CN117354249A - 一种数据链优先级阈值设置方法 - Google Patents

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徐建武
张铁英
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Abstract

本发明公开了一种数据链优先级阈值设置方法。在该方法中，通过获得ALOHA网络当前统计时间窗内数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生的数据包个数，以计算最低优先级阈值；通过统计获得当前统计时间窗内各优先级数据包占总数据包的比例以及各优先级阈值与最低优先级阈值的关系，计算得到其它优先级阈值；在下一个统计时间窗内，通过重复执行上述过程，计算更新各优先级阈值。本发明所公开的技术方案，提高了优先级阈值的准确性和自适应能力，以适应数据链网络的动态变化。

Description

一种数据链优先级阈值设置方法
技术领域
本发明涉及一种数据链优先级阈值设置方法，尤其涉及一种优先级阈值自适应设置方法。
背景技术
一个网络协议设计的好坏决定数据的成功传输概率、吞吐量、平均传输时延、公平性、稳定性等性能指标的优劣。所以研究网络协议对数据链组网具有重要意义。
以SPMA(statistical priority based media access)协议为代表随机接入组网协议具有很强的灵活性，可使网内节点能够实时有效迅速地共享信息，并能够实现随机入网和退网，组网灵活性较强，可适应复杂多变的传输环境。SPMA协议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数据包是否接入信道，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，能够实现网络节点快速加入或退出网络的功能。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。
在基于SPMA协议的数据链网络中，将待发送的数据包划分为多个优先级，并预先设置各优先级阈值，在发送某一优先级数据包时，SPMA协议将信道占用统计值与对应优先级阈值进行比较，从而判定该优先级数据包是否允许发送。当全网业务量较大时，SPMA协议算法将会退避低优先级数据包，保证高优先级数据包传输的可靠性，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，能否准确设置数据包的各优先级阈值，具有非常重要的意义。
在现有技术中，数据包优先级阈值设置方法采用固定设置，在整个数据链网络的运行过程中均保持不变。然而，由于数据链网络，尤其是基于SPMA协议的数据链网络，具有很强的动态特性，网络拓扑快速变化，若网络运行过程中有节点加入或离开网络，节点个数动态变化，原来的优先级阈值不再是最优的。进一步，节点会根据信道条件选择相应的传输速率以提高传输可靠性。在不同的传输速率下，数据包对信道的占用时间是不同的，信道占用率也会相应改变，而数据包固定不变的优先级阈值不再是最优的。进一步，当数据链网络是多跳网络时，每个节点的一跳范围内的节点数目具有较大差异，若仍采用固定的优先级阈值策略，则必然不能使网络处于最佳工作状态。
因此，如何设置数据链优先级阈值，使其能够满足数据链网络工作环境的变化，提高阈值的自适应设置能力，是现有数据链优先级阈值设置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优先级阈值设置方法，提高优先级阈值的自适应设置能力，以适应数据链网络的动态变化。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种数据链优先级阈值设置方法。该方法包括以下步骤：
步骤一：在当前统计时间窗W内，获得ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生的数据包个数λ；
步骤二：计算最低优先级阈值：所述最低优先级阈值为/>，其中，N为数据包优先级个数，M为网络节点个数，T s 为数据包持续周期时长，W为统计时间窗时长；
步骤三：统计获得当前统计时间窗W内各优先级数据包占总数据包的比例r j ；
步骤四：计算其它优先级阈值：所述第i个优先级阈值为：，其中数据包优先级从高至低依次为0,1,…,N-1，0为最高优先级，N-1为最低优先级，TH i 为优先级为i的优先级阈值；
步骤五：在下一个统计时间窗W内，重复执行步骤一至步骤四内容，计算更新各优先级阈值。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述获得ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生数据包个数λ的方法为：
所述网络中各节点平均产生数据包个数λ、网络节点个数M、数据包传输速率c和数据包大小为q四者满足关系式：，由所述关系式得到在网络节点个数M、数据包传输速率c和数据包大小q一定条件下参数λ的值。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述统计时间窗计时方法为：当本节点接收到数据包信号时，本节点启动所述统计时间窗计时，即统计时间窗开始；当本节点连续10个数据包持续周期没有接收到数据包信号时，本节点停止所述统计时间窗计时，即统计时间窗结束。
优选的，在本发明所公开的技术方案中，所述数据包大小为q=5bit。
优选的，在本发明所公开的技术方案中，所述数据包优先级个数N为8，所述数据包优先级从高至低依次为0,1,…,7，0为最高优先级，7为最低优先级。
优选的，在本发明所公开的技术方案中，所述数据包持续周期包括数据包发送时间和数据包停止时间。
优选的，在本发明所公开的技术方案中，所述数据包持续周期T s =2.6微秒。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.提高了优先级阈值设置的自适应能力
在本发明所公开的技术方案中，通过获得当前统计时间窗W内ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生的数据包个数λ以计算最低优先级阈值，并根据当前统计时间窗W内各优先级数据包占总数据包的比例r j 以计算得到其它优先级阈值，所计算的优先级阈值与当前统计时间窗内的网络节点个数M、数据包传输速率c、数据包大小为q、各优先级数据包占总数据包的比例r j 等参数密切相关，且所计算的优先级阈值在不同的统计时间窗内是自适应变化的，从而提高了优先级阈值的自适应设置能力，以适应数据链网络的动态变化。而在现有技术中，优先级阈值设置方法采用固定设置，在整个数据链网络的运行过程中均保持不变。因此，相对于现有技术来说，本发明所公开的技术方案，提高了优先级阈值设置的自适应能力，有利于提高数据链网络的传输性能。
2.提高了优先级阈值设置的准确性
在本发明所公开的技术方案中，用于计算优先级阈值的所述统计时间窗的大小是变化的，当本节点接收到数据包信号时启动计时，当本节点连续10个数据包持续周期没有接收到数据包信号时停止计时，使所统计的优先阈值参数能够更好的反应当前信道状态，进一步提高了优先级阈值设置的准确度。而在现有技术中，所述统计时间窗大小通常是固定不变的，无法适应数据链网络传输环境的动态变化。因此，相对于现有技术来说，本发明所公开的技术方案，所计算的优先级阈值更准确，更能反应当前的数据链网络信道状态。
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。
具体实施方式
