CN103402219B - 一种基于tdma数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法，该方法包括有计算每条链路的传输误码率的步骤、建立并叠加每种数据链的单数据链网络拓扑矩阵，得到数据链异构网网络拓扑矩阵的步骤、计算端到端数据传输的最小跳数，并记录所有的中继节点的步骤、测量数据传输产生的端到端时延的步骤和优化数据链异构网络的步骤。本发明方法充分的考虑了数据传输过程中信道、链路和组网对TDMA数据链异构网端到端时延的影响，这不仅能够得到更为精确的端到端时延，从而降低数据链异构网的设计成本，并在设计阶段就能对网络性能进行优化。

Description

一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法

技术领域

本发明涉及一种通信网络中信息传输产生时延的测量方法，更特别地说，是指一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法。

背景技术

数据链是通信网络中常用的信息交互系统。为了降低节点之间的传输冲突，通常数据链采用时分多址（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）的接入体制实现多点对多点的组网数据传输。目前，国内外已经研制出了多种型号的数据链，但是新型数据链的产生并不意味着旧型数据链被立刻取代，它们在使用范围、传输距离和传输速度等方面各不相同，不能简单地用一种数据链替代其它的数据链。因此，建立多种数据链互连、互通、互操作的异构网是数据链发展的一个必然趋势。由于TDMA数据链异构网设计的首要目标是保证及时准确的发送数据，因此TDMA数据链异构网端到端时延的准确评估非常必要。

目前对数据链异构网端到端时延的多数研究主要包括仿真和演算两种方法。仿真方法是应用OPNET、NS2和QualNet等商用仿真软件建立数据链仿真平台，分析端到端时延。演算方法是按照通信原理应用数学公式计算端到端时延。

仿真方法能够模拟信道、链路和组网对端到端时延的影响。但是需要专业人员应用商用仿真软件建立仿真平台，研究成本高。并且仿真方法是通过建立仿真模型模拟一系列真实网络情景研究端到端时延，但是由于数据链异构网的复杂性，仿真模型并不能适用于所有情景。

演算方法能够准确计算出每次数据传输的端到端时延。但是多数演算方法研究的是链路层以上的数据传输端到端时延，忽略了信道等其它因素，目前还没有演算方法能够同时考虑信道、链路和组网对数据链异构网端到端时延的影响。

发明内容

在数据链异构网中任意节点间进行信息通信时，会受到外界信号的干扰，在受到干扰源的影响下，数据链异构网的网络拓扑会发生变化，本发明的目的是通过测量得到的端到端时延，来优化数据链异构网。本发明的一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法，充分地考虑了数据传输过程中信道、链路和组网对TDMA数据链异构网端到端时延的影响，这不仅能够得到更为精确的端到端时延，同时还避免了使用昂贵的商用仿真软件，从而降低数据链异构网的设计成本，并在设计阶段就能对网络性能进行优化。

本发明提出一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法，该方法包括有以下五个步骤：

步骤一，计算多种数据链中的每条链路的传输误码率；

步骤二，建立并叠加多种数据链中的每种数据链的单数据链网络拓扑矩阵，得到数据链异构网网络拓扑矩阵；

步骤三，计算端到端数据传输的最小跳数，并记录所有的中继节点；

步骤四，测量数据传输产生的端到端时延；

步骤五，优化基于TDMA数据链异构网络。

是否对基于TDMA数据链异构网络进行优化，取决于测量得到的端到端时延是否满足行业标准-T-REC-G.114（国际电信联盟），G.114（05/2000）（简写为ITU－T）的要求。若不满足ITU－T的要求，则重新设置发射节点的发射功率、或者重新设置端到端时延最小的路由路径中的发射节点以同一种数据链进行数据传输；然后重复步骤一至步骤四，直至测量得到的端到端时延满足ITU－T要求。

本发明基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法的优点在于：

①本发明方法充分的考虑了数据传输过程中信道（即Egli传播模型）、链路和组网对TDMA数据链异构网端到端时延的影响，相比现有的演算方法能够得到更为精确的端到端时延。

②本发明方法能够为TDMA数据链异构网设计提供一种在设计阶段就能对网络性能进行优化的测量方法，从而提高数据链异构网络的设计效率和可靠性，降低设计成本。

③本发明方法应用单数据链网络拓扑架构、并以逻辑相加赋值获得端到端数据传输路由路径，精确得到端到端时延。从而避免了使用昂贵的商用仿真软件，降低了测量端到端时延的成本。

④本发明方法以两种手段能够在设计阶段进行数据链异构网构建的优化，从而提高了构建得到的数据链异构网络的可靠性。

附图说明

图1是本发明提出的一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法的流程图。

图2是地球表面上两点之间距离的求解示意图。

图3是应用本发明方法下的多个节点的路由路径示意图。

图4是本发明中计算端到端数据传输的最小跳数计算流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明提出的端到端时延的测量与优化方法应用在飞行器之间进行信息通信时，是通过数据链进行数字传输的。对于飞行器上具有发射和接收功能的设备称为一个节点，支持多种数据链的多个节点构成数据链异构网。所述的数据链异构网在本发明中是基于TDMA数据链的异构网，因此，本发明提出一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法，参见图1所示，该方法包括有以下五个步骤：

步骤一，计算多种数据链中的每条链路的传输误码率；

步骤二，建立并叠加多种数据链中的每种数据链的单数据链网络拓扑矩阵，得到数据链异构网网络拓扑矩阵；

步骤三，计算端到端数据传输的最小跳数，并记录所有的中继节点；

步骤四，测量数据传输产生的端到端时延；

步骤五，优化基于TDMA数据链异构网络。

在本发明中，多种数据链分别记为第一种数据链、第二种数据链、第三种数据链和第四种数据链。为了方便说明，用k_m表示任意一种数据链，m表示数据链的标识号。

所述的第一种数据链是指满足Link－4A协议的数据链。

所述的第二种数据链是指满足Link－11协议的数据链。

所述的第三种数据链是指满足Link－16协议的数据链。

所述的第四种数据链是指满足Link－22协议的数据链。

在本发明中，基于TDMA数据链异构网中节点总个数记为n个，第i节点和第j节点为基于TDMA数据链异构网中的任意两个节点，即i∈n，j∈n。为了方便说明，将第i节点（或称为节点i）记为发射端，第j节点（或称为节点j）记为接收端，任意两个节点以数据链k_m进行数字传输时具有传输链路，即节点i至节点j以任意一数据链k_m进行数字传输的传输链路，记为任意一传输链路

在基于TDMA数据链异构网中任意节点间进行信息通信时，会受到外界信号的干扰，此干扰信号称为干扰源，记为I。在受到干扰源I的影响下，基于TDMA数据链异构网的网络拓扑会发生变化，本发明的目的是通过测量得到的端到端时延来优化基于TDMA数据链异构网。

