CN113993146A - 一种基于spma协议退避算法的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，包括：接收待发送数据，并获取所述待发送数据的优先级；获取信道负载，根据所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与所述信道负载的比较结果，执行退避或数据发送；其中，在执行退避的过程中，根据所述信道负载、所述待发送数据的优先级、所述待发送数据的优先级对应的门限阈值计算退避时间，并根据所述退避时间执行退避。本发明实现了信道利用率的提高以及时延的降低，能够满足多优先级服务过程中对通信性能的需求。

Description

一种基于SPMA协议退避算法的通信方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于SPMA协议退避算法的通信方法。

背景技术

移动自组织网络产生于20世纪60年代，与传统的蜂窝移动通信系统相比，它具有组网方式灵活、不依赖基础设施、无中心控制节点、支持多跳传输、适应网络拓扑动态变化的特点，适用于在特殊环境下构建通信网络。近年来，该技术在军事通信、紧急救援、临时会议等领域得到了越来越多的应用。航空自组织网络是移动自组织网络的典型应用场景，参与组网的节点不仅可以是航空器，也可以是水面舰艇和卫星，网络中的节点既可以作为通信节点收发信息，也可以作为中继节点转发其他节点的信息从而实现超视距通信，网络中的节点可以高效的共享信息，不依赖中心节点，具有较强的抗毁性，可以很好的满足军用、民用通信的需求。随着无人机技术、卫星通信的迅猛发展，航空自组网也将得到越来越广泛的应用。航空自组织网络由于应用场景的独特性，它还具有以下特性：（1）网络范围大；在航空自组网中，节点可以是飞行器、水面舰艇，甚至可以是卫星，单跳的通信距离可达几百千米；（2）网络拓扑结构具有高动态性；航空自组网中节点往往是高速移动的水面舰艇、战机，甚至是速度更快的导弹、卫星，参与组网的节点可能存在快速入、退网的情况，导致网络拓扑结构快速变化；（3）节点连通性较差；由于网络范围大，导致航空自组网的节点分布稀疏，可能存在网络无法连通的情况；（4）无线信道质量不稳定；航空自组网采用的频段主要是HF~VHF，节点的移动速度比较快，信号受多普勒频移的影响较大，远距离通信也会导致信号的衰落比较严重；（5）多质异构性；航空自组网中节点类型多样，不同类型节点的通信性能差异较大，另外，航空自组网通常采用分层分布式的体系结构，因此具有多质异构性。

媒体接入控制（MAC，Medium Access Control）协议主要负责划分无线信道资源，实现节点高效、公平的接入信道，其性能的好坏将直接影响网络的吞吐量、数据传输时延、网络规模和组网灵活性。基于航空自组网的特点，适用于航空自组网的MAC协议需要满足以下要求：（1）协议具有一定的稳定性，保证网络中业务量较高时仍可以正常工作；（2）支持多优先级业务，保证高优先级业务高效、可靠的传输；（3）支持大量节点的接入。

基于统计优先级的多址接入方式（SPMA，Statistic Priority-based MultipleAccess），不同于以往的数据链路层协议的设计方法，它引入了跨层设计的思想，使得协议栈各层之间可以交互信息，相对于传统的MAC协议，SPMA协议可以支持多类优先级业务；通过检测信道状态决定是否发送数据或随机退避，可以保证高优先级业务的高传输成功率和低时延；扩频通信的应用使得该协议具备很好的抗干扰性；流量控制机制使得SPMA协议有较高的信道利用率且网络负载较大时系统仍具备一定的稳定性。可见，SPMA协议符合未来航空自组网MAC协议的发展趋势。

然而，现有SPMA协议采用的是随机退避，如果退避时间过短，会导致无法有效地降低信道负载，如果退避时间过长，会导致数据包无法及时地接入信道，信道利用率下降，时延增加，其仍无法很好地满足多优先级服务过程中对通信性能的需求。

发明内容

本发明提供一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，用以解决现有技术中信道利用率低、时延高以及无法满足多优先级服务过程中对通信性能需求的缺陷，实现了信道利用率的提高以及时延的降低，能够满足多优先级服务过程中对通信性能的需求。

