[发明专利]具有QoS保障的长距离CSMA/CA方法

说明书

本发明公开了一种具有QoS保障的长距离CSMA/CA方法，通信信道中的节点执行以下步骤：(1)发送队列中上个数据包发送结束后，进入退避阶段；(2)根据现有发送队列中的数据包优先级情况，提取优先级最高的数据包排到发送队列的队头；(3)计算信道忙闲比值和发送队列队头的数据包所对应的优先级门限；(4)退避阶段结束后，检查当前信道忙闲比值，比较发送队列队头的数据包所对应的优先级门限与当前信道忙闲比值，若当前信道忙闲比低于数据包所对应的优先级门限，则该数据包接入信道进行发送，返回步骤(1)。本发明通过拖延低优先级数据包的接入来满足高优先级数据包的性能需求，同时以此减少碰撞概率提升吞吐量。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于QoS(Quality of Service，服务质量)保障的长距离CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance)方法。

背景技术

航空自组织网络中的物理地址MAC协议大多分为两种：基于分配类的MAC协议和基于竞争类的MAC协议。大部分成熟航空自组织MAC协议都是基于分配类的MAC协议，只有美军TTNT数据链中使用了基于竞争的MAC协议。

基于TDMA的航空自组织网络其特点在于系统性能较好，但现有的分析中默认全网时间同步，其在战争状态下由于卫星或管理节点极易被敌方重点打击所以较难实现。此外由于现有航空网络中的TDMA类协议对节点入网退网，网络快速组建等开销并无分析，所以在战时基于TDMA的协议由于大量额外开销可能会导致系统开销较大。基于竞争类MAC协议由于其抗毁性强、可靠性高、分布式等特点很好的弥补了基于分配类协议的缺点；基于竞争类的协议也有着其自身的缺点：随着网络负载的增加碰撞概率会呈指数增长，大量重传数据包会恶化网络性能。在航空自组织网络中环境中，长传输时延也会导致网络的碰撞概率增加，并且导致信道监听机制浪费过多的信道资源。

美军TTNT数据链中使用了基于统计优先级的多信道竞争类MAC协议：SPMA协议对基于竞争类的协议进行改进，通过信道忙闲程度参数控制节点的接入概率，在提供抗毁和可靠的系统同时，对高优先级业务提供严格的QoS保证。由于美军的军事技术封锁，现阶段对基于统计优先级的竞争类MAC协议研究在国内仍处于初级阶段，现有的研究大多分为两类：第一类为对SPMA(statistical priority-based multiple access)的原型协议进行研究，在此基础上进行简单改造，或把统计优先级的概念运用在基于分配类的协议中；第二部分为对基于统计优先级的竞争类协议进行数学建模，对协议性能进行分析验证，当前的数学模型都较为简单，对优先级业务有着严苛的假设要求、使用非归一化的统计优先级变量等问题都是急需要改进的地方。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种具有QoS保障的长距离CSMA/CA方法，对不同优先级业务提供不同的QoS支持。本发明设计了两种不同的动态的优先级门限的计算方案：直接映射函数(DFM)方案和差分趋势(DT)方案来解决固定门限导致的信道利用率损失问题。动态的优先级门限可以得到更好的信道利用率并提供更可靠的QoS支持。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种具有QoS保障的长距离CSMA/CA方法，通信信道中的节点执行以下步骤：

(1)发送队列中上个数据包发送结束后，进入退避阶段；

(2)根据现有发送队列中的数据包优先级情况，提取优先级最高的数据包排到发送队列的队头；

(3)计算信道忙闲比值和发送队列队头的数据包所对应的优先级门限；

(4)退避阶段结束后，检查当前信道忙闲比值，比较发送队列队头的数据包所对应的优先级门限与当前信道忙闲比值，若当前信道忙闲比低于数据包所对应的优先级门限，则该数据包接入信道进行发送，返回步骤(1)；

其中，所述信道忙闲比值为：