下面将对具体的各个步骤进行详细的说明：

步骤一：计算多种数据链中的每条链路的传输误码率；

步骤101：依据数据链异构网中任意节点、任意干扰源的地理经纬度坐标，分别计算出节点－节点距离D_ij和节点－干扰源距离D_Ij；

详细地说，依据第i节点、第j节点和干扰源I的地理经纬度坐标，一方面计算出第i节点和第j节点之间距离D_ij（简称为节点－节点距离D_ij），另一方面计算出干扰源I和节点j之间距离D_Ij（简称为节点－干扰源距离D_Ij）；

在本发明中，依据地球表面上两点之间距离的解析方法，能够得到任意两个节点间的距离表征为：

D_ij＝111.1×arccos(sinx_i×sinx_j+cosx_i×cosx_j×cos(y_i-y_j))，其中，111.1是单位地球中心夹角对应的地球表面弧长，单位为千米；x_i是节点i的地理纬度值，在北纬为正值，在南纬为负值；x_j是节点j的地理纬度值，在北纬为正值，在南纬为负值；y_i是节点i的地理经度值，在东经为正值，在西经为负值；y_j是节点j的地理经度值，在东经为正值，在西经为负值。关于地理距离的表示请参见图2所示，图中，O表示地球的球心，P表示地球北极点，γ表示劣弧ij对应的地球球心角，该劣弧ij的弧长既为第i节点和第j节点之间距离D_ij。同理可得，干扰源I和节点j之间距离D_Ij＝111.1×arccos(sinx_I×sinx_j+cosx_I×cosx_j×cos(y_I-y_j))，即为将节点i替换为干扰源I而得到。

在本发明中，距离的单位是千米。第i节点的地理坐标表示为i(x_i,y_i)。第j节点的地理坐标表示为j(x_j,y_j)。干扰源I的地理坐标表示为I(x_I,y_I)，且干扰源I的地理经纬度坐标为一个定值，在进行信息通信时是保持不变的。

地球表面上两点之间距离的解析方法参考《许昌学院学报》2007年9月第26卷第5期公开的“4在不同情况下两点之间距离的几种求算方法”相关内容。

步骤102：将节点－节点距离D_ij、节点－干扰源距离D_Ij、发射端载波频率发射天线高度H_i、接收天线高度H_j和干扰源天线高度H_I代入Egli传播模型中，解析得到节点－节点损耗和节点－干扰源损耗

详细地说，经步骤101得到的节点－节点距离D_ij、节点－干扰源距离D_Ij、以及发射端载波频率发射天线高度H_i、接收天线高度H_j和干扰源天线高度H_I在Egli传播模型中进行计算，从而一方面得到在任意一链路上的节点i至节点j的传播路径损耗（简称为节点－节点损耗）；另一方面得到在干扰链路上的干扰源I至节点j的传播路径损耗（简称为节点－干扰源损耗）；

在本发明中，所述Egli传播模型参考2003年8月杨大成编著的《移动传播环境》一书中4.2.7Egli传播模型的相关内容。

在本发明中，节点－节点损耗 $A_{i\→j}^{k_m}=117+401g{D}_{\mathrm{ij}}+201g{f}^{k_m}-201g(H_i\×H_j),$ 其中，117是传输路径的补偿衰减值，单位为dB；是任意一种数据链k_m的发射端载波频率，单位是MHz；H_i是节点i的天线高度，单位是米；H_j是节点j的天线高度，单位是米；节点－节点损耗的单位是dB。

在本发明中，节点－干扰源损耗 $C_{I\→j}^{k_m}=117+401g{D}_{\mathrm{Ij}}+201g{f}^{k_m}-201g(H_I\×H_j),$ 其中，H_I是干扰源I的天线高度，单位是米；节点－干扰源损耗的单位是dB。

步骤103：依据步骤102中的节点－节点损耗和节点－干扰源损耗求取任意一链路上的传输误码率（简称为当前传输误码率）；

所述传输误码率 ${\mathrm{BER}}_{i\→j}^{k_m}=Q\left(a_{i\→j}^{k_m}\right),$ 且 $a_{i\→j}^{k_m}=\sqrt{\frac{2\×{10}^{\frac{P_i-A_{i\→j}^{k_m}}{10}}}{{10}^{\frac{P_I+10\log B_i-C_{I\→j}^{k_m}}{10}}+10^{\frac{N_0+10\log B_i}{10}}}};$

其中，Q(·)是Q函数，表示传输误码率，单位是%；表示节点i至节点j以数据链k_m进行数字传输的误码率，采用Q函数表征；

P_i表示发射端（即节点i）的发射功率，单位是dB；

B_i表示发射端（即节点i）的发射功率带宽，单位是MHz；

P_I表示干扰源I的功率谱密度，单位是dB/MHz；

N₀表示噪声功率谱密度，单位是dB/MHz。

在本发明中，传输误码率的获得是以节点i至节点j的信号以二进制相移键控（BinaryPhaseShiftKeying，BPSK）的方式进行调制。

步骤104：重复步骤101到步骤103，直到计算出所有链路的传输误码率BER（简称为总传输误码率BER）。

所述总传输误码率 $\mathrm{BER}=\{{\mathrm{BER}}_{i-1\→j-1}^{k_{m-1}},{\mathrm{BER}}_{i\→j}^{k_m},\·\·\·,{\mathrm{BER}}_{i+1\→j+1}^{k_{m+1}}\}$ 中表示前一个传输误码率；表示当前传输误码率；表示后一个传输误码率。

在本发明中，对于当前传输误码率来讲是指节点i至节点j以数据链k_m进行数字传输的误码率；同理可得，节点i的前一个节点记为i-1，且i-1∈n，节点i的后一个节点记为i+1，且i+1∈n，节点j的前一个节点记为j-1，且j-1∈n，节点j的后一个节点记为j+1，且j+1∈n，数据链k_m的前一个链路记为k_m-1，数据链k_m的后一个链路记为k_m+1，则有节点i-1与节点j-1以数据链k_m-1进行数字传输的误码率为节点i+1与节点j+1以数据链k_m+1进行数字传输的误码率为

