CN112436910B - 一种用于spma协议的数据链信道占用检测装置设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法。包括统计时间窗模块、脉冲数统计模块、传输保护统计模块、参数设置模块、信道占用率计算模块;其中,统计时间窗模块用于启动或停止统计时间窗计时,脉冲数统计模块用于在统计时间窗内统计数据链脉冲个数,传输保护统计模块用于在统计时间窗内统计数据链脉冲的传输保护时间个数,参数设置模块用于设置参数,信道占用率计算模块用于计算信道占用率,输出至数据链MAC层,以控制数据链脉冲的发送。本发明所公开的技术方案,解决了现有技术中信道占用统计参数不准确的问题,提高了数据链信道占用统计值的准确性,降低了数据链信息的冲突概率。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据链信道占用检测装置设计方法,尤其涉及一种用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法。
背景技术
数据链是战场获取信息优势的重要基础,是夺取制信息权、取得信息化战争胜利的关键。美军的TTNT数据链采用的是SPMA(statistical priority based media access)协议。SPMA不需事先为节点分配时隙或预约时隙,只需根据信道忙闲程度决定分组是否接入信道,时效性得到保证。同时,SPMA协议是基于Ad Hoc网络所设计的,具有无中心、自组织、抗毁伤、自愈合等特性,能够实现网络单元快速加入或退出网络的功能,适应未来战争的突发性要求。SPMA协议采用统计优先级方式进行信道接入控制,可以有效地满足高速率、低时延、大容量等要求。该协议为每类优先级设置一个阈值,同时物理层统计一段时间内信道上出现的脉冲总数作为信道占用统计值。在发送某一优先级分组时,SPMA协议将信道占用统计值与对应优先级阈值进行比较,从而判定该优先级分组是否允许发送。当全网业务量较大时,SPMA协议算法将会退避低优先级分组,保证高优先级分组传输的可靠性,从而将信道占用控制在良好的状态,有效地解决了随机竞争类MAC协议在全网业务量较大时由于信道碰撞加剧导致网络性能严重恶化的问题。由此可知,数据链信道占用统计是SPMA协议控制数据链脉冲信号发送的关键。
在现有技术中,SPMA协议在物理层统计一段时间内信道上出现的脉冲总数作为信道占用统计值。现有文献(基于信道占用及优先级的MAC协议退避算法[J].郑文庆,金虎,郭建蓬等,计算机工程与应用,2019,55(11),80-84)给出了一种信道占用统计方法,在该方法中,所述信道占用统计值可用公式表示如下:
在TTNT数据链中,所发送的数据是以脉冲形式发送的,且相邻脉冲之间具有脉冲时间间隔,然而在现有技术中,信道占用统计的计算公式并未将其考虑在内,这会使所计算的信道占用统计值减小,无法正确反应当前的信道状态。进一步,在TTNT数据链中,数据链脉冲信号是以封装的形式发送至信道中传输的,且为了防止多个用户之间的脉冲信号产生信号交叠,所述数据链脉冲封装都设有一定时间长度的传输保护时间。一般来说,传输保护时间的时长远大于脉冲间隔时间。然而在现有技术中,信道占用统计值的计算公式也未将传输保护时间参数考虑在内。因此,现有技术所统计的信道占用统计值将严重偏离信道状态的真实值。在SPMA协议中,是将信道占用统计值与优先级阈值进行比较,从而判定该优先级分组是否允许发送。如果所计算的信道占用统计值与信道真实值的误差较大,从而使TTNT数据链判断错误,将数据链信息送入信道传输,必然会造成网内用户数据链信息冲突,将大大降低数据链信息发送的成功概率。
因此,如何计算信道占用统计值,提高信道状态检测的准确性,是现有数据链信道占用检测需要解决的难点问题。
发明内容
本发明的目的是公开一种数据链信道占用检测装置设计方法,以提高数据链信道状态检测的准确性。
为了实现本发明的目的,本发明提供了一种用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法。在该方法中,包括统计时间窗模块、脉冲数统计模块、传输保护统计模块、参数设置模块、信道占用率计算模块,其中,
