CN112055381B - 一种速率自适应无线数据分包传输方法和系统 - Google Patents

一种速率自适应无线数据分包传输方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种速率自适应无线数据分包传输方法和系统，属于测控通信技术领域，包含无线数据通信速率自适应方法、无线数据分包传输方法与无线数据传输方法，无线数据通信速率自适应方法能够根据当前信道的实时状态，在充分考虑冲突的情况下，改变收发双方的通信数率，保证系统吞吐量，提高系统数据传输的可靠性；无线数据分包传输方法在不改变传输速率的情况下，满足突发的大数据传输需求，提高系统的灵活性与适应性；为飞行器无线测试与发射提供有效地技术支持，提高飞行器测试与发射的灵活性、适应性、可靠性、稳定性等性能。

Description

一种速率自适应无线数据分包传输方法和系统
技术领域
本发明涉及一种速率自适应无线数据分包传输方法和系统，属于测控通信技术领域。
背景技术
在导弹/火箭的未来发展中，无线测发控体系将逐渐占据主导地位，由于无线测发控系统设计的传输内容涉及弹上重要的控制指令，例如解保、点火等，同时需要与地面进行状态监测数据交互，其数据的稳定可靠传输会影响发射前的状态判断。当前无线测发控系统主要存在以下不足：(1)无线数据传输速率无法实时调整，严重影响测试稳定性；目前的无线测发控系统，不具备通信速率的调整机制，通信链路存在干扰时，可能造成链路断开，需重新选择通信速率建立无线通信。在一些关键的时间节点例如发射前2分钟，会对发射流程产生较大影响。(2)无线数据传输数据包无法满足弹上突发大数据的传输需求；目前的无线测发控系统，不具备大数据突发传输的分包机制，因此只能通过限定传输容量在允许的范围内，对无线测发控系统的未来发展形成了极大地制约。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种速率自适应无线数据分包传输方法和系统，包含无线数据通信速率自适应方法、无线数据分包传输方法与无线数据传输方法，无线数据通信速率自适应方法能够根据当前信道的实时状态，在充分考虑冲突的情况下，改变收发双方的通信数率，保证系统吞吐量，提高系统数据传输的可靠性；无线数据分包传输方法在不改变传输速率的情况下，满足突发的大数据传输需求，提高系统的灵活性与适应性；为飞行器无线测试与发射提供有效地技术支持，提高飞行器测试与发射的灵活性、适应性、可靠性、稳定性等性能。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种速率自适应无线数据分包传输方法，包括如下步骤：
S1、收发双方建立无线通信后，当前发送方首先以不同通信速率发送广播数据包；
S2、当前接收方接收广播数据包，然后确定不同通信速率的接收信号指示强度，并对不同通信速率广播数据包内的广播数据帧进行接收数据包统计；然后向当前发送方发送广播信标帧，广播信标帧内包括不同通信速率接收数据包统计结果、不同通信速率的接收信号指示强度、当前接收方的位置信息；
S3、当前发送方接收广播信标帧后，计算收发双方的相对距离D，并根据最小通信速率的接收信号指示强度确定最低有效通信速率的距离阈值DTH；根据不同通信速率的接收信号指示强度确定不同通信速率的接收信号指示强度阈值；根据不同通信速率的接收数据包统计结果确定不同通信速率的丢包率阈值；
S4、收发双方均采用预设的通信速率和预设的分包初始化设置；当前发送方向当前接收方发送无线测控数据包，无线测控数据包内为实时测量数据和或实时控制指令；当前接收方接收无线测控数据包后向当前发送方发送无线信标帧，无线信标帧内包括当前通信速率接收数据包统计结果、当前通信速率的接收信号指示强度、接收方的实时位置信息；
S5、当前发送方利用所述无线信标帧实时监控通信信道状态，根据监控结果对当前通信速率进行调整，具体调整方法包括如下步骤：
S51、如果收发双方的实时相对距离D大于距离阈值DTH，则将预设的最低有效速率作为调整速率值，然后向当前接收方发起通信速率更改请求，转入S6；否则转入S52；
S52、根据当前通信速率的接收信号指示强度和不同通信速率的接收信号指示强度阈值，确定第一调整发送速率C1，根据当前通信速率的丢包率和不同通信速率的丢包率阈值，确定第二调整发送速率C2，在C1和C2中选取较小的值作为调整速率值，然后向当前接收方发起通信速率更改请求，转入S6；
S6、如果当前接收方通过通信速率更改请求，收发双方同时更改通信速率，然后均向对方发送通信速率更改结果；否则收发双方保持原通信速率；