步骤二：建立并叠加多种数据链中的每种数据链的单数据链网络拓扑矩阵，从而得到数据链异构网网络拓扑矩阵；

步骤201：设定信号成功接收的门限误码率为BER_门限；

步骤202：对比任意一传输误码率与门限误码率BER_门限，从而得到节点i至节点j的节点－节点连通性

（A）如果节点i、节点j同时支持数据链k_m时，且满足则任意一链路连通；

（B）如果节点i、节点j同时支持数据链k_m时，且满足则任意一链路不连通；

（C）如果节点i或节点j不支持数据链k_m，则任意一链路不连通；

步骤203：重复步骤202，判断多种数据链中的每种数据链的任意两个节点之间是否能够连通，从而得到单数据链网络拓扑矩阵

所述的单数据链网络拓扑矩阵 $T^{k_m}=\left[\begin{array}{cccc}{t}_{1\→1}^{k_m}& t_{1\→2}^{k_m}& \·\·\·& t_{1\→n}^{k_m}\\ t_{2\→1}^{k_m}& t_{2\→2}^{k_m}& \·\·\·& t_{2\→n}^{k_m}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& t_{i\→j}^{k_m}& \·\\ \·& \·& & \·\\ t_{n\→1}^{k_m}& t_{n\→2}^{k_m}& \·\·\·& t_{n\→n}^{k_m}\end{array}\right],$ 其中，如果任意一链路为连通，则节点－节点连通性且将节点i和节点j记为数据链k_m的有效节点；若为不连通，则

在本发明中，由于数据链异构网中有n个节点，则单数据链网络拓扑是以n×n的矩阵来表示。

表示节点1到节点1通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点1到节点2通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点1到节点n通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点2到节点1通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点2到节点2通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点2到节点n通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点i到节点j通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点n到节点1通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点n到节点2通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点n到节点n通过数据链k_m进行数字传输的连通性。

步骤204：叠加每种数据链的单数据链网络拓扑矩阵，得到数据链异构网网络拓扑矩阵 $T=\left[\begin{array}{cccc}{t}_{1\→1}& t_{1\→2}& \·\·\·& t_{1\→n}\\ t_{2\→1}& t_{2\→2}& \·\·\·& t_{2\→n}\\ \·& \·& & \·\\ \·& \·& t_{i\→j}& \·\\ \·& \·& & \·\\ t_{n\→1}& t_{n\→2}& \·\·\·& t_{n\→n}\end{array}\right],$ 其中，矩阵T为每种数据链的单数据链网络拓扑矩阵逻辑相加之和，即对于矩阵中的每个元素的赋值满足：1+1＝1，1+0＝1，0+1＝1，0+0＝0。

t_1→1表示节点1到节点1进行数字传输的连通性；

t_1→2表示节点1到节点2进行数字传输的连通性；

t_1→n表示节点1到节点n进行数字传输的连通性；

t_2→1表示节点2到节点1进行数字传输的连通性；

t_2→2表示节点2到节点2进行数字传输的连通性；

t_2→n表示节点2到节点n进行数字传输的连通性；

t_i→j表示节点i到节点j进行数字传输的连通性；

t_n→1表示节点n到节点1进行数字传输的连通性；

t_n→2表示节点n到节点2进行数字传输的连通性；

t_n→n表示节点n到节点n进行数字传输的连通性。

参见图3所示，在一个具有5个节点形成的数据链异构网中，数据链异构网的网络拓扑矩阵 $T=\left[\begin{array}{ccccc}{t}_{i\→i}& t_{i\→a}& t_{i\→b}& t_{i\→c}& t_{i\→j}\\ t_{a\→i}& t_{a\→a}& t_{a\→b}& t_{a\→c}& t_{a\→j}\\ t_{b\→i}& t_{b\→a}& t_{b\→b}& t_{b\→c}& t_{b\→j}\\ t_{c\→i}& t_{c\→a}& t_{c\→b}& t_{c\→c}& t_{c\→j}\\ t_{j\→i}& t_{j\→a}& t_{j\→b}& t_{j\→c}& t_{j\→j}\end{array}\right],$ 对 $T=\left[\begin{array}{ccccc}{t}_{i\→i}& t_{i\→a}& t_{i\→b}& t_{i\→c}& t_{i\→j}\\ t_{a\→i}& t_{a\→a}& t_{a\→b}& t_{a\→c}& t_{a\→j}\\ t_{b\→i}& t_{b\→a}& t_{b\→b}& t_{b\→c}& t_{b\→j}\\ t_{c\→i}& t_{c\→a}& t_{c\→b}& t_{c\→c}& t_{c\→j}\\ t_{j\→i}& t_{j\→a}& t_{j\→b}& t_{j\→c}& t_{j\→j}\end{array}\right]$ 进行逻辑相加赋值处理，得到 $T=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 1& 0& 1\\ 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right].$ 图3中则说明所有节点之间的网络拓扑结构。所述数据链异构网中至少有节点i、节点j、节点a、节点b和节点c；5个节点具有3种数据链；通过叠加这3种数据链中的每一种数据链的单数据链网络拓扑得到数据链异构网网络拓扑矩阵。

t_i→i表示节点i到节点i进行数字传输的连通性；

t_i→a表示节点i到节点a进行数字传输的连通性；

t_i→b表示节点i到节点b进行数字传输的连通性；

t_i→c表示节点i到节点c进行数字传输的连通性；

t_i→j表示节点i到节点j进行数字传输的连通性；

t_a→i表示节点a到节点i进行数字传输的连通性；

t_a→a表示节点a到节点a进行数字传输的连通性；

t_a→b表示节点a到节点b进行数字传输的连通性；

t_a→c表示节点a到节点c进行数字传输的连通性；

t_a→j表示节点a到节点j进行数字传输的连通性；

t_b→i表示节点b到节点i进行数字传输的连通性；

t_b→a表示节点b到节点a进行数字传输的连通性；

t_b→b表示节点b到节点b进行数字传输的连通性；

t_b→c表示节点b到节点c进行数字传输的连通性；

t_b→j表示节点b到节点j进行数字传输的连通性；

t_c→i表示节点c到节点i进行数字传输的连通性；

t_c→a表示节点c到节点a进行数字传输的连通性；

t_c→b表示节点c到节点b进行数字传输的连通性；

t_c→c表示节点c到节点c进行数字传输的连通性；

t_c→j表示节点c到节点j进行数字传输的连通性；

t_j→i表示节点j到节点i进行数字传输的连通性；

t_j→a表示节点j到节点a进行数字传输的连通性；

t_j→b表示节点j到节点b进行数字传输的连通性；

t_j→c表示节点j到节点c进行数字传输的连通性；

t_j→j表示节点j到节点j进行数字传输的连通性。

步骤三：计算端到端数据传输的最小跳数，并记录所有的中继节点；

为了详细说明端到端数据传输的最小跳数的计算，以及记录路由路径上的所有中继节点，参见图3、图4所示的结构及流程。

步骤301：设节点i（发射端）到节点j（接收端）的数据传输跳数记为Jump；

初始时，节点i到节点j的最小数据传输跳数赋值为1，即Jump＝1；

步骤302：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_i→j的逻辑相加赋值为1（即t_i→j＝1），则节点i到节点j的最小数据传输跳数为1（即Jump＝1）；然后执行步骤307；