本发明提供一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，包括：

接收待发送数据，并获取所述待发送数据的优先级；

获取信道负载，根据所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与所述信道负载的比较结果，执行退避或数据发送；

其中，在执行退避的过程中，根据所述信道负载、所述待发送数据的优先级、所述待发送数据的优先级对应的门限阈值计算退避时间，并根据所述退避时间执行退避。

根据本发明提供的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，所述根据所述信道负载、所述待发送数据的优先级、所述待发送数据的优先级对应的门限阈值计算退避时间，如下式所示：

式中，

表示优先级

对应的退避时间，

表示生成一个

区间的均匀分布的随机数，

表示信道发射信号的窗口时间，Priority表示待发送 数据的优先级，

表示信道负载，

表示优先级

对应的门限阈值，B为常数。

根据本发明提供的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，所述待发送数据的优先级对应的门限阈值的确定方法包括：

根据数据传输成功率，确定最低优先级对应的门限阈值；

根据所述最低优先级对应的门限阈值，确定其他优先级对应的门限阈值，如下式所示：

式中，

表示优先级

对应的门限阈值，

表示最低优先级 对应的门限阈值，

表示优先级j的业务所占据的比例，N表示优先级的总数量。

根据本发明提供的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，所述根据所述退避时间执行所述退避，包括：

检测所述退避时间是否完成，否，则继续执行退避，是，则结束退避，并重新获取信道负载；

将当前所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与重新获取的所述信道负载进行比较，根据比较结果执行退避或数据发送。

根据本发明提供的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，所述检测所述退避时间是否完成之前，还包括：

检测是否有更高优先级的待发送数据到达，否，则根据所述退避时间对当前所述待发送数据执行退避；是，则停止对当前所述待发送数据执行退避，并对更高优先级的所述待发送数据执行退避或数据发送。

根据本发明提供的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，所述待发送数据通过将原始数据在物理层进行信息处理得到；其中，所述将原始数据在物理层进行信息处理包括：

将所述原始数据划分为若干个脉冲，得到脉冲信息序列；

对所述脉冲信息序列进行信道编码，得到编码数据；

基于所述编码数据获取跳时跳频图案；

对所述编码数据进行调制处理，并映射到所述跳时跳频图案中得到所述待发送数据。

根据本发明提供的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，对所述脉冲信息序列进行信道编码包括：

采用包括两个分量编码器的编码系统对所述脉冲信息序列进行信道编码；其中，所述信道编码的方法包括：

将所述脉冲信息序列输入至第一分量编码器，得到第一编码结果，并对所述脉冲信息序列进行交织处理后输入至第二分量编码器，得到第二编码结果；其中，所述第一分量编码器和所述第二分量编码器采用相同的生成矩阵；

将所述第一编码结果和所述第二编码结果分别映射到删除矩阵中，对所述第一编码结果和所述第二编码结果进行数据打孔；

对数据打孔后的所述第一编码结果和数据打孔后的所述第二编码结果进行复接，得到所述编码数据。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于SPMA协议退避算法的通信方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于SPMA协议退避算法的通信方法的步骤。

本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于SPMA协议退避算法的通信方法的步骤。

本发明提供的基于SPMA协议退避算法的通信方法，根据待发送数据的优先级对应的门限阈值与信道负载的比较结果，执行退避或数据发送，且退避过程中，退避时间根据信道负载、待发送数据的优先级、待发送数据的优先级对应的门限阈值进行确定，对于不同优先级的数据包，优先级越高，退避时间越短，接入信道的概率越大；对于同一优先级的数据包，信道负载越小，退避时间越短，接入信道的概率更大，信道负载越大时退避时间越长，接入信道的概率更小，有效地避免了碰撞，提高了信道的利用率，降低了数据传输延时，从而能够很好地满足多优先级服务过程中对通信性能的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于SPMA协议退避算法的通信方法的流程示意图之一；

图2是本发明物理层信号波形示意图；

图3是本发明提供的基于SPMA协议退避算法的通信方法的流程示意图之二；

图4是本发明提供的一发多收机制下的误包率示意图；

图5是本发明提供的时延性能示意图；

图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图3描述本发明的基于SPMA协议退避算法的通信方法，所述方法的步骤如图1所示，包括：