S7、如果当前发送方判断需要发送数据量超出当前数据包容量时，当前发送方根据需要发送数据量和实时通信速率确定无线数据分包策略，然后向当前接收方发送分包请求，直到当前接收方通过分包请求，收发双方同时进行分包更改，然后均向对方发送分包更改结果。
上述速率自适应无线数据分包传输方法，优选的，S4中，当前发送方根据发送数据包的数量、接收数据包统计结果确定丢包率。
上述速率自适应无线数据分包传输方法，优选的，S3中，根据信道的噪声功率和不同通信速率的信噪比确定接收信号指示强度。
上述速率自适应无线数据分包传输方法，优选的，收发双方能够互换。
上述速率自适应无线数据分包传输方法，优选的，收发双方均采用主从双通道备份。
一种速率自适应无线数据分包传输系统，上述速率自适应无线数据分包传输方法，收发双方能够互换，采用时分复用进行通信。
上述速率自适应无线数据分包传输系统，优选的，当前发送方或当前接收方均采用FPGA优先处理主通道信息，如果连续两个周期未收到对方发送的数据，则FPGA同时处理主从双通道信息。
上述速率自适应无线数据分包传输系统，优选的，当FPGA同时处理主从双通道信息时，若任一通道信息正常，则将该通道设为主通道。
上述速率自适应无线数据分包传输系统，优选的，如果连续四个周期未收到对方发送的数据，则当前方切换至待机状态。
上述速率自适应无线数据分包传输系统，优选的，所述传输系统的传输速率不超过60kbps。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明通过无线数据通信速率自适应方法，能够根据当前信道的实时状态，在充分考虑冲突的情况下，改变收发双方的通信数率，保证系统吞吐量，提高系统数据传输的可靠性；
(2)本发明采用无线数据分包传输方法，能够在不改变传输速率的情况下，满足突发的大数据传输需求，提高系统的灵活性与适应性；
(3)本发明采用了热备份的无线数据传输系统，能够通过时分复用等通信机制实现主模块与从模块的实时备份，提升系统的稳定性。
附图说明
图1为速率自适应无线数据分包传输方法示意图。
图2为速率自适应方法广播过程；
图3无线数据系统热备份示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
一种速率自适应无线数据分包传输方法，收发双方能够互换，且收发双方均采用主从双通道备份，传输方法包括如下步骤：
S1、收发双方建立无线通信后，当前发送方首先以不同通信速率发送广播数据包；
S2、当前接收方接收广播数据包，然后确定不同通信速率的接收信号指示强度，并对不同通信速率广播数据包内的广播数据帧进行接收数据包统计；然后向当前发送方发送广播信标帧，广播信标帧内包括不同通信速率接收数据包统计结果、不同通信速率的接收信号指示强度、当前接收方的位置信息；
S3、当前发送方接收广播信标帧后，计算收发双方的相对距离D，并根据最小通信速率的接收信号指示强度确定最低有效通信速率的距离阈值DTH；根据信道的噪声功率和不同通信速率的信噪比确定不同通信速率的接收信号指示强度，根据不同通信速率的接收信号指示强度确定不同通信速率的接收信号指示强度阈值；根据不同通信速率的接收数据包统计结果确定不同通信速率的丢包率阈值；
S4、收发双方均采用预设的通信速率和预设的分包初始化设置；当前发送方向当前接收方发送无线测控数据包，无线测控数据包内为实时测量数据和或实时控制指令；当前接收方接收无线测控数据包后向当前发送方发送无线信标帧，无线信标帧内包括当前通信速率接收数据包统计结果、当前通信速率的接收信号指示强度、接收方的实时位置信息；
S5、当前发送方利用所述无线信标帧实时监控通信信道状态，根据监控结果对当前通信速率进行调整，具体调整方法包括如下步骤：
S51、如果收发双方的实时相对距离D大于距离阈值DTH，则将预设的最低有效速率作为调整速率值，然后向当前接收方发起通信速率更改请求，转入S6；否则转入S52；
S52、根据当前通信速率的接收信号指示强度和不同通信速率的接收信号指示强度阈值，确定第一调整发送速率C1，根据当前通信速率的丢包率和不同通信速率的丢包率阈值，确定第二调整发送速率C2，在C1和C2中选取较小的值作为调整速率值，然后向当前接收方发起通信速率更改请求，转入S6；
S6、如果当前接收方通过通信速率更改请求，收发双方同时更改通信速率，然后均向对方发送通信速率更改结果；否则收发双方保持原通信速率；
S7、如果当前发送方判断需要发送数据量超出当前数据包容量时，当前发送方根据需要发送数据量和实时通信速率确定无线数据分包策略，然后向当前接收方发送分包请求，直到当前接收方通过分包请求，收发双方同时进行分包更改，然后均向对方发送分包更改结果。