步骤303：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_i→j的逻辑相加赋值为0，则记录下 $T=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 1& 0& 1\\ 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$ 中能够与节点i在数据传输跳数为1时连通的节点，即分别为节点a、节点b；

步骤304：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_a→j或者t_b→j的逻辑相加赋值为1（即t_a→j＝1或者t_b→j＝1），则节点i到节点j的最小数据传输跳数为2（即Jump＝1+1）；然后执行步骤307；

步骤305：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_a→j和t_b→j的逻辑相加赋值为0，则记录下 $T=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 1& 0& 1\\ 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$ 中除节点i，且能够与节点a或者节点b在数据传输跳数为1时连通的节点，即为节点c；

步骤306：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_c→j的逻辑相加赋值为1（即t_c→j＝1），则节点i到节点j的最小数据传输跳数为3（即Jump＝1+1+1）；然后执行步骤307；

步骤307：记录下满足节点i到节点j数据传输跳数为3的路径，i→a→c→j、i→b→c→j；将i→a→c→j记为第一条路由路径R₁，将i→b→c→j记为第二条路由路径R₂；

步骤308：记录第一条路由路径R₁上的所有中继节点，即节点a和节点c；按照数据传输通过的先后次序进行数字编号，则节点i的数字编号记为节点a的数字编号记为则节点c的数字编号记为节点j的数字编号记为

记录第二条路由路径R₂上的所有中继节点，即节点b和节点c；按照数据传输通过的先后次序进行数字编号，则节点i的数字编号记为节点b的数字编号记为则节点c的数字编号记为节点j的数字编号记为

在本发明中，不失一般性，节点i到节点j的中继节点形成的路由路径表征为将节点i的数字编号记为节点j的数字编号记为 表示第1个中继节点的数字编号；表示第2个中继节点的数字编号；表示第q个中继节点的数字编号，也称为最后一个中继节点的数字编号；不失一般性，称为任意一中继节点的数字编号。

步骤四：测量数据传输产生的端到端时延；

参见图3所示，步骤401：当节点i在第一条路由路径R₁上作为发射端有第一种数据链和第二种数据链供选择时，选择有效节点总数最少的第二种数据链进行传输；

当节点a在第一条路由路径R₁上作为发射端有第一种数据链和第二种数据链供选择时，选择与节点i在第一条路由路径R₁上相同的第二种数据链进行传输；然后采用数据链的TDMA时隙分配规则获取第一条路由路径R₁上的节点a作为发射端时在一帧中占用的时隙数目且其中，是节点a在第一条路由路径R₁上作为发射端时一帧中的时隙总数；ξ是一帧中预留的时隙比例，且0≤ξ＜1；是节点a在第一条路由路径R₁上作为发射端时所用数据链的有效节点总数；表示向下取整。

采用数据链的TDMA时隙分配规则获取第一条路由路径R₁上的节点c作为发射端时在一帧中占用的时隙数目且其中，是节点c在第一条路由路径R₁上作为发射端时一帧中的时隙总数；ξ是一帧中预留的时隙比例，且0≤ξ＜1；是节点c在第一条路由路径R₁上作为发射端时所用数据链的有效节点总数；表示向下取整。

采用数据链的TDMA时隙分配规则获取第二条路由路径R₂上的节点b作为发射端时在一帧中占用的时隙数目且其中，是节点b在第二条路由路径R₂上作为发射端时一帧中的时隙总数；ξ是一帧中预留的时隙比例，且0≤ξ＜1；是节点b在第二条路由路径R₂上作为发射端时所用数据链的有效节点总数；表示向下取整。

采用数据链的TDMA时隙分配规则获取第二条路由路径R₂上的节点c作为发射端时在一帧中占用的时隙数目且其中，是节点c在第二条路由路径R₂上作为发射端时一帧中的时隙总数；ξ是一帧中预留的时隙比例，且0≤ξ＜1；是节点c在第二条路由路径R₂上作为发射端时所用数据链的有效节点总数；表示向下取整。

在本发明中，每种数据链的TDMA时隙分配规则为首先预留出一帧中时隙总数ξ（0≤ξ＜1）的时隙资源用于备份可能出现的动态链路，之后其他资源按照该种数据链中的有效节点总数均匀分配并向下取整。

步骤402：依据端到端时延关系得到第一条路由路径R₁上的节点i到节点j的时延；

其中，（A）如果路由路径节点和作为发射端时使用同一种数据链并且所占时隙在帧上的位置比路由路径节点靠前k_f个，则k_f表示在TDMA时隙分配规则中与间隔的节点个数；

其中，（B）如果路由路径节点和作为发射端时使用同一种数据链并且所占时隙在帧上的位置比路由路径节点靠后k_g个，则 $T_{w_q}^{R_1}=T_{f_{q+1}}^{R_1}+{\mathrm{\Δ}}_G-\frac{T_{f_{q+1}}^{R_1}}{N_{f_{q+1}}^{R_1}}\×N_{\mathrm{su}{b}_{q+1}}^{R_1}\×k_g-(\frac{K}{{\mathrm{\Ω}}_{q+1}^{R_1}\×N_{\mathrm{su}{b}_{q+1}}^{R_1}}-1)\×(T_{f_{q+1}}^{R_1}+{\mathrm{\Δ}}_G+{\mathrm{\Δ}}_p);$ k_g表示在TDMA时隙分配规则中与间隔的节点个数；

其中，（C）如果与作为发射端时使用不同种数据链，则 表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时所占时隙排在帧上的位置；

步骤403：依据端到端时延关系得到第二条路由路径R₂上的节点i到节点j的时延；

其中，（D）如果路由路径节点和作为发射端时使用同一种数据链并且节点所占时隙在帧上的位置比节点靠前k_f个，则k_f表示在TDMA时隙分配规则中与间隔的节点个数；

其中，（E）如果路由路径节点和作为发射端时使用同一种数据链并且所占时隙在帧上的位置比节点靠后k_g个，则 $T_{w_q}^{R_2}=T_{f_{q+1}}^{R_2}+{\mathrm{\Δ}}_G-\frac{T_{f_{q+1}}^{R_2}}{N_{f_{q+1}}^{R_2}}\×N_{\mathrm{su}{b}_{q+1}}^{R_2}\×k_g-(\frac{K}{{\mathrm{\Ω}}_{q+1}^{R_2}\×N_{\mathrm{su}{b}_{q+1}}^{R_2}}-1)\×(T_{f_{q+1}}^{R_2}+{\mathrm{\Δ}}_G+{\mathrm{\Δ}}_p);$ k_g表示在TDMA时隙分配规则中与间隔的节点个数；