所述统计时间窗模块用于启动或停止统计时间窗计时,控制所述脉冲数统计模块和所述传输保护统计模块计数开始或停止,并将统计时间窗长度Ts输出至所述信道占用率计算模块;
所述脉冲数统计模块用于在统计时间窗Ts内统计接收网内其它成员在跳频频点fi上发送的数据链脉冲个数以及统计本数据链端机在跳频频点fi上发送的数据链脉冲个数并将统计脉冲数输出至所述信道占用率计算模块;其中,fi表示跳频频点,i的取值范围为1~M的正整数,M表示跳频频点数;
所述参数设置模块用于设置跳频频点数M、数据链脉冲持续时间长度τ、数据链脉冲间隔时间长度δ、数据链脉冲传输保护时间长度Tb,并将其发送至所述信道占用率计算模块;
所述信道占用率计算模块用于接收所述脉冲数统计模块所发送的数据链脉冲个数以及接收所述传输保护统计模块所发送的传输保护时间个数以及接收所述统计时间窗模块所发送的统计时间窗长度Ts,接收所述参数设置模块所发送的跳频频点数M、数据链脉冲持续时间长度τ、数据链脉冲间隔时间长度δ、数据链脉冲传输保护时间长度Tb,并计算信道占用率,所述信道占用率C可表示为:
将所计算的信道占用率输出至数据链MAC层,以控制数据链脉冲的发送。
进一步,在本发明所公开的技术方案中,在所述参数设置模块中,所述数据链脉冲的传输保护时间有N种类型,N为正整数,Tbj表示第j种类型的数据链脉冲传输保护时间,j的取值范围为1~N的正整数;在所述传输保护统计模块中,分别统计不同类型数据链脉冲传输保护时间的个数,其中,表示所接收到的数据链脉冲的第j种类型传输保护时间个数,表示本数据链端机所发送的数据链脉冲的第j种类型传输保护时间个数;则所述信道占用率计算模块所计算的信道占用率可表示为:
进一步,在本发明所公开的技术方案中,在所述统计时间窗模块中,所述启动或停止统计时间窗计时的方法为:根据数据链端机天线的感应信号启动和停止统计时间窗;当数据链端机天线感应接收到数据链脉冲信号时,启动所述统计时间窗计时;当连续一个时隙长度没有感应接收到数据链脉冲信号时,停止所述统计时间窗计时。
优选的,在本发明所公开的技术方案中,在所述参数设置模块中,所述数据链端机的跳频频点数M为51,所述数据链脉冲持续时间长度τ为6.4μs,所述数据链脉冲间隔时间δ长度为6.6μs。
优选的,在本发明所公开的技术方案中,在所述参数设置模块中,所述数据链脉冲传输保护时间类型有两种,所对应的数据链脉冲传输保护时间分别为Tb1、Tb2,所述Tb1为1852μs,所述Tb2为3087μs。
进一步,在本发明所公开的技术方案中,在所述统计时间窗模块中,所述统计时间窗Ts的值是可变的。
优选的,在本发明所公开的技术方案中,所述一个时隙长度为7.8125ms。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
在本发明所公开的技术方案中,在统计时间窗模块的控制下,控制所述脉冲数统计模块和所述传输保护统计模块计数开始或停止;所述传输保护统计模块用于在统计时间窗Ts内统计所接收到的数据链脉冲的传输保护时间个数以及统计本数据链端机已发送的数据链脉冲的传输保护时间个数所述参数设置模块用于设置数据链脉冲间隔时间长度δ和数据链脉冲传输保护时间长度Tb,在上述模块的基础上统计计算信道占用值。因此,本发明所公开的技术方案,在计算信道占用统计值时,不仅将脉冲间隔时间参数考虑在内,还将数据链封装时的传输保护时间参数考虑在内,使其与数据链信息传输场景更加匹配,解决了现有技术中信道负载计算只考虑脉冲时长参数的不足,使所计算得到的信道负载更加准确,能够反应当前信道的真实情况,从而大幅降低网内成员信息传输冲突概率。进一步,在本发明所公开的技术方案中,所述统计时间窗模块所产生的统计时间窗的大小是变化的,根据数据链端机天线感应脉冲信号的有无来启动或停止统计时间窗计时。与现有技术中的统计时间窗固定的方式相比,能够更好的反应信道状态,使得所统计的脉冲数据更加准确。