S100、接收待发送数据，并获取所述待发送数据的优先级。

该步骤中，待发送数据通过将原始数据在物理层进行信息处理得到；其中，所述将原始数据在物理层进行信息处理包括：

S110、将所述原始数据划分为若干个脉冲，得到脉冲信息序列；其中，原始数据为来自上层的分组或数据包。

S120、对所述脉冲信息序列进行信道编码，得到编码数据；本实施例中，采用包括两个分量编码器的编码系统对所述脉冲信息序列进行信道编码，编码后得到1/3码率的Turbo码；信道编码的方法包括：

S121、将所述脉冲信息序列输入至第一分量编码器，得到第一编码结果，并对所述脉冲信息序列进行交织处理后输入至第二分量编码器，得到第二编码结果；其中，所述第一分量编码器和所述第二分量编码器采用相同的生成矩阵；本实施例中，采用QPP（QuadraticPolynomial Permutation，二次多项式排列）交织器对脉冲信息序列进行交织处理，QPP交织器是一种新型的基于置换多项式的确定性交织器，操作简便，复杂度低，结构灵活，性能优良，适用于Turbo码的交织处理。对于码长为L的脉冲信息序列，交织过程如下式所示：

式中，M(a)为交织前信息的位置，a为交织后信息的位置，K₁、K₂为交织器系数，则

。

S122、将所述第一编码结果和所述第二编码结果分别映射到删除矩阵中，对所述第一编码结果和所述第二编码结果进行数据打孔；该步骤中，第一编码结果和第二编码结果均包括系统位和校验位，通过删除矩阵，能够根据实际情况选择需要删除的系统位和/或校验位，对第一编码结果和第二编码结果进行数据打孔。

S123、对数据打孔后的所述第一编码结果和数据打孔后的所述第二编码结果进行复接，得到所述编码数据。

接收端接收数据时，需要进行相应的解码和解交织过程。

S130、基于所述编码数据获取跳时跳频图案；该步骤中，通过将所述编码数据映射到预设的跳时跳频图案中，能够使得子包在时间和频率两个维度上进行伪随机跳变。在实际工作过程中，为网络中的每个节点分配一套或者是几套预先设计好的跳频跳时图案，当有业务要发送的时候，随机选择一个图案进行映射。跳时跳频图案的获取包括：

根据编码数据的数据帧长度，将网络时间划分为若干个定长的网络时帧，并按照物理层脉冲格式，将每个网络时帧进一步划分为若干个脉冲时隙；其中，网络时间为全网基准时间，以网络中某一节点为时间基准，该节点的时间即为网络时间，全网其他节点在组网后均使用此时间，可以根据网络时间划分时帧、时隙，并编号。

基于给定的物理参数及应用场景，将基本跳频序列的频点按照相应的时隙分配算法排列在“时间-序列”矩阵中，再对矩阵的行、列和频点随机排列，获得最终的跳频跳时图案。其中，给定的物理参数及应用场景会影响时隙长度，不同的应用场景使用不同的时隙长度，根据给定的物理参数及应用场景，来设定具体的时隙长度，需要传输的信息越多、信息速率越快，则需要的时隙长度越长。时隙分配算法是指使用TDMA多址方式的组网体制时，时隙类型可以分为建网时隙、勤务时隙、通信时隙、RTT（Round Trip Time，往返时间）时隙等，不同时隙类型的作用不同，时间长度也不同，需要根据时间提前分配，每个端机都有相同的时隙分配表。“时间-序列”矩阵的横轴为时隙，纵轴为跳时跳频序列。基本跳频序列为一组频点，用于生成跳频跳时图案，每个频点有相应的编号，如频点1为2050MHz，频点2为2055MHz。跳时跳频序列构成节点的跳频跳时图案，跳时跳频序列表将作为物理层脉冲的发送格式。本实施例中，信号在16个频点上跳变，16个频点分别为：1358.166MHz、1371.500MHz、1384.833MHz、1443.166MHz、1456.500MHz、1468.833MHz、1483.166MHz、1496.500MHz、1509.833MHz、1763.166MHz、1776.500MHz、1789.833MHz、1803.166MHz、1815.166MHz、1828.500MHz、1841.833MHz，接收端接收数据时需要进行对应的去跳时跳频过程。