其中，（F）如果与作为发射端时使用不同种数据链，则 表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时所占时隙排在帧上的位置；

c表示电磁波的传播速度，且c＝0.3km/μs；

K表示所需传输数据包的大小，单位是bit；

Δ_G表示帧间保障间隔，单位是μs；

Δ_p表示任意一节点处理一帧的时延，单位是μs；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点与路由路径节点之间的距离；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点与路由路径节点之间的距离；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时每个时隙内可传输的有效数据长度，单位是bit；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时每个时隙内可传输的有效数据长度，单位是bit；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时每个时隙内可传输的有效数据长度，单位是bit；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时每个时隙内可传输的有效数据长度，单位是bit；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时在一帧中占用的时隙数目；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时在一帧中占用的时隙数目；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时在一帧中占用的时隙数目；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时在一帧中占用的时隙数目；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时的帧长，单位是μs；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时的帧长，单位是μs；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时的帧长，单位是μs；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时的帧长，单位是μs；

表示路由路径节点在第一条路由路径R₁上作为发射端时一帧中的时隙总数；

表示路由路径节点在第一条路由路径R₁上作为发射端时一帧中的时隙总数；

表示路由路径节点在第二条路由路径R₂上作为发射端时一帧中的时隙总数。

表示路由路径节点在第二条路由路径R₂上作为发射端时一帧中的时隙总数。

步骤404：比较和取最小的端到端时延所对应的路由路径进行数据传输，即节点i到节点j的时延记为

在本发明中，不失一般性，节点i到节点j的时延记为 示第一条路由路径上的端到端时延；表示第二条路由路径上的端到端时延；表示第r条路由路径上的端到端时延，也称为最后一条路由路径上的端到端时延；不失一般性，称为任意一条路由路径上的端到端时延。

步骤五：优化基于TDMA数据链异构网络；

优化方式一：如果节点i到节点j的时延不满足ITU－T的要求时，则提高端到端时延最小的路由路径中发射节点的发射功率P_i；重新进行端到端时延的测量，直至能够满足ITU－T的要求，从而达到优化基于TDMA数据链异构网络。

优化方式二：如果节点i到节点j的时延不满足ITU－T的要求时，则设定不满足ITU－T要求的端到端时延最小的路由路径中的发射节点以同一种数据链进行数据传输；重新进行端到端时延的测量，直至能够满足ITU－T的要求，从而达到优化基于TDMA数据链异构网络。

在本发明中，ITU－T是指行业标准-T-REC-G.114（国际电信联盟），G.114（05/2000）。

实施例

本发明中的端到端时延是指从源端出发到目的端完全接收的时间差。本发明中提到的TDMA数据链异构网是指网络由多种不同型号的数据链组成，支持不同种类数据链之间的互连、互通和互操作，数据链采用时分多址（TDMA）的接入体制实现多点对多点的组网数据传输。为了验证本发明方法的有效性，本发明利用matlab7.3仿真软件进行数据量的计算。

参见图3所示的TDMA数据链异构网中的各个节点以及节点的链路关系示意图：假设节点i的地理经纬度坐标为北纬34.5度，东经122度；

节点a的地理经纬度坐标为北纬34.5度，东经122.4度；

节点b的地理经纬度坐标为北纬34.2度，东经122.1度；

节点c的地理经纬度坐标为北纬34.2度，东经122.8度；

节点j的地理经纬度坐标为北纬34.2度，东经123.2度；

干扰源I的地理经纬度坐标为北纬38度，东经119.5度。

节点a的发射功率为35dB，其余四个节点的发射功率为30dB，干扰源的功率谱密度为10dB/MHz，五个节点和干扰源的天线高度均为10m。

三种型号的数据链分布情况：假设节点i支持第k₁种和第k₂种数据链；

节点a支持第k₁种和第k₂种数据链；

节点b支持第k₁种数据链；

节点c支持第k₁种、第k₂种和第k₃种数据链；

节点j支持第k₃种数据链。

第k₁种数据链的载波频率为350MHz，带宽为202MHz，帧长为500ms，一帧中的时隙总数为40个，每个时隙内可传输的有效数据长度为620bit。

第k₂种数据链的载波频率为1000MHz，带宽为255MHz，帧长为500ms，一帧中的时隙总数为128个，每个时隙内可传输的有效数据长度为450bit。

第k₃种数据链的载波频率为300MHz，带宽为190MHz，帧长为500ms，一帧中的时隙总数为75个，每个时隙内可传输的有效数据长度为30bit。

三种数据链的帧间保障间隔均为5000μs，节点处理一帧的时延均为1000μs，每帧均预留出10%的时隙资源用于备份可能出现的动态链路。

源端设置为节点i，目的端设置为节点j，所需传输数据包的大小设置为500bit，信道的噪声功率谱密度设置为－204dB/MHz，信号可靠接收的门限误码率设置为BER_门限＝10^-4。在本发明中的实施例中体现了数据传输过程中遇到的数据链异构网组网、路由路径选择、数据链选择等差异，此实施例分析TDMA数据链异构网数据端到端时延是具有代表性的。

该实施例是按照如图1所示的流程进行验证的，其具体的处理步骤如下：

步骤一：计算每条链路的传输误码率：

（1）首先根据地理经纬度坐标，计算出每条链路的长度和干扰源与每个节点之间的距离，得到D_ia＝D_ai＝36.65km，D_ib＝D_bi＝34.59km，D_ic＝D_ci＝80.65km，D_ab＝D_ba＝43.25km，D_ac=D_ca＝49.60km，D_bc＝D_cb＝64.36km，D_cj＝D_jc＝36.78km，D_Ii=448.98km，D_Ia＝467.90km，D_Ib=482.65km，D_Ic=515.98km，D_Ij=537.40km。

（2）根据Egli传播模型和传输误码率的表达式，计算出每条链路的传输误码率：

在第k₁种数据链下的传输误码率：

${\mathrm{BER}}_{i\→a}^{k_1}=1.22\×{10}^{-50};$ ${\mathrm{BER}}_{a\→i}^{k_1}=3.49\×{10}^{-155};$

${\mathrm{BER}}_{i\→b}^{k_1}=2.45\×{10}^{-63};$ ${\mathrm{BER}}_{b\→i}^{k_1}=3.48\×{10}^{-63};$

${\mathrm{BER}}_{i\→c}^{k_1}=1.00\×{10}^{-3};$ ${\mathrm{BER}}_{c\→i}^{k_1}=1.00\×{10}^{-3};$

${\mathrm{BER}}_{a\→b}^{k_1}=2.61\×{10}^{-81};$ ${\mathrm{BER}}_{b\→a}^{k_1}=4.37\×{10}^{-27};$