本发明的其它优点和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明实施例所公开的数据链信道占用检测装置组成示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
数据链信道占用统计是SPMA协议控制数据链脉冲信号发送的关键。在现有技术中,计算信道占用统计值时并未将脉冲间隔时间参数、传输保护时间参数考虑在内,这会使所计算的信道占用统计值减小,无法正确反映当前的信道状态。使所统计的信道占用统计值与信道状态真实值的误差较大,从而使数据链对信道状态判断错误,将数据链信息送入信道传输时,会造成网内用户数据链信息冲突,将大大降低数据链信息发送的成功概率。
为了解决现有技术中存在的问题,本发明实施例公开了一种用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法。如图1所示,在该方法中,包括统计时间窗模块、脉冲数统计模块、传输保护统计模块、参数设置模块、信道占用率计算模块,其中,
所述统计时间窗模块用于启动或停止统计时间窗计时,控制所述脉冲数统计模块和所述传输保护统计模块计数开始或停止,并将统计时间窗长度Ts输出至所述信道占用率计算模块;
所述脉冲数统计模块用于在统计时间窗Ts内统计接收网内其它成员在跳频频点fi上发送的数据链脉冲个数以及统计本数据链端机在跳频频点fi上发送的数据链脉冲个数并将统计脉冲数输出至所述信道占用率计算模块;其中,fi表示跳频频点,i的取值范围为1~M的正整数,M表示跳频频点数;
所述参数设置模块用于设置跳频频点数M、数据链脉冲持续时间长度τ、数据链脉冲间隔时间长度δ、数据链脉冲传输保护时间长度Tb,并将其发送至所述信道占用率计算模块;
所述信道占用率计算模块用于接收所述脉冲数统计模块所发送的数据链脉冲个数以及接收所述传输保护统计模块所发送的传输保护时间个数以及接收所述统计时间窗模块所发送的统计时间窗长度Ts,接收所述参数设置模块所发送的跳频频点数M、数据链脉冲持续时间长度τ、数据链脉冲间隔时间长度δ、数据链脉冲传输保护时间长度Tb,并计算信道占用率,所述信道占用率C可表示为:
将所计算的信道占用率输出至数据链MAC层,以控制数据链脉冲的发送。
进一步,在本发明实施例所公开的技术方案中,在所述参数设置模块中,所述数据链脉冲的传输保护时间有N种类型,N为正整数,Tbj表示第j种类型的数据链脉冲传输保护时间,j=1~N;在所述传输保护统计模块中,分别统计不同类型数据链脉冲传输保护时间的个数,其中,表示所接收到的数据链脉冲的第j种类型传输保护时间个数,表示本数据链端机所发送的数据链脉冲的第j种类型传输保护时间个数;则所述信道占用率计算模块所计算的信道占用率可表示为:
数据链消息的传输是通过载波调制实现的,将待传输的信息加载到载波上,并以脉冲的形式送往天线进行发射。如美军的TTNT数据链、Link-16数据链,是通过MSK调制将待传输的消息加载到载波上,并以5bit为一组,进行调制,数据链端机所辐射的射频信号是成串的脉冲信号,每个脉冲的持续时间为6.4μs,脉冲之间的间隔是6.6μs。在数据链中,设置脉冲间隔时间的原因是进一步扩展数据链信号的频谱带宽,以降低数据链的功率谱密度,提高数据链信号的隐蔽性,以增强数据链信号在复杂电磁环境中的抗干扰能力。因此,在检测数据链信道占用状态时,不应仅考虑数据链脉冲信号的时长τ,还应考虑数据链脉冲信号的间隔时长δ。在检测信道占用状态时,如果仅考虑数据链脉冲信号时长τ,将使所计算的信道占用统计值降低,错误的估计了信道状态。为了解决现有技术中存在的技术问题,在本发明实施例所公开的技术方案中,在检测数据链信道占用统计值时,将数据链脉冲间的时间间隔也考虑在内,使其能够更准确的反映当前的数据链信道状态。优选的,在本发明实施例所公开的技术方案中,在所述参数设置模块中,所述数据链脉冲持续时间长度τ为6.4μs,所述数据链脉冲间隔时间δ长度为6.6μs。