下面结合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。
准确设置数据包的各优先级阈值，是提高数据链网络传输性能的重要技术措施。在现有技术中，数据包优先级阈值设置通常采用固定设置，在整个数据链网络的运行过程中均保持不变。然而，数据链的优先级阈值是随着网内节点数量、数据包传输速率、各优先级数据包比例等参数的变化而动态变化的，尤其是对于具有无中心、自组织、多跳中继、动态拓扑结构的无线数据链网络来说，现有技术中的固定式优先级阈值设置必然会导致数据链网络传输性能下降。
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数据链优先级阈值设置方法。
该方法包括以下步骤：
步骤一：在当前统计时间窗W内，获得ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生的数据包个数λ；
步骤二：计算最低优先级阈值：所述最低优先级阈值为/>，其中，N为数据包优先级个数，M为网络节点个数，T s 为数据包持续周期时长，W为统计时间窗时长；
步骤三：统计获得当前统计时间窗W内各优先级数据包占总数据包的比例r j ；
步骤四：计算其它优先级阈值：所述第i个优先级阈值为：，其中数据包优先级从高至低依次为0,1,…,N-1，0为最高优先级，N-1为最低优先级，TH i 为优先级为i的优先级阈值；
步骤五：在下一个统计时间窗W内，重复执行步骤一至步骤四内容，计算更新各优先级阈值。
在本发明实施例所公开的技术方案中，所述获得ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生数据包个数λ的方法为：
所述网络中各节点平均产生数据包个数λ、网络节点个数M、数据包传输速率c和数据包大小q四者满足关系式：，由所述关系式得到在网络节点个数M、数据包传输速率c和数据包大小q一定条件下参数λ的值。
在本发明实施例所公开的技术方案中，通过设置统计时间窗，进行统计计算与数据包优先级阈值的相关参数，具体包括当前统计时间窗内的网络节点个数M、数据包传输速率c、数据包大小为q、各优先级数据包占总数据包的比例r j 等参数，通过获得当前统计时间窗W内ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生的数据包个数λ以计算最低优先级阈值；再通过统计当前统计时间窗W内各优先级数据包占总数据包的比例r j ，以及各优先级阈值与最低优先级阈值的关系，从而获得到其它优先级阈值；在下一个统计时间窗W内，通过重复执行上述过程，以获得新的优先级阈值，实现优先级阈值的自适应设置。数据链网络参数的变化，可通过所述统计时间窗进行统计计算，以更新数据包的优先级阈值，使得所述优先级阈值能够适应数据链网络的当前状态。网内各节点通过统计计算当前统计时间窗内的参数值，以计算得到当前统计时间窗各优先级阈值，实现对本节点数据包各优先级阈值的动态调整，实现了自适应优先级阈值设置。所计算的优先级阈值在不同的统计时间窗内是自适应变化的，从而提高了优先级阈值的自适应设置能力，以适应数据链网络的动态变化。而在现有技术中，优先级阈值设置方法采用固定设置，是根据预先的网络规划情况得到网络中的节点数、传输速率、数据包比例等参数，在开通数据链网络前，预先计算得到各数据包优先级阈值，所述优先级阈值在整个数据链网络的运行过程中均保持不变。然而，在数据链网络运行过程中，数据链网络会跟据态势环境的变化，有新节点随机接入，也有在网节点的退出，网内节点数量是变化的；进一步，数据链中各节点会根据信道质量选择合适的传输速率，而不同的传输速率，对信道占用情况也是不同的。因此，现有技术中，固定设置数据包的优先级阈值，必然会降低数据链网络的传输性能。
综上所述，相对于现有技术来说，本发明实施例所公开的技术方案，提高了优先级阈值设置的自适应能力，有利于提高数据链网络的传输性能。
在本发明实施例所公开的技术方案中，网内节点通过统计计算当前统计时间窗的网络节点个数M、数据包传输速率c和数据包大小q参数值，依据关系式：，计算得到ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生数据包个数λ的参数值，再依据关系式：/>，获得所述最低优先级阈值为/>，其中，N为数据包优先级个数，M为网络节点个数，T s 为数据包持续周期时长，W为统计时间窗时长；再通过统计获得当前统计时间窗W内各优先级数据包占总数据包的比例r j ；依据关系式：，获得其它优先级阈值，其中数据包优先级从高至低依次为0,1,…,N-1，0为最高优先级，N-1为最低优先级，TH i 为优先级为i的优先级阈值。
优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述数据包优先级个数N为8，所述数据包优先级从高至低依次为0,1,…,7，0为最高优先级，7为最低优先级。
典型的，在本发明实施例所公开的技术方案中，通过获得当前统计时间窗W内ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生的数据包个数λ以计算最低优先级阈值，假定此时所计算得到的最低优先级阈值/>为4%，即所述最低优先级阈值为：/>=4%。通过统计当前统计时间窗W内各优先级数据包占总数据包的比例r j 再计算其它优先级阈值；此时，假定优先级从高至低的数据包占总数据包的比例依次为：5%、10%、10%、15%、15%、15%、15%、15%；依据关系式：/>，可计算得到各优先级阈值由高至低分别为：TH 0=80%、TH 1=26.7%、TH 2=16%、TH 3=10%、TH 4=7.3%、TH 5=5.7%、TH 6=4.7%、TH 7=4%。
进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述统计时间窗的确定方法为：当本节点接收到数据包信号时，本节点启动所述统计时间窗计时，即统计时间窗开始；当本节点连续10个数据包持续周期没有接收到数据包信号时，本节点停止所述统计时间窗计时，即统计时间窗结束，从而得到所述统计时间窗的时间长度大小。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W的值是可变的。而在现有技术中，统计时间窗的大小通常是固定设置的，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W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计算数据包优先级阈值参数来说，本发明实施例所公开的技术方案能够更好的反映当前的信道状况，所计算的优先级阈值更准确，更能反应当前的数据链网络信道状态。
进一步，数据链网络中各节点所辐射的数据包信号通常是成串的脉冲信号。所述数据包持续周期时间包括数据包发送时间和数据包停止时间。该技术措施能够用于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。
优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述数据包持续周期T s =2.6微秒。
进一步，在数据链网络中，网内各节点会将待传输的数据流进行分组，划分为以多个数据包后再进行传输。数据包的划分有利于节点成员进行数据编码、加密、调制等处理。优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，网内各节点将待传输的数据划分为以5bit为单位的多个数据包，即所述数据包大小为q=5bit。
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)