${\mathrm{BER}}_{a\→c}^{k_1}=5.52\×{10}^{-48};$ ${\mathrm{BER}}_{c\→a}^{k_1}=1.881\×{10}^{-16};$

${\mathrm{BER}}_{b\→c}^{k_1}=6.33\×{10}^{-7};$ ${\mathrm{BER}}_{c\→b}^{k_1}=6.47\×{10}^{-7}.$

在第k₂种数据链下的传输误码率：

${\mathrm{BER}}_{i\→a}^{k_2}=1.54\×{10}^{-6};$ ${\mathrm{BER}}_{a\→i}^{k_2}=5.42\×{10}^{-17};$

${\mathrm{BER}}_{i\→c}^{k_2}=1.68\×{10}^{-1};$ ${\mathrm{BER}}_{c\→i}^{k_2}=1.68\×{10}^{-1};$

${\mathrm{BER}}_{a\→c}^{k_2}=2.94\×{10}^{-6};$ ${\mathrm{BER}}_{c\→a}^{k_2}=5.40\×{10}^{-3}.$

在第k₃种数据链下的传输误码率：

${\mathrm{BER}}_{c\→j}^{k_3}=1.79\×{10}^{-71};$ ${\mathrm{BER}}_{j\→c}^{k_3}=2.16\×{10}^{-71}.$

步骤二：建立数据链异构网网络拓扑矩阵：

（1）根据信号可靠接收的门限误码率BER_门限＝10^-4，判断每条链路的连通性，从而得到链路 可连通，其余链路均不可连通。

（2）建立第k₁种数据链的单数据链网络拓扑矩阵：

$T^{k_1}=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right],$ 有效节点总数为4个。

（3）建立第k₂种数据链的单数据链网络拓扑矩阵：

$T^{k_2}=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 0& 0& 0\\ 1& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right],$ 有效节点总数为3个。

（4）建立第k₃种数据链的单数据链网络拓扑矩阵：

$T^{k_3}=\left[\begin{array}{ccccc}0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$ 有效节点总数为2个。

（5）逻辑相加各个单数据链网络拓扑矩阵，得到数据链异构网网络拓扑矩阵：

$T=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 1& 0& 1\\ 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$

步骤三：计算端到端数据传输的最小跳数，并记录下所有的中继节点：

（1）根据图4中流程图所示，计算出端到端数据传输的最小跳数n_jump=3。

（2）满足跳数为3跳的路由路径有两条，路由路径R₁中的中继节点为节点a和节点c，路由路径R₂中的中继节点为节点b和节点c，如图3所示。

步骤四：演算预测数据传输的端到端时延：

（1）在路由路径R₁中节点i和节点a之间选择有效节点总数少的第k₂种数据链进行传输，预留出一帧中时隙总数10%的时隙资源用于备份可能出现的动态链路，则每个节点在一帧中占用的时隙数目为 $N_{{\mathrm{sub}}_i}^{R_1}=38,N_{{\mathrm{sub}}_a}^{R_1}=38,N_{{\mathrm{sub}}_c}^{R_1}=33,N_{{\mathrm{sub}}_i}^{R_2}=9,$ $N_{{\mathrm{sub}}_b}^{R_2}=9,N_{{\mathrm{sub}}_c}^{R_2}=33.$

（2）根据本发明提供的数据传输端到端时延计算公式，可推得沿路由路径R₁数据传输的端到端时延沿路由路径R₂数据传输的端到端时延 $T_{R_2}=5.6095\×{10}^5\mathrm{\μs}.$

（3）选择端到端时延最小的路由路径进行数据传输，得到数据传输的端到端时延T＝5.6095×10⁵μs。

该实施例中得到的端到端时延T＝5.6095×10⁵μs满足行业标准-T-REC-G.114（国际电信联盟），G.114（05/2000）的要求，故不进行优化基于TDMA数据链异构网络。

Claims (3)

1.一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法，其特征在于包括有下列步骤：

步骤一，计算多种数据链中的每条链路的传输误码率；其具体步骤为：

步骤101：依据数据链异构网中任意节点、任意干扰源的地理经纬度坐标，分别计算出节点－节点距离D_ij和节点－干扰源距离D_Ij；

所述节点－节点距离D_ij＝111.1×arccos(sinx_i×sinx_j+cosx_i×cosx_j×cos(y_i-y_j))；其中，111.1是单位地球中心夹角对应的地球表面弧长，单位为千米；x_i是节点i的地理纬度值，在北纬为正值，在南纬为负值；x_j是节点j的地理纬度值，在北纬为正值，在南纬为负值；y_i是节点i的地理经度值，在东经为正值，在西经为负值；y_j是节点j的地理经度值，在东经为正值，在西经为负值；

所述节点－干扰源距离D_Ij＝111.1×arccos(sinx_I×sinx_j+cosx_I×cosx_j×cos(y_I-y_j))；x_I是干扰源I的地理纬度值，在北纬为正值，在南纬为负值；x_I是干扰源I的地理纬度值，在北纬为正值，在南纬为负值；

步骤102：将节点－节点距离D_ij、节点－干扰源距离D_Ij、发射端载波频率发射天线高度H_i、接收天线高度H_j和干扰源天线高度H_I代入Egli传播模型中，解析得到节点－节点损耗和节点－干扰源损耗

所述节点－节点损耗 $A_{i\→j}^{k_m}=117+40\lg D_{ij}+20\lg f^{k_m}-20\lg (H_i\×H_j),$ 其中，117是传输路径的补偿衰减值，单位为dB；是任意一种数据链k_m的发射端载波频率，单位是MHz；H_i是节点i的天线高度，单位是米；H_j是节点j的天线高度，单位是米；节点－节点损耗的单位是dB；

所述节点－干扰源损耗 $C_{I\→j}^{k_m}=117+40\lg D_{Ij}+20\lg f^{k_m}-20\lg (H_I\×H_j),$ 其中，H_I是干扰源I的天线高度，单位是米；节点－干扰源损耗的单位是dB；

步骤103：依据步骤102中的节点－节点损耗和节点－干扰源损耗求取任意一链路上的当前传输误码率

所述当前传输误码率且

$a_{i\→j}^{k_m}=\sqrt{\frac{2\×{10}^{\frac{P_i-A_{i\→j}^{k_m}}{10}}}{{10}^{\frac{P_I+10\log B_i-C_{I\→j}^{k_m}}{10}}+{10}^{\frac{N_0+10\log B_i}{10}}}};$