作为本发明的一种优选方案，当前发送方根据发送数据包的数量、接收数据包统计结果确定丢包率。
一种速率自适应无线数据分包传输系统，传输速率不超过60kbps，利用上述传输方法，采用时分复用进行通信。
作为本发明的一种优选方案，当前发送方或当前接收方均采用FPGA优先处理主通道信息，如果连续两个周期未收到对方发送的数据，则FPGA同时处理主从双通道信息。当FPGA同时处理主从双通道信息时，若任一通道信息正常，则将该通道设为主通道。
作为本发明的一种优选方案，如果连续四个周期未收到对方发送的数据，则当前方切换至待机状态。
实施例：
一种速率自适应无线数据分包传输方法，能够用于低频段无线数据传输。本文提出的速率自适应方法基于统计的方法和信道测量的方法实现，利用信标帧提升了数据传输的可靠性，具备信道检测机制，同时信标帧携带基于统计的丢包率和接收信号指示强度信息，利用无线数据分包传输方法能够准确评估信道质量。
无线数据通信速率自适应方法为：
通过接收信号指示强度(RSSI)获取信道状态信息，判定信道质量，提供速率调整范围。
信道质量＝|SNR+Noise Floor|
其中，SNR为信噪比，Noise Floor是噪声功率，Noise Floor根据通信信道设为固定值。信噪比通过以下公式计算
SNR＝2C/B-1
其中C是传输速率，B是信道带宽。首先通过广播测试不同的通信速率，得到对应的接收信号指示强度阈值(RSSITH)。
无线数据分包传输方法，通过丢包率来衡量发送速率是否最优，丢包率计算公式如下：
Figure BDA0002612986960000061
丢包率越小说明信道质量好，则选择当前的速率值。首先通过广播测试不同的通信速率，得到对应的丢包率阈值(PERTH)。
一种速率自适应无线数据分包传输方法，包括如下步骤：
1、数据通信双方根据通信协议建立无线通信。
2、首先，对收发双发进行广播测试，即以不同通信速率发送广播数据包，如图1所示，确定最低有效通信速率的距离阈值D_Threshold、不同通信速率的接收信号指示强度阈值、不同通信速率的丢包率阈值；
3、收发双方进行通信速率与无线数据分包初始化设置。
4、初始化完成后，当前发送方实时监测通信信道状态、丢包率与发送数据量。
5、速率自适实现过程如图2所示：
5.1、接收数据帧，对发送的数据帧数量和值进行统计，建立统计表；
5.2、将发送方的统计信息和位置信息添加到信标帧中，同时清空原有统计信息，再周期性反馈给发送方；
5.3、发送方接收信标帧，根据其携带的的位置信息和本身位置信息计算相对距离D，并与距离阈值DTH进行比较。若D>DTH，则将发送速率降为最低有效速率；若D<DTH，则根据接收信号指示强度与接收信号指示强度阈值RSSITH的关系，初步调整发送速率为C1；
5.4、根据信标帧反馈信息计算丢包率，通过对比丢包率与PERTH，选择发送速率C2。
5.5、对比C1与C2，选择最终速率，发起速率更改请求。
6、若请求通过，发送方与接收方同时进行通信速率更改，并互传通信速率更改结果。若请求未通过，保持原通信速率。
7、当前发送方判定发送数据量超出当前设定数据包容量时，根据发送数据量与通信速率给出无线数据分包策略，并向接收方发送分包请求。
8、若请求通过，发送方与接收方同时进行无线数据分包更改，并互传更改结果。若请求未通过，保持原分包策略。
本发明提供的无线数据分包传输方法，应用于低频段低功耗无线数据传输中，当前发送方数据量大于初始化数据容量时，当前发送方将发送数据根据数据容量拆分成若干数据包后提出分包策略请求，分包请求通过后进行传输，接收方接收数据后，根据分包策略进行校验与数据重组，保证无线传输的可靠性，实现了低频段低功耗无线传输。
本发明提供的速率自适应数据传输方法，接收端的功能主要包括统计广播帧的接收量、接收信号强度，通过信标帧周期性地将上述信息与接收端位置信息反馈给发送端，同时清空原有统计信息。发送端主要根据信标反馈的位置信息与本地位置信息计算相对距离D，通过对比D与距离阈值的关系，对速率进行自适应初次调整，并根据信标反馈的接收数据包数量和本次发送数据包数量统计丢包率，对比其与丢包率阈值的关系，综合RSSI进行速率自适应调整。
本发明提供的速率自适应无线数据分包传输方法采用了“请求—确认”机制，当前发送端会根据当前状态发出速率更改请求与分包请求，当且仅当该请求被接收端响应时，算法生效，保证收发双方速率设置与分包设置的一致性。
