或其他MAC层的协议的研究，主要集中在MAC层仿真方向，但这种研究方式忽略了最重要的一点就是SPMA协议中信道负载统计模块的真实性和有效性。此外，还有一些学者提出了混合式的信道负载统计方法，即采用物理层和网络层同时统计信道负载量，在不同负载情况下选用不同的统计值的方法，这种方法的缺点在于对信道的负载轻重判定比较模糊，选用网络层统计量时同样会造成结果的不真实性。SPMA协议是通过MAC层和物理层的交互，根据信道中实时检测到的信号脉冲个数和预先设定的信道门限值来确定信道的占用状态，从而确定分组业务数据的发送情况。MAC层仿真研究只能够对协议中的信道门限值等关键信息进行优化，不能反映数据链真实信道中的信号脉冲数量，导致信道负载统计值不够准确，尤其随着在数据链应用场景中，用频设备和外界干扰的复杂化加剧，现有研究并不能够准确分析出典型应用场景中SPMA协议的准确结果，导致业务数据会在传输中受干扰而丢包，无法实现新型数据链的应用需求。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种实时信道监测下的数据链信道负载算法，利用FPGA快速捕获信道中信号脉冲状态，结合滑动平均思想，综合分析信道占用情况，降低信道中偶发性干扰信号的误差，提高负载统计值的准确度，能够为SPMA协议中的发送调度算法输入更准确的统计值，保证数据链系统能够实现高速率、大容量、低时延的业务数据接入。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0007](1)设定物理层统计窗口时间T1，各节点在统计窗口时间内在每个信道i上从物理层统计一次获得的脉冲计数，该脉冲计数为发射脉冲计数和接收脉冲计数的总和；
[0008](2)设定应用层统计时间周期T2，当T2小于设定阈值Y1时，信道统计平均值称为快
速滑动平均值Pulses_Fasti；T2大于另一设定阈值Y2时，信道统计平均值称为慢速滑动平均值Pulses_Slowi，Y2>Y1；取Pulses_Fasti和Pulses_Slowi中较大值作为节点在当前信道i的信道负载统计值Pulses_AVERi；
[0009](3)当某节点的队列中有一业务数据包m要发送时，根据该数据包的跳频图案找到其各个信道的信道负载统计值Pulses_AVERi，Pulses_AVERj，
…
，Pulses_AVERk，对这些值求和取平均，就是当前业务数据包m的信道负载统计值；
[0010](4)SPMA协议中将业务数据包分为8个优先级，各个优先级数据包的最大信道负载理论值就是各优先级的门限值；将计算得到的业务数据包m的信道负载统计值输入SPMA发送调度算法中，根据业务数据包m的优先级p，将业务数据包m的信道负载统计值和其对应优先级p的门限值进行比较，如果实际负载值小于优先级门限值，则数据包立即发送；如果大于优先级阈值，则根据调度算法随机生成一定的退避时间，待退避时间减为零时，再次判断该业务数据包能否发送。
[0011]所述的步骤(1)将接收到的网络业务脉冲的数目、接收机寻址脉冲的数目和广播脉冲的数目之和作为接收脉冲计数。
[0012]所述的步骤(1)将物理层统计窗口时间T1设置为数据链系统中各节点通信时间的最小刻度。
[0013]所述的步骤(2)设定应用层统计时间周期T2＝nT1，n<10时，信道统计平均值称为快速滑动平均值Pulses_Fasti；n>＝100时，信道统计平均值称为慢速滑动平均值Pulses_Slowi。
[0014]本专利技术的有益效果是：对于数据链无线干扰环境，在不需要人为参与的情况下，根据实时信道状态，结合SPMA发送调度算法，快速综合分析，并自动实现不同优先级数据的退避发送，降低了数据包碰撞或重复发送的概率，提高了高优先级数据的高效实时接入成功率，提高了信道利用率。相比于传统的MAC层仿真研究方法，本方法具有实时、准确、稳定等优势，解决了仿真方法对于信道负载统计的不确定性问题；而相比于混合式负载统计方法，本方法采用的是滑动平均的思想而不是权重思想，旨在统计更真实的信道负载量，减少权重分配等人为因素带来的统计误差。本专利技术所采用的方法针对数据链应用系统，能够准确、快速反馈信道占用状态，且各数据链节点处理流程具有一致性，不须人为干预，处理流程简单，易于实现。针对复杂电磁环境下的信道分析和数据接入，具有很强的应用价值。
附图说明
[0015]图1是本专利技术所适用的SPMA协议数据接入控制流程示意图。
[0016]图2是本专利技术的实时信道监测下的数据链信道负载算法处理流程图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。
[0018]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0019]1)当物理层同步到数据帧头后，将统计同步脉冲信号的计数，在每个跳频、跳时图案变化周期T1内统计一次。物理层可以获取的信息有：本地节点发射的脉冲数目TxPulses_
Local、网络业务脉冲的数目、接收机寻址脉冲的数目和广播脉冲的数目，其中后三个都是接收到的脉冲，因此三者之和可以看做本地节点接收的脉冲数目RxPulses_Local。首先，设定物理层统计窗口时间T1，一般可设置为数据链系统中各节点的通信时间的最小刻度即10ms，各节点在统计窗口时间内在每个信道(频点)i上从物理层统计一次获得的脉冲计数，该脉冲计数为发射脉冲计数和接收脉冲计数的总和。
[0020]2)设定应用层统计时间周期T2，一般将最近n个统计窗口时间T1的统计值进行滑动平均作为当前时刻的物理信道负载统计值，即T2＝nT1，滑动平均表示每个窗口的权重相同。根据n取值大小不同，滑动平均所取的统计窗口个数不同。n<10时，统计窗口个数少，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时信道监测下的数据链信道负载算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设定物理层统计窗口时间T1，各节点在统计窗口时间内在每个信道i上从物理层统计一次获得的脉冲计数，该脉冲计数为发射脉冲计数和接收脉冲计数的总和；(2)设定应用层统计时间周期T2，当T2小于设定阈值Y1时，信道统计平均值称为快速滑动平均值Pulses_Fasti；T2大于另一设定阈值Y2时，信道统计平均值称为慢速滑动平均值Pulses_Slowi，Y2>Y1；取Pulses_Fasti和Pulses_Slowi中较大值作为节点在当前信道i的信道负载统计值Pulses_AVERi；(3)当某节点的队列中有一业务数据包m要发送时，根据该数据包的跳频图案找到其各个信道的信道负载统计值Pulses_AVERi，Pulses_AVERj，
…
，Pulses_AVERk，对这些值求和取平均，就是当前业务数据包m的信道负载统计值；(4)SPMA协议中将业务数据包分为8个优先级，各个优先级数据包的最大信道负载理论值就是各优先级的门限值；将计算得...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿岩，沈建飞，刘文科，张拓，雷昊，吕浩，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：