其中，Q(·)是Q函数，表示传输误码率，单位是％；表示节点i至节点j以数据链k_m进行数字传输的误码率，采用Q函数表征；

P_i表示发射端节点i的发射功率，单位是dB；

B_i表示发射端节点i的发射功率带宽，单位是MHz；

P_I表示干扰源I的功率谱密度，单位是dB/MHz；

N₀表示噪声功率谱密度，单位是dB/MHz；

步骤104：重复步骤101到步骤103，直到计算出所有链路的总传输误码率BER；

所述总传输误码率 $BER=\{{\mathrm{BER}}_{i-1\→j-1}^{k_{m-1}},{\mathrm{BER}}_{i\→j}^{k_m},...,{\mathrm{BER}}_{i+1\→j+1}^{k_{m+1}}\}$ 中表示前一个传输误码率；表示当前传输误码率；表示后一个传输误码率；

对于当前传输误码率来讲是指节点i至节点j以数据链k_m进行数字传输的误码率；同理可得，节点i的前一个节点记为i-1，且i-1∈n，节点i的后一个节点记为i+1，且i+1∈n，节点j的前一个节点记为j-1，且j-1∈n，节点j的后一个节点记为j+1，且j+1∈n，数据链k_m的前一个链路记为k_m-1，数据链k_m的后一个链路记为k_m+1，则有节点i-1与节点j-1以数据链k_m-1进行数字传输的误码率为节点i+1与节点j+1以数据链k_m+1进行数字传输的误码率为

步骤二，建立并叠加多种数据链中的每种数据链的单数据链网络拓扑矩阵，得到数据链异构网网络拓扑矩阵；

所述数据链异构网中至少有节点i、节点j、节点a、节点b和节点c；5个节点具有3种数据链；

在步骤二中进行的数据链路异构网网络矩阵的建立为：

步骤201：设定信号成功接收的门限误码率为BER_门限；

步骤202：对比任意一传输误码率与门限误码率BER_门限，从而得到节点i至节点j的节点－节点连通性

(A)如果节点i、节点j同时支持数据链k_m时，且满足则任意一链路连通；

(B)如果节点i、节点j同时支持数据链k_m时，且满足则任意一链路不连通；

(C)如果节点i或节点j不支持数据链k_m，则任意一链路不连通；

步骤203：重复步骤202，判断多种数据链中的每种数据链的任意两个节点之间是否能够连通，从而得到单数据链网络拓扑矩阵

所述的单数据链网络拓扑矩阵其中，如果任意一链路为连通，则节点－节点连通性且将节点i和节点j记为数据链k_m的有效节点；若为不连通，则

表示节点1到节点1通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点1到节点2通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点1到节点n通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点2到节点1通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点2到节点2通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点2到节点n通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点i到节点j通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点n到节点1通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点n到节点2通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

表示节点n到节点n通过数据链k_m进行数字传输的连通性；

步骤204：叠加每种数据链的单数据链网络拓扑矩阵，得到数据链异构网网络拓扑矩阵其中，矩阵T为每种数据链的单数据链网络拓扑矩阵逻辑相加之和，即对于矩阵中的每个元素的赋值满足：1+1＝1，1+0＝1，0+1＝1，0+0＝0；

t_1→1表示节点1到节点1进行数字传输的连通性；

t_1→2表示节点1到节点2进行数字传输的连通性；

t_1→n表示节点1到节点n进行数字传输的连通性；

t_2→1表示节点2到节点1进行数字传输的连通性；

t_2→2表示节点2到节点2进行数字传输的连通性；

t_2→n表示节点2到节点n进行数字传输的连通性；

t_i→j表示节点i到节点j进行数字传输的连通性；

t_n→1表示节点n到节点1进行数字传输的连通性；

t_n→2表示节点n到节点2进行数字传输的连通性；

t_n→n表示节点n到节点n进行数字传输的连通性；

步骤三，计算端到端数据传输的最小跳数，并记录所有的中继节点的处理步骤有；

步骤301：设节点i到节点j的数据传输跳数记为Jump；

初始时，节点i到节点j的最小数据传输跳数赋值为1，即Jump＝1；

步骤302：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_i→j的逻辑相加赋值为1，即t_i→j＝1，则节点i到节点j的最小数据传输跳数为1，即Jump＝1；然后执行步骤307；

步骤303：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_i→j的逻辑相加赋值为0，则记录下 $T=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 1& 0& 1\\ 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$ 中能够与节点i在数据传输跳数为1时连通的节点，即分别为节点a、节点b；

步骤304：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_a→j或者t_b→j的逻辑相加赋值为1，即t_a→j＝1或者t_b→j＝1，则节点i到节点j的最小数据传输跳数为2，即Jump＝1+1；然后执行步骤307；

步骤305：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_a→j和t_b→j的逻辑相加赋值为0，则记录下 $T=\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 1& 1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 0\\ 0& 1& 1& 0& 1\\ 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$ 中除节点i，且能够与节点a或者节点b在数据传输跳数为1时连通的节点，即为节点c；

步骤306：如果数据链异构网网络拓扑矩阵T中的t_c→j的逻辑相加赋值为1，即t_c→j＝1，则节点i到节点j的最小数据传输跳数为3，即Jump＝1+1+1；然后执行步骤307；

步骤307：记录下满足节点i到节点j数据传输跳数为3的路径，i→a→c→j、i→b→c→j；将i→a→c→j记为第一条路由路径R₁，将i→b→c→j记为第二条路由路径R₂；

步骤308：记录第一条路由路径R₁上的所有中继节点，即节点a和节点c；按照数据传输通过的先后次序进行数字编号，则节点i的数字编号记为节点a的数字编号记为则节点c的数字编号记为节点j的数字编号记为

记录第二条路由路径R₂上的所有中继节点，即节点b和节点c；按照数据传输通过的先后次序进行数字编号，则节点i的数字编号记为节点b的数字编号记为则节点c的数字编号记为节点j的数字编号记为

在数据链异构网的网络拓扑中，节点i到节点j的中继节点形成的路由路径表征为将节点i的数字编号记为节点j的数字编号记为 表示第1个中继节点的数字编号；表示第2个中继节点的数字编号；表示第q个中继节点的数字编号，也称为最后一个中继节点的数字编号；不失一般性，称为任意一中继节点的数字编号；

步骤四，进行测量数据传输产生的端到端时延的测量步骤有；

步骤401：当节点i在第一条路由路径R₁上作为发射端有第一种数据链和第二种数据链供选择时，选择有效节点总数最少的第二种数据链进行传输；

当节点a在第一条路由路径R₁上作为发射端有第一种数据链和第二种数据链供选择时，选择与节点i在第一条路由路径R₁上相同的第二种数据链进行传输；然后采用数据链的TDMA时隙分配规则获取第一条路由路径R₁上的节点a作为发射端时在一帧中占用的时隙数目且其中，是节点a在第一条路由路径R₁上作为发射端时一帧中的时隙总数；ξ是一帧中预留的时隙比例，且0≤ξ＜1；是节点a在第一条路由路径R₁上作为发射端时所用数据链的有效节点总数；表示向下取整；