在传统的基于竞争的MAC协议中，当用户希望使用信道时，如果两个用户在信道上重叠，他们将发生“碰撞”，来自两个用户的消息通常会丢失。而这里将待传输的业务在时间和频率上分散开，只有当两个子数据包或者脉冲同时在时间和频率上重合时，才认为发生了碰撞，否则若是仅在时间或者频率上重合，则没有发生碰撞。而且即使是发生了碰撞造成待接收的数据包丢失，仍然有将连续差错离散化的交织技术及具有较高冗余度的信道编码可以将错误纠正，仿真结果表明，即使有一半的数据包丢失，仍然可以实现正确接收。在设计跳时跳频图案时，如果希望尽可能地减少用户间数据包的碰撞，可以给参与组网的节点分配不同的时隙和频率，不同的用户同时占用相同的时隙或频率中的一个是可以的，这种不同用户之间没有重叠的跳时跳频图案可以有效减少数据包的碰撞，提升传输的可靠性。如果希望尽可能的提升用户数或系统的吞吐量，可以允许分配给不同用户的时隙或者频率有一定的重叠，但这会导致不同用户间发送数据时发生碰撞，降低传输成功率。实际使用时需要根据需要灵活选择跳时跳频图案。

S140、对所述编码数据进行调制处理，并映射到所述跳时跳频图案中得到所述待发送数据。传统数据链的调制技术多采用MSK（Minimum Shift Keying，最小频移键控）方法，而GMSK（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，高斯最小频移键控）有着良好的频谱效率与功率效率，而且其包络恒定，同时具有抗干扰等突出优点，可以提升数据链网络容量与性能并且能够支持数据的高速传输，因此，本实施例中采用GMSK调制方法，GMSK调制过程中，BT值选用0.3，其中B为高斯低通滤波器的3dB带宽，T为符号持续时间。接收端接收数据时需要进行对应的解调，解调时采用1-bit差分解调方法。接收端译码后需要将脉冲进行重组，然后传递给上层。在物理层进行信息处理后得到的信号如图2所示，其中，图2中不同填充的方块代表不同的频点。

本发明通过在物理层进行信息处理，使得处理后得到的数据包具备一定的差错控制能力，因此，数据包即使在信道上发生碰撞，也有一定的概率可以被重新接收；同时，在物理层进行信息处理的技术支持下，使得节点具备一发多收的能力，例如节点在同时接收7路信号时，信息约有99%的概率可以被正确接收；节点在同时接收10路信号时，信息约有90%的概率可以被正确接收。另外，由于采用了跳时跳频技术，使得发送脉冲在时间和频率上相互分离，减少了数据包的碰撞，进一步改善了通信系统的性能。

S200、获取信道负载，根据所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与所述信道负载的比较结果，执行退避或数据发送；

其中，在执行所述退避的过程中，根据所述信道负载、所述待发送数据的优先级、所述待发送数据的优先级对应的门限阈值计算退避时间，并根据所述退避时间执行退避。

目前航空自组网中的MAC协议主要可以分为三类：预约分配MAC协议、固定分配MAC协议、随机竞争MAC协议。固定分配MAC协议中常用的是TDMA协议及DTDMA协议，例如Link-16、Link-22数据链，这类MAC协议在组网完成时，各个节点使用分配给它们的时频资源进行数据传输，各个用户之间不会发生冲突，系统的公平性较好，因此这类协议在网络中节点数较少、业务量相对稳定的情况下性能较好。但航空自组网中节点之间的距离比较大，信号的传播时延较大，不可忽略，在设计时隙长度时需要加入长度为传播时延的保护间隔，这会导致信道利用率降低，同时网络规模较大时系统的时延较大。另外这类协议需要精准的同步控制，较难实现。预约分配MAC协议根据网络中节点的业务量，通过动态分配的方式划分信道资源，在这类协议中，中心控制节点以半双工的方式进行广播，按照轮询表轮流询问节点是否接入信道，如果有节点有通信需求，则中心节点与该节点建立链路，如果没有通信需求，则中心节点轮询下一节点，这种方式可以保证任何一个时刻只有一个节点接入信道，不发生冲突，因此这类MAC协议公平性较好，但不能提供多优先级服务，当有节点有紧急的信息要发送时，必须等到该节点被轮询到时才可以发送，另外，中心节点需要不断的与从属节点交互信息，控制开销较大，且一旦中心节点被毁，系统就会瘫痪，抗毁性较差。

