CN118174825A - 一种基于双协议机制的短波数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于短波通信领域，具体涉及一种基于双协议机制的短波数据传输方法，包括：进行通信状况判定是否满足双向通信；针对短波通信满足双向通信时，通过ARQ协议调整帧长与数据速率实现短波通信；针对短波通信不满足双向通信时，通过FEC协议调整数据速率实现短波数据传输。本发明本发明在信道满足双向通信时使用ARQ协议，根据信道的真实情况，可以有效的避免信道条件变差时传送的通信链路堵塞导致信息丢失，信道质量较好时通过增加传输数据段的长度来提高传输效率，提高了短波信道容量的利用率；在信道不满足双向通信的情况下使用FEC协议，通过牺牲吞吐量提高了接收端数据正确的可能性，同时也对信道资源进行了充分利用。

Description

一种基于双协议机制的短波数据传输方法

技术领域

本发明属于短波通信领域，具体涉及一种基于双协议机制的短波数据传输方法。

背景技术

短波信道的多变特性，会导致许多不同形式的失真，包括多普勒频移和扩展、多径和衰落。为了应对短波信道的多变性，出现了几种技术，例如自动链路质量分析(LQA)，自动链路建立(ALE)和自动数据速率更改(DRC)。Trinder和Brown在1999年提出的，是针对Non-Autobaud调制而开发的DRC算法，Trinder和Gillespie进一步研究了ARQ吞吐量作为SNR的函数，用于确定特定SNR值的最佳数据速率选择。Schulze和Hancke 2005年提出是针对Autobaud调制而开发的RapidM DRC算法适用于更高的数据速率。在文献中Nieto在三种类型的信道(ITU-R Good，ITU-R Poor和AWGN信道)上评估了使用不同数据包大小和不同SNR值的Autobaud调制的DRC算法。同时，一种快速DRC算法，通过收集包括误比特率和信噪比在内的统计信息，结合当前误比特率(BER)进行多个信息的统一决策，对数据速率进行调整。将原始STANAG 5066标准中的Trinder DRC算法和RapidM DRC算法进行改进，提出了避免截止状态算法(ACOS)与误比特优化算法(BEO)，降低了数据速率振荡，同时提高了链路的可靠性。王也等人在基于原始的DRC算法设计了一种在短波通信中基于自适应帧长的DRC改进算法，其缺点就是需要重复通信进行确认，占用了信道资源。

目前已有许多技术将短波通信进行拓展，但目前有关短波通信的自适应帧长的相关研究也是比较少的，在短波信道有时不满足双向通信，同时数据速率变化(DRC)存在高误比特率，低吞吐量的问题，且最新的基于DRC自适应帧长算法需要使双方处于频繁等待和回复的状态，从而不断调整帧长度，不仅降低了信道利用率，而且增加了通信时间，使传输时间变长，并且可能会增加传输速率频繁振荡的可能性，从而导致传输效率降低和稳定性差，造成系统的误比特率升高、吞吐量降低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于双协议机制的短波数据传输方法，包括：

S1：进行通信状况判定是否满足双向通信；

S2：针对短波通信满足双向通信时，通过ARQ协议调整帧长与数据速率实现短波通信；

所述ARQ协议是一种数据链路层协议，接收方通过反向信道向发送方反馈数据速率、数据帧长信息，发送端通过接收的信息来实现短波数据传输，实现在数据传输中的可靠性；

S3：针对短波通信不满足双向通信时，通过FEC协议调整数据速率实现短波数据传输；

所述FEC协议为在传输信道可靠性不高、强噪声干扰信道中进行数据传输时，用来控制接收数据包误码率的前项纠错协议。

本发明的有益效果：

本发明在信道满足双向通信时使用ARQ协议，根据信道的真实情况，可以有效的避免信道条件变差时传送的通信链路堵塞导致信息丢失，信道质量较好时通过增加传输数据段的长度来提高传输效率，减少数据帧内报头、同步头、循环冗余校验以及某些包含特定参数的数据段重复发送，从而提高了短波信道容量的利用率；

本发明在信道不满足双向通信的情况下使用FEC协议，通过牺牲吞吐量提高了接收端数据正确的可能性，同时也对信道资源进行了充分利用。

附图说明

图1为本发明的一种基于双协议机制的短波数据传输方法的流程示意图；

图2为本发明的通过FEC协议调整数据速率实现短波数据传输流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