如图3所示，本发明提出的无线数据传输系统的发送与接收方均具有收发功能，且通过时分复用机制，实现了数据备份，备份过程如下。无线通信建立后，飞行器主从无线模块同时接收地面无线数据，FPGA优先处理主模块信息，如连续两个周期未收到地面上行数据，则同时处理主从模块接收的数据。若任一模块接收数据正常，则将该模块定为主模块进行数据传输，若连续4个周期未收到地面上行数据，则切换至低功耗待机状态，重新等待地面发送通信请求。
本发明利用FPGA的并行处理能力实现了无线数据的实时热备份，主从无线模块独立工作，能够更有效地处理数据丢包问题，提升低频段无线数据通信的稳定性。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种速率自适应无线数据分包传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、收发双方建立无线通信后，当前发送方首先以不同通信速率发送广播数据包；
S2、当前接收方接收广播数据包，然后确定不同通信速率的接收信号指示强度，并对不同通信速率广播数据包内的广播数据帧进行接收数据包统计；然后向当前发送方发送广播信标帧，广播信标帧内包括不同通信速率接收数据包统计结果、不同通信速率的接收信号指示强度、当前接收方的位置信息；
S3、当前发送方接收广播信标帧后，计算收发双方的相对距离D，并根据最小通信速率的接收信号指示强度确定最低有效通信速率的距离阈值DTH；根据不同通信速率的接收信号指示强度确定不同通信速率的接收信号指示强度阈值；根据不同通信速率的接收数据包统计结果确定不同通信速率的丢包率阈值；
S4、收发双方均采用预设的通信速率和预设的分包初始化设置；当前发送方向当前接收方发送无线测控数据包，无线测控数据包内为实时测量数据和或实时控制指令；当前接收方接收无线测控数据包后向当前发送方发送无线信标帧，无线信标帧内包括当前通信速率接收数据包统计结果、当前通信速率的接收信号指示强度、接收方的实时位置信息；
S5、当前发送方利用所述无线信标帧实时监控通信信道状态，根据监控结果对当前通信速率进行调整，具体调整方法包括如下步骤：
S51、如果收发双方的实时相对距离D大于距离阈值DTH，则将预设的最低有效速率作为调整速率值，然后向当前接收方发起通信速率更改请求，转入S6；否则转入S52；
S52、根据当前通信速率的接收信号指示强度和不同通信速率的接收信号指示强度阈值，确定第一调整发送速率C1，根据当前通信速率的丢包率和不同通信速率的丢包率阈值，确定第二调整发送速率C2，在C1和C2中选取较小的值作为调整速率值，然后向当前接收方发起通信速率更改请求，转入S6；
S6、如果当前接收方通过通信速率更改请求，收发双方同时更改通信速率，然后均向对方发送通信速率更改结果；否则收发双方保持原通信速率；
S7、如果当前发送方判断需要发送数据量超出当前数据包容量时，当前发送方根据需要发送数据量和实时通信速率确定无线数据分包策略，然后向当前接收方发送分包请求，直到当前接收方通过分包请求，收发双方同时进行分包更改，然后均向对方发送分包更改结果。
2.根据权利要求1所述的一种速率自适应无线数据分包传输方法，其特征在于，S4中，当前发送方根据发送数据包的数量、接收数据包统计结果确定丢包率。
3.根据权利要求1所述的一种速率自适应无线数据分包传输方法，其特征在于，S3中，根据信道的噪声功率和不同通信速率的信噪比确定接收信号指示强度。
4.根据权利要求1所述的一种速率自适应无线数据分包传输方法，其特征在于，收发双方能够互换。
5.根据权利要求1所述的一种速率自适应无线数据分包传输方法，其特征在于，收发双方均采用主从双通道备份。
6.一种速率自适应无线数据分包传输系统，其特征在于，包括发送方和接收方，且收发双方能够互换；收发双方利用权利要求5的传输方法，采用时分复用进行通信。
7.根据权利要求6所述的一种速率自适应无线数据分包传输系统，其特征在于，当前发送方或当前接收方均采用FPGA优先处理主通道信息，如果连续两个周期未收到对方发送的数据，则FPGA同时处理主从双通道信息。
8.根据权利要求6或7所述的一种速率自适应无线数据分包传输系统，其特征在于，当FPGA同时处理主从双通道信息时，若任一通道信息正常，则将该通道设为主通道。
9.根据权利要求6或7所述的一种速率自适应无线数据分包传输系统，其特征在于，如果连续四个周期未收到对方发送的数据，则当前方切换至待机状态。
10.根据权利要求6或7所述的一种速率自适应无线数据分包传输系统，其特征在于，所述传输系统的传输速率不超过60kbps。
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