数据链信息是采用一定的消息格式进行编码后而构成的格式化消息。在送往信道传输之前,需要先将其按照一定的封装格式进行封装打包,然后再送往信道传输。因此,在信道传输的数据链脉冲信号,并不相互独立的,而是按照一定的封装格式密切联系在一起的。如美军的TTNT数据链是采用与Link-16数据链相同的J消息格式进行编码封装的,其封装类型包括:标准双脉冲封装格式STD–DP、两倍压缩单脉冲封装格式P2SP、两倍压缩双脉冲封装格式P2DP、四倍压缩单脉冲封装格式P4SP。在数据链封装格式的最后一部分,均设置有传输保护时间段。传输保护时间段的作用是在下一个信号开始之前使其到达作用距离内的其它用户数据链端机,以免发生收发冲突。因此,传输保护时间的设置,其目的是防止产生信号重叠。反之,如果没有设置传输保护时间,将该段时间用于数据链脉冲信号传输,必然会产生脉冲信号碰撞,降低数据链信息传输的成功概率。因此,在进行数据链信道负载统计时,必须要将其纳入计算公式。否则,无法正确反应数据链信道的真实状态。而在现有技术中,对数据链信道占用的统计,并未将传输保护时间参数纳入计算公式内,从而无法正确统计数据链信道的负载状态。
为了解决现有技术中存在的问题,在本发明实施例所公开的技术方案中,所述数据链信道占用检测装置设计方法中设置有传输保护统计模块,用于在统计时间窗Ts内统计所接收到的数据链脉冲的传输保护时间个数以及统计本数据链端机已发送的数据链脉冲的传输保护时间个数并将其发送至所述信道占用率计算模块,用于计算数据链信道占用统计值,将其纳入到数据链信道占用统计值的计算公式内,使其能够正确反应数据链信道的真实状态,提高数据链信息传输的成功概率。
典型的,数据链有两种类型的传输保护时间,一种是1852μs,另一种是3087μs,分别用于300n mile和500n mile的距离传输。优选的,在本发明实施例所公开的技术方案中,在所述参数设置模块中,所述数据链脉冲传输保护时间类型有两种,所对应的数据链脉冲传输保护时间分别为Tb1、Tb2,所述Tb1为1852μs,所述Tb2为3087μs。
根据TTNT数据链和J消息格式相关技术可知,传输保护时间Tb值的大小通常远大于脉冲间隔时间δ,而小于一个时隙长度大小,即满足关系式δ<Tb<一个时隙长度。因此,在所述传输保护统计模块中,所述统计时间窗Ts内,统计所接收数据链脉冲的传输保护时间个数时,可根据传输保护时间与脉冲间隔时间、时隙单位长度的关系进行确认。当数据链端机天线未接收到数据链脉冲信号,对未接收到数据链脉冲时刻进行计时,当所述未接收到数据链脉冲时间长度大于脉冲间隔时间δ,且小于一个时隙长度时,则该时间长度可确认为传输保护时间,进行相应的计时操作和计数统计,从而得到所接收数据链脉冲的第j种类型传输保护时间个数,即的值大小,以及第j种类型的数据链脉冲传输保护时间Tbj的数值大小。
由前述内容可知,不同的封装类型对应相应的传输保护时间。进一步,在本发明实施例所公开的技术方案中,所述传输保护统计模块在所述统计时间窗Ts内,所述本数据链端机已发送的数据链脉冲的传输保护时间类型,可根据所述已发送数据链脉冲的封装类型来确认。所述数据链信息的封装类型可根据J消息格式的报头字内容获得。报头字的作用是帮助数据链端机正确解释和处理所接收的消息。例如,在报头字中的第0位至第2位的“Type”数据字段,标识了数据链消息的封装类型。因此,在所述传输保护统计模块中,在统计时间窗Ts内,本数据链端机已发送的数据链脉冲传输保护时间个数可根据已发送的报头字个数进行统计。关于数据链报头字的相关技术,在现有技术中已比较成熟,这里不再赘述。
进一步,在本发明实施例所公开的技术方案中,所述统计时间窗模块确定统计时间窗的方法为:根据数据链端机天线的感应信号启动和停止统计时间窗;当数据链端机天线感应接收到数据链脉冲信号时,启动所述统计时间窗计时,并向所述脉冲数统计模块和所述传输保护统计模块发送计数开始信号;当连续一个时隙长度没有感应接收到数据链脉冲信号时,停止所述统计时间窗计时,并向所述脉冲数统计模块和所述传输保护统计模块发送计数结束信号。根据统计计时窗的开始和停止时间区间,从而得到所述统计时间窗Ts的时间长度大小,并将其输出至所述信道占用率计算模块。因此,在本发明实施例所公开的技术方案中,所述统计时间窗Ts的值是可变的。而在现有技术中,统计时间窗的大小固定设置为100ms,无论当前信道是拥堵还是空闲,统计时间窗大小不变。在本发明实施例所公开的技术方案中,统计时间窗Ts值的大小可根据信道的忙闲变化自动调整,相对于固定统计时间窗大小来统计数据链脉冲数的方式来说,能够更好的反映当前的信道状况,有利于提高信道负载统计的准确性和灵活性。