本发明中采用的SPMA协议本质上是一种随机竞争MAC协议，它在一定程度上借鉴了CSMA（Carrier Sense Multiple Access，载波监听多路访问）/CA（with CollisionAvoidance，避免冲撞）协议的运行机制，在CSMA/CA协议中，信道只有两种状态：忙、闲，用户有数据要发送时，首先侦听信道状态，如果信道空闲，则立即发送数据；如果信道忙，则随机退避一段时间后再次尝试接入信道。SPMA协议也是通过感知信道状态判断是否发送数据包或进行随机退避，与CSMA/CA不同的是，SPMA协议周期性地统计一段时间内各个节点接收到的脉冲数量以及发送的脉冲数量的总和作为信道负载，以此定量的描述信道的占用状态，统计的信道占用状态作为后续是否发送数据的依据。

本发明将网络中的业务划分为若干个优先级，每个优先级设置一个对应的门限阈值，当用户有数据要发送时，将待发送数据的优先级对应的门限阈值与信道负载的大小进行比较，如果门限阈值大于或等于信道负载，则将该优先级的业务接入信道进行数据发送，否则执行退避算法进行等待。其中，各优先级对应的门限阈值的计算方法包括：

根据数据传输成功率，确定最低优先级对应的门限阈值；其中，最低优先级对应的门限阈值通过实际的仿真得出，具体为：不区分网络中业务的优先级，数据随到随发，并逐渐增加网络中的业务量，数据传输成功率逐渐下降，当数据传输成功率下降到预设阈值时，对应的业务量作为最低优先级对应的门限阈值；预设阈值的大小可以根据实际情况进行设定，本实施例中，预设阈值为99%。

根据所述最低优先级对应的门限阈值，确定其他优先级对应的门限阈值，如下式所示：

式中，

表示优先级

对应的门限阈值，

表示最低优先级 对应的门限阈值，

表示优先级j的业务所占据的比例，N表示优先级的总数量。

通过本发明中各优先级对应的门限阈值的确定方法，优先级越高，对应的门限阈值的数值越大，随机退避的时间越短，以此来保证高优先级的业务有更高的概率接入信道发送，进而实现不同的优先级具有不同的QoS（Quality of Service，服务质量）。

在SPMA协议中，当统计到的信道负载大于待发送数据的优先级对应的门限阈值时，为避免碰撞导致传输成功率下降，该数据需要进行随机退避。CSMA/CA协议中采用的退避方法是二进制指数退避，该方法默认节点之间地位平等，无法支持多优先级服务，数据发送失败后增大退避窗口，有可能会导致高优先级数据接入信道的概率低于低优先级数据，造成高优先级服务质量下降，因此，这种退避方法及相关的改进方法无法用于SPMA协议。在退避过程中，最关键的是退避时间的设定，如果退避时间过短，无法有效的降低信道负载；如果退避时间过长，会导致待发送数据无法及时的接入信道，信道利用率下降。因此，本发明通过信道负载、待发送数据的优先级、待发送数据的优先级对应的门限阈值来确定退避时间，退避时间的计算如下式所示：

式中，

表示优先级

对应的退避时间，

表示生成一个

区间的均匀分布的随机数，

表示信道发射信号的窗口时间，Priority表示待发送 数据的优先级，

表示信道负载，

表示优先级

对应的门限阈值，B表示与

同一数量级的常数，具体大小通过实际仿真得到。

通过本发明退避时间的确定方法，退避时间由信道负载、数据包优先级的门限阈值、数据包的优先级共同决定：对于不同优先级的数据包，优先级越高，退避时间越短，接入信道的概率越大；对于同一优先级的数据包，信道负载越小，退避时间越短，接入信道的概率更大，信道负载越大时退避时间越长，接入信道的概率更小，有效地避免了碰撞，提高了信道的利用率，降低了数据传输延时，从而能够很好地满足多优先级服务过程中对通信性能的需求。