一种基于双协议机制的短波数据传输方法，如图1所示，包括：

S1：进行通信状况判定是否满足双向通信；

S2：针对短波通信满足双向通信时，通过ARQ协议调整帧长与数据速率实现短波通信；

所述ARQ协议是一种数据链路层协议，接收方通过反向信道向发送方反馈数据速率、数据帧长信息，发送端通过接收的信息来实现短波数据传输，实现在数据传输中的可靠性；

S3：针对短波通信不满足双向通信时，通过FEC协议调整数据速率实现短波数据传输；

所述FEC协议为在传输信道可靠性不高、强噪声干扰信道中进行数据传输时，用来控制接收数据包误码率的前项纠错协议。

对于每个信道，都存在一个最佳的帧长度，但是由于短波信道多变的特性，很难得到最佳的帧长度，所以只能采用数学方法求得近似的帧长度。在考虑传输速率和可靠性时，应该尽可能使用合适长度的帧，避免反复通信后再对帧长进行更改。选择帧长时，也应考虑帧长对误帧率的影响以及帧长与信道利用率的关系。

在本实施例中，通过ARQ协议调整帧长与数据速率实现短波通信，包括：

S21：根据当前的信道条件，获取数据速率和所接受到的误比特率；

S22：根据所接受到的误比特率计算出理论误帧率，并对理论误帧率取平均值，得到平均误帧率；

S23：根据平均误帧率对帧长进行分段调整，调整完成之后计算最优帧长，根据最优帧长计算出当前状态误帧率；

S24：通过当前状态误帧率对数据速率进行增减判定，通过反向信道将增减判定后的数据速率以及最优帧长反馈到发送端。

根据所接受到的误比特率计算出理论误帧率，包括：

FER_calculate＝1-(1-BER)^L

其中，_FERcalculate表示理论误帧率，_BER表示误码率，_L表示发送帧的帧长。

对初始误帧率取平均值，得到平均误帧率，包括：

其中，表示平均误帧率，FER_i-2表示前两个通信间隔的误帧率，FER_i-1表示前一个通信间隔的误帧率，FER_calculate表示理论误帧率。

根据平均误帧率对帧长进行分段调整，包括：

当平均误帧率≤0.1，将帧长增加25％；

当平均误帧率＞0.1但≤0.2时，将帧长增加10％；

当平均误帧率＞0.2但≤0.3时，则帧长保持不变；

当平均误帧率＞0.3但≤0.6时，将帧长减少50％；

当平均误帧率＞0.6时，将帧长减少70％。

根据调整帧长后计算最优帧长，包括：

归一化吞吐量：

T^*＝f(L^*,FER,DR)

求偏导，求偏导之后为零，可以得到函数的极值点，将这个极值点作为最优帧长：

其中，L_opt表示最优帧长，T^*表示吞吐量，f()表示归一化操作，L^*表示分段调整后的帧长，FER为误帧率，DR为数据速率，表示对T^*求L^*的偏导。

根据最优帧长计算出当前状态误帧率，包括：

其中，FER_current表示当前状态误帧率，L_opt表示最优帧长，FER为误帧率。

通过当前状态误帧率对数据速率进行增减判定，包括：

当时，将数据速率减小一个步长；

当时，将数据速率增加一个步长，其中，FER_current表示当前状态误帧率，L_opt表示最优帧长；

所述数据速率共有10个步长，分别为：75、150、300、600、1200、3200、4800、6400、8000、9600bit/s。

在短波信道不满足双向通信的情况下，此时就不存在“反向信道”，无法对数据速率进行更改、对信道的状况进行反馈，发送方也就无法对接收方的情况进行分析。此时便只能通过使用前项纠错码、降低吞吐量的方式来重复发送信息的方式来提高数据正确接收的可能性。

在本实施例中，通过FEC协议调整数据速率实现短波通信，如图2所示，包括：

S31：在使用FEC协议前，需要对当前的信道情况进行判断，发送端与接收端进行通信尝试，若超过3分钟，发送端未接收到来自接收端的反馈信息，发送端对发送帧内的数据填充保护码，尽大可能的保护有效数据；

S32：填充完成之后发送端进行发送，重复发送0～5次，每次数据传输后发送端切换奇/偶帧类型，每当发送端的数据发送时间超过3分钟时，则会插入自动插入帧号，当所有数据被发送，发送端会发送一个表示完成发送的标志号，并返回到待发送状态；

S33：接收端检测到发送端发送的数据帧时，将进入FEC接收状态并开始解码FEC数据，如果发送站正在发送重复的FEC帧，接收站会一直解码，当解码出标志号时形成一个完整的帧，此时将该帧作为无错误的FEC数据进行保存，如果在发送端切换FEC数据奇数/偶数帧类型之前未收到完整的无错误数据，则接收端将任何接收到的数据删除，每当保存一个无错误的FEC数据或者删除一个不完整的数据帧之后，接收端返回到待接收状态。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于双协议机制的短波数据传输方法，其特征在于，包括：