1.一种数据链优先级阈值设置方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：在当前统计时间窗W内，获得ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生的数据包个数λ；
步骤二：计算最低优先级阈值：所述最低优先级阈值为/>，其中，N为数据包优先级个数，M为网络节点个数，T s 为数据包持续周期时长，W为统计时间窗时长；
步骤三：统计获得当前统计时间窗W内各优先级数据包占总数据包的比例r j ；
步骤四：计算其它优先级阈值：所述第i个优先级阈值为：，其中数据包优先级从高至低依次为0,1,…,N-1，0为最高优先级，N-1为最低优先级，TH i 为优先级为i的优先级阈值；
步骤五：在下一个统计时间窗W内，重复执行步骤一至步骤四内容，计算更新各优先级阈值。
2.根据权利要求1所述的一种数据链优先级阈值设置方法，其特征在于，所述获得ALOHA网络数据包发送成功概率为99%时网络中各节点平均产生数据包个数λ的方法为：
所述网络中各节点平均产生数据包个数λ、网络节点个数M、数据包传输速率c和数据包大小q四者满足关系式：，由所述关系式得到在网络节点个数M、数据包传输速率c和数据包大小q一定条件下参数λ的值。
3.根据权利要求2所述的数据链优先级阈值设置方法，其特征在于，所述统计时间窗计时方法为：当本节点接收到数据包信号时，本节点启动所述统计时间窗计时，即统计时间窗开始；当本节点连续10个数据包持续周期没有接收到数据包信号时，本节点停止所述统计时间窗计时，即统计时间窗结束。
4.根据权利要求2所述的数据链优先级阈值设置方法，其特征在于，所述数据包大小为q=5bit。
5.根据权利要求2所述的数据链优先级阈值设置方法，其特征在于，所述数据包优先级个数N为8，所述数据包优先级从高至低依次为0,1,…,7，0为最高优先级，7为最低优先级。
6.根据权利要求2所述的数据链优先级阈值设置方法，其特征在于，所述数据包持续周期包括数据包发送时间和数据包停止时间。
7.根据权利要求2所述的数据链优先级阈值设置方法，其特征在于，所述数据包持续周期T s =2.6微秒。
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