步骤S200中，根据所述退避时间执行所述退避，包括：

检测所述退避时间是否完成，否，则继续执行退避，是，则结束退避，并重新获取信道负载；

将当前所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与重新获取的所述信道负载进行比较，根据比较结果执行退避或数据发送。退避结束后，通过将所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与重新获取的所述信道负载进行比较，根据比较结果执行退避或数据发送，从而能够保证待发送数据的有效发送。

为满足更高优先级的数据的发送需求，在当前待发送数据执行退避的过程中，检测所述退避时间是否完成之前，还包括：检测是否有更高优先级的待发送数据到达，否，则根据所述退避时间对当前所述待发送数据执行退避；是，则停止对当前所述待发送数据执行退避，并对更高优先级的所述待发送数据执行退避或数据发送。对更高优先级的所述待发送数据执行退避或数据发送包括：重新获取信道负载，根据更高优先级的待发送数据的优先级对应的门限阈值与重新获取的信道负载进行比较，根据比较结果，对更高优先级的待发送数据执行退避或数据发送。

以下通过一种优选地实施方式对本发明基于SPMA协议退避算法的通信方法进行详细说明，如图3所示，包括如下步骤：

S301、进行网络初始化，将网络中的业务划分为N个优先级，并为网络中的每个节点维护N个优先级子队列，优先级队列用于缓存相应优先级的数据包；其中，优先级根据实际需求进行划分，例如，可根据消息的类型、紧急程度及发送节点的地位决定优先级的级别；本实施例中，将网络中的业务划分为8个优先级；节点产生或者接收到数据包后，则将数据包根据其优先级插入到对应的优先级子队列中；

S302、检测各个子队列是否为空，若为空，则重复步骤S302继续检测，直到数据包到达；

S303、选取优先级最高的数据包，并判断数据包是否超时，若数据包超时，则执行步骤S308；若数据包未超时，则执行步骤S304；其中，该步骤中，同一优先级的数据包调度采用的是先进先出的机制，即先进入该子队列中的数据包优先调度，在队列中等待时间过长至超时的数据包会被删除；

S304、获取信道负载，将当前待发送的数据包的优先级对应的门限阈值与信道负载进行对比，若门限阈值大于或等于信道负载，则执行步骤S309；否则，执行步骤S305；该步骤中，信道负载统计结果周期性地更新，即周期性地统计一段时间内各个节点接收到的脉冲数量以及发送的脉冲数量的总和作为信道负载；

S305、执行退避，并检测是否有更高优先级的数据包到达；有，则将当前数据包终止退避，并将该更高优先级的数据包作为当前待发送的数据包，执行步骤S304；否则，执行步骤S306；

S306、检测退避时间是否完成，否，则执行步骤S305；是，则执行步骤S307；

S307、检测当前待发送的数据包是否超时，数据包超时，则执行步骤S308，否，则执行步骤S309；

S308、直接将该数据包从相应的子队列中删除，并重复步骤S302；

S309、发送当前数据包，并执行步骤S302。

为进一步验证本发明基于SPMA协议退避算法的通信方法的有效性，通过仿真对本发明通信方法的效果进行说明：

首先，对本发明基于SPMA协议退避算法的一发多收机制下的误包率进行仿真，仿真结果如图4所示。由图4可知，在网络节点同时接收20路信号的情况下，误包率仅1%，因此，本发明能够有效降低误包率，提高了通信性能。

其次，对本发明基于SPMA协议退避算法的时延性能进行仿真，仿真结果如图5所示，由图5可知，业务的优先级越高，其时延越低，对于同一优先级的数据包，信道负载越小，时延越低，因此，通过本发明方法能够有效降低数据传输时延，从而能够很好地满足多优先级服务过程中对通信性能的需求。

图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行基于SPMA协议退避算法的通信方法，该方法包括：接收待发送数据，并获取所述待发送数据的优先级；

获取信道负载，根据所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与所述信道负载的比较结果，执行退避或数据发送；