S1：进行通信状况判定是否满足双向通信；

S2：针对短波通信满足双向通信时，通过ARQ协议调整帧长与数据速率实现短波通信；

所述ARQ协议是一种数据链路层协议，接收方通过反向信道向发送方反馈数据速率、数据帧长信息，发送端通过接收的信息来实现短波数据传输，实现在数据传输中的可靠性；

S3：针对短波通信不满足双向通信时，通过FEC协议调整数据速率实现短波数据传输；

所述FEC协议为在传输信道可靠性不高、强噪声干扰信道中进行数据传输时，用来控制接收数据包误码率的前项纠错协议。

2.根据权利要求1所述的一种基于双协议机制的短波数据传输方法，其特征在于，通过ARQ协议调整帧长与数据速率实现短波通信，包括：

S21：根据当前的信道条件，获取数据速率和所接受到的误比特率；

S22：根据所接受到的误比特率计算出理论误帧率，并对理论误帧率取平均值，得到平均误帧率；

S23：根据平均误帧率对帧长进行分段调整，调整完成之后计算最优帧长，根据最优帧长计算出当前状态误帧率；

S24：通过当前状态误帧率对数据速率进行增减判定，通过反向信道将增减判定后的数据速率以及最优帧长反馈到发送端。

3.根据权利要求2所述的一种基于双协议机制的短波数据传输方法，其特征在于，根据所接受到的误比特率计算出理论误帧率，包括：

FER_calculate＝1-(1-BER)^L

其中，FER_calculate表示理论误帧率，BER表示误码率，L表示发送帧的帧长。

4.根据权利要求2所述的一种基于双协议机制的短波数据传输方法，其特征在于，对初始误帧率取平均值，得到平均误帧率，包括：

其中，表示平均误帧率，FER_i-2表示前两个通信间隔的误帧率，FER_i-1表示前一个通信间隔的误帧率，FER_calculate表示理论误帧率。

5.根据权利要求2所述的一种基于双协议机制的短波数据传输方法，其特征在于，根据平均误帧率对帧长进行分段调整，包括：

当平均误帧率≤0.1，将帧长增加25％；

当平均误帧率＞0.1但≤0.2时，将帧长增加10％；

当平均误帧率＞0.2但≤0.3时，则帧长保持不变；

当平均误帧率＞0.3但≤0.6时，将帧长减少50％；

当平均误帧率＞0.6时，将帧长减少70％。

6.根据权利要求2所述的一种基于双协议机制的短波数据传输方法，其特征在于，根据调整帧长后计算最优帧长，包括：

T^*＝f(L^*,FER,DR)

其中，L_opt表示最优帧长，T^*表示吞吐量，f()表示归一化操作，L^*表示分段调整后的帧长，FER为误帧率，DR为数据速率，表示对T^*求L^*的偏导。

7.根据权利要求2所述的一种基于双协议机制的短波数据传输方法，其特征在于，根据最优帧长计算出当前状态误帧率，包括：

其中，FER_current表示当前状态误帧率，L_opt表示最优帧长，FER为误帧率。

8.根据权利要求2所述的一种基于双协议机制的短波数据传输方法，其特征在于，通过当前状态误帧率对数据速率进行增减判定，包括：

当时，将数据速率减小一个步长；

当时，将数据速率增加一个步长，其中，FER_current表示当前状态误帧率，L_opt表示最优帧长；

所述数据速率共有10个步长，分别为：75、150、300、600、1200、3200、4800、6400、8000、9600bit/s。

9.根据权利要求1所述的一种基于双协议机制的短波数据传输方法，其特征在于，通过FEC协议调整数据速率实现短波通信，包括：

S31：在使用FEC协议前，需要对当前的信道情况进行判断，发送端与接收端进行通信尝试，若超过3分钟，发送端未接收到来自接收端的反馈信息，发送端对发送帧内的数据填充保护码，尽大可能的保护有效数据；

S32：填充完成之后发送端进行发送，重复发送0～5次，每次数据传输后发送端切换奇/偶帧类型，每当发送端的数据发送时间超过3分钟时，则会插入自动插入帧号，当所有数据被发送，发送端会发送一个表示完成发送的标志号，并返回到待发送状态；

S33：接收端检测到发送端发送的数据帧时，将进入FEC接收状态并开始解码FEC数据，如果发送站正在发送重复的FEC帧，接收站会一直解码，当解码出标志号时形成一个完整的帧，此时将该帧作为无错误的FEC数据进行保存，如果在发送端切换FEC数据奇数/偶数帧类型之前未收到完整的无错误数据，则接收端将任何接收到的数据删除，每当保存一个无错误的FEC数据或者删除一个不完整的数据帧之后，接收端返回到待接收状态。