优选的,在本发明实施例所公开的技术方案中,所述一个时隙长度的大小为7.8125ms。
为了提高数据链消息的抗干扰能力,通常采用跳频等抗干扰措施,如美军的TTNT数据链、Link-16数据链都采用了跳频技术。在采用跳频技术时,传输信息的载频是从微波L波段宽255MHz频段内共51个频点上伪随机选取。采用跳频技术,使其难以被跟踪捕获发射信号频率,降低检测概率,从而大大增强了抗干扰能力。
优选的,在本发明实施例所公开的技术方案中,所述参数设置模块中的数据链端机的跳频频点数M为51。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列的运用方式。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法,其特征在于,包括统计时间窗模块、脉冲数统计模块、传输保护统计模块、参数设置模块、信道占用率计算模块,其中,
所述统计时间窗模块用于启动或停止统计时间窗计时,控制所述脉冲数统计模块和所述传输保护统计模块计数开始或停止,并将统计时间窗长度Ts输出至所述信道占用率计算模块;
所述脉冲数统计模块用于在统计时间窗Ts内统计接收网内其它成员在跳频频点fi上发送的数据链脉冲个数以及统计本数据链端机在跳频频点fi上发送的数据链脉冲个数并将统计脉冲数输出至所述信道占用率计算模块;其中,fi表示跳频频点,i的取值范围为1~M的正整数,M表示跳频频点数;
所述参数设置模块用于设置跳频频点数M、数据链脉冲持续时间长度τ、数据链脉冲间隔时间长度δ、数据链脉冲传输保护时间长度Tb,并将其发送至所述信道占用率计算模块;
所述信道占用率计算模块用于接收所述脉冲数统计模块所发送的数据链脉冲个数以及接收所述传输保护统计模块所发送的传输保护时间个数以及接收所述统计时间窗模块所发送的统计时间窗长度Ts,接收所述参数设置模块所发送的跳频频点数M、数据链脉冲持续时间长度τ、数据链脉冲间隔时间长度δ、数据链脉冲传输保护时间长度Tb,并计算信道占用率,所述信道占用率C可表示为:
将所计算的信道占用率输出至数据链MAC层,以控制数据链脉冲的发送。
3.根据权利要求1所述的用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法,其特征在于,在所述统计时间窗模块中,所述启动或停止统计时间窗计时的方法为:根据数据链端机天线的感应信号启动和停止统计时间窗;当数据链端机天线感应接收到数据链脉冲信号时,启动所述统计时间窗计时;当连续一个时隙长度没有感应接收到数据链脉冲信号时,停止所述统计时间窗计时。
4.根据权利要求1所述的用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法,其特征在于,在所述参数设置模块中,所述数据链端机的跳频频点数M为51,所述数据链脉冲持续时间长度τ为6.4μs,所述数据链脉冲间隔时间δ长度为6.6μs。
5.根据权利要求1所述的用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法,其特征在于,在所述参数设置模块中,所述数据链脉冲传输保护时间类型有两种,所对应的数据链脉冲传输保护时间分别为Tb1、Tb2,所述Tb1为1852μs,所述Tb2为3087μs。
6.根据权利要求1所述的用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法,其特征在于,在所述统计时间窗模块中,所述统计时间窗Ts的值是可变的。
7.根据权利要求3所述的用于SPMA协议的数据链信道占用检测装置设计方法,其特征在于,所述一个时隙长度为7.8125ms。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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