采用数据链的TDMA时隙分配规则获取第一条路由路径R₁上的节点c作为发射端时在一帧中占用的时隙数目且其中，是节点c在第一条路由路径R₁上作为发射端时一帧中的时隙总数；ξ是一帧中预留的时隙比例，且0≤ξ＜1；是节点c在第一条路由路径R₁上作为发射端时所用数据链的有效节点总数；表示向下取整；

采用数据链的TDMA时隙分配规则获取第二条路由路径R₂上的节点b作为发射端时在一帧中占用的时隙数目且其中，是节点b在第二条路由路径R₂上作为发射端时一帧中的时隙总数；ξ是一帧中预留的时隙比例，且0≤ξ＜1；是节点b在第二条路由路径R₂上作为发射端时所用数据链的有效节点总数；表示向下取整；

采用数据链的TDMA时隙分配规则获取第二条路由路径R₂上的节点c作为发射端时在一帧中占用的时隙数目且其中，是节点c在第二条路由路径R₂上作为发射端时一帧中的时隙总数；ξ是一帧中预留的时隙比例，且0≤ξ＜1；是节点c在第二条路由路径R₂上作为发射端时所用数据链的有效节点总数；表示向下取整；

步骤402：依据端到端时延关系得到第一条路由路径R₁上的节点i到节点j的时延；

其中，(A)如果路由路径节点和作为发射端时使用同一种数据链并且所占时隙在帧上的位置比路由路径节点靠前k_f个，则k_f表示在TDMA时隙分配规则中与间隔的节点个数；

其中，(B)如果路由路径节点和作为发射端时使用同一种数据链并且所占时隙在帧上的位置比路由路径节点靠后k_g个，则 $T_{w_q}^{R_1}=T_{f_{q+1}}^{R_1}+{\mathrm{\Δ}}_G-\frac{T_{f_{q+1}}^{R_1}}{N_{f_{q+1}}^{R_1}}\×N_{{\mathrm{sub}}_{q+1}}^{R_1}\×k_g-(\frac{K}{{\mathrm{\Ω}}_{q+1}^{R_1}\×N_{{\mathrm{sub}}_{q+1}}^{R_1}}-1)\×(T_{f_{q+1}}^{R_1}+{\mathrm{\Δ}}_G+{\mathrm{\Δ}}_p);$ k_g表示在TDMA时隙分配规则中与间隔的节点个数；

其中，(C)如果与作为发射端时使用不同种数据链，则 表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时所占时隙排在帧上的位置；

步骤403：依据端到端时延关系得到第二条路由路径R₂上的节点i到节点j的时延；

其中，(D)如果路由路径节点和作为发射端时使用同一种数据链并且节点所占时隙在帧上的位置比节点靠前k_f个，则k_f表示在TDMA时隙分配规则中与间隔的节点个数；

其中，(E)如果路由路径节点和作为发射端时使用同一种数据链并且所占时隙在帧上的位置比节点靠后k_g个，则 $T_{w_q}^{R_2}=T_{f_{q+1}}^{R_2}+{\mathrm{\Δ}}_G-\frac{T_{f_{q+1}}^{R_2}}{N_{f_{q+1}}^{R_2}}\×N_{{\mathrm{sub}}_{q+1}}^{R_2}\×k_g-(\frac{K}{{\mathrm{\Ω}}_{q+1}^{R_2}\×N_{{\mathrm{sub}}_{q+1}}^{R_2}}-1)\×(T_{f_{q+1}}^{R_2}+{\mathrm{\Δ}}_G+{\mathrm{\Δ}}_p);$ k_g表示在TDMA时隙分配规则中与间隔的节点个数；

其中，(F)如果与作为发射端时使用不同种数据链，则 表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时所占时隙排在帧上的位置；

c表示电磁波的传播速度，且c＝0.3km/μs；

K表示所需传输数据包的大小，单位是bit；

Δ_G表示帧间保障间隔，单位是μs；

Δ_p表示任意一节点处理一帧的时延，单位是μs；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点与路由路径节点之间的距离；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点与路由路径节点之间的距离；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时每个时隙内可传输的有效数据长度，单位是bit；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时每个时隙内可传输的有效数据长度，单位是bit；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时每个时隙内可传输的有效数据长度，单位是bit；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时每个时隙内可传输的有效数据长度，单位是bit；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时在一帧中占用的时隙数目；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时在一帧中占用的时隙数目；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时在一帧中占用的时隙数目；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时在一帧中占用的时隙数目；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时的帧长，单位是μs；

表示第一条路由路径R₁上的路由路径节点作为发射端时的帧长，单位是μs；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时的帧长，单位是μs；

表示第二条路由路径R₂上的路由路径节点作为发射端时的帧长，单位是μs；

表示路由路径节点在第一条路由路径R₁上作为发射端时一帧中的时隙总数；

表示路由路径节点在第一条路由路径R₁上作为发射端时一帧中的时隙总数；

表示路由路径节点在第二条路由路径R₂上作为发射端时一帧中的时隙总数；

表示路由路径节点在第二条路由路径R₂上作为发射端时一帧中的时隙总数；

步骤404：比较和取最小的端到端时延所对应的路由路径进行数据传输，即节点i到节点j的时延记为

在数据链异构网的网络拓扑中，节点i到节点j的时延记为

表示第一条路由路径上的端到端时延；表示第二条路由路径上的端到端时延；表示第r条路由路径上的端到端时延，也称为最后一条路由路径上的端到端时延；不失一般性，称为任意一条路由路径上的端到端时延；

步骤五，优化基于TDMA数据链异构网络的方式有两种，方式一为：

如果节点i到节点j的时延不满足ITU－T的要求时，则提高端到端时延最小的路由路径中发射节点的发射功率P_i；重新进行端到端时延的测量，直至能够满足ITU－T的要求，从而达到优化基于TDMA数据链异构网络；

优化基于TDMA数据链异构网的方式二为：如果节点i到节点j的时延不满足ITU－T的要求时，则设定不满足ITU－T要求的端到端时延最小的路由路径中的发射节点以同一种数据链进行数据传输；重新进行端到端时延的测量，直至能够满足ITU－T的要求，从而达到优化基于TDMA数据链异构网络。

2.根据权利要求1所述的一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法，其特征在于：所述端到端时延的测量与优化方法应用在飞行器之间进行数据传输时，是通过数据链进行数字传输。

3.根据权利要求1所述的一种基于TDMA数据链异构网的端到端时延的测量与优化方法，其特征在于：所述的数据链是指满足Link－4协议的数据链、满足Link－11协议的数据链、满足Link－16协议的数据链和满足Link－22协议的数据链。