其中，在执行退避的过程中，根据所述信道负载、所述待发送数据的优先级、所述待发送数据的优先级对应的门限阈值计算退避时间，并根据所述退避时间执行退避。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于SPMA协议退避算法的通信方法，该方法包括：接收待发送数据，并获取所述待发送数据的优先级；

获取信道负载，根据所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与所述信道负载的比较结果，执行退避或数据发送；

其中，在执行退避的过程中，根据所述信道负载、所述待发送数据的优先级、所述待发送数据的优先级对应的门限阈值计算退避时间，并根据所述退避时间执行退避。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于SPMA协议退避算法的通信方法，该方法包括：接收待发送数据，并获取所述待发送数据的优先级；

获取信道负载，根据所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与所述信道负载的比较结果，执行退避或数据发送；

其中，在执行退避的过程中，根据所述信道负载、所述待发送数据的优先级、所述待发送数据的优先级对应的门限阈值计算退避时间，并根据所述退避时间执行退避。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，其特征在于，包括：

接收待发送数据，并获取所述待发送数据的优先级；

获取信道负载，根据所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与所述信道负载的比较结果，执行退避或数据发送；

其中，在执行退避的过程中，根据所述信道负载、所述待发送数据的优先级、所述待发送数据的优先级对应的门限阈值计算退避时间，并根据所述退避时间执行退避。

2.根据权利要求1所述的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，其特征在于，所述根据所述信道负载、所述待发送数据的优先级、所述待发送数据的优先级对应的门限阈值计算退避时间，如下式所示：

式中，

表示优先级

对应的退避时间，

表示生成一个

区间的均匀分布的随机数，

表示信道发射信号的窗口时间，Priority表示待发送 数据的优先级，

表示信道负载，

表示优先级

对应的门限阈值，B为常 数。

3.根据权利要求1所述的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，其特征在于，所述待发送数据的优先级对应的门限阈值的确定方法包括：

根据数据传输成功率，确定最低优先级对应的门限阈值；

根据所述最低优先级对应的门限阈值，确定其他优先级对应的门限阈值，如下式所示：

式中，

表示优先级

对应的门限阈值，

表示最低优先级 对应的门限阈值，

表示优先级j的业务所占据的比例，N表示优先级的总数量。

4.根据权利要求1所述的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，其特征在于，所述根据所述退避时间执行所述退避，包括：

检测所述退避时间是否完成，否，则继续执行退避，是，则结束退避，并重新获取信道负载；

将当前所述待发送数据的优先级对应的门限阈值与重新获取的所述信道负载进行比较，根据比较结果执行退避或数据发送。

5.根据权利要求4所述的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，其特征在于，所述检测所述退避时间是否完成之前，还包括：

检测是否有更高优先级的待发送数据到达，否，则根据所述退避时间对当前所述待发送数据执行退避；是，则停止对当前所述待发送数据执行退避，并对更高优先级的所述待发送数据执行退避或数据发送。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，其特征在于，所述待发送数据通过将原始数据在物理层进行信息处理得到；其中，所述将原始数据在物理层进行信息处理包括：

将所述原始数据划分为若干个脉冲，得到脉冲信息序列；

对所述脉冲信息序列进行信道编码，得到编码数据；

基于所述编码数据获取跳时跳频图案；

对所述编码数据进行调制处理，并映射到所述跳时跳频图案中得到所述待发送数据。

7.根据权利要求6所述的一种基于SPMA协议退避算法的通信方法，其特征在于，对所述脉冲信息序列进行信道编码包括：

采用包括两个分量编码器的编码系统对所述脉冲信息序列进行信道编码；其中，所述信道编码的方法包括：

将所述脉冲信息序列输入至第一分量编码器，得到第一编码结果，并对所述脉冲信息序列进行交织处理后输入至第二分量编码器，得到第二编码结果；其中，所述第一分量编码器和所述第二分量编码器采用相同的生成矩阵；

将所述第一编码结果和所述第二编码结果分别映射到删除矩阵中，对所述第一编码结果和所述第二编码结果进行数据打孔；

对数据打孔后的所述第一编码结果和数据打孔后的所述第二编码结果进行复接，得到所述编码数据。

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于SPMA协议退避算法的通信方法的步骤。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于SPMA协议退避算法的通信方法的步骤。

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