[发明专利]支持临近空间网络的自适应多信道媒介访问控制方法

摘要

本发明公开一种临近空间网络的自适应多信道媒介访问控制方法，主要解决现有的固定时帧长度媒介访问控制方法的信道利用率和网络吞吐量过低，传输时延过大的问题。其实现方案是：将时域资源周期性地划分成控制时帧与数据时帧两部分；高速飞行器节点在控制时帧阶段实现面向临近空间平台的RTS/CTS交互，在数据时帧阶段按照分配的时隙完成非竞争数据传输；临近空间平台利用二维马尔可夫模型，根据高速飞行器节点数目、业务负载量计算最优时帧分配参数；在每个时帧周期结束时根据最优时帧分配参数调整控制时帧与数据时帧的长度。本发明提高了信道利用率和网络吞吐量，降低了传输时延，可用于临近空间网络中高速飞行器节点对临近空间平台的接入。

主权项

1.一种支持临近空间网络的自适应多信道媒介访问控制方法，其特征在于，包括如下：(1)将临近空间网络的频段资源划分成若干个子频段，同时将临近空间网络的时域资源周期性地划分成控制时帧与数据时帧两部分；(2)在控制时帧阶段，各高速飞行器节点向临近空间平台发送RTS帧；(3)临近空间平台在接收到高速飞行器节点的RTS帧后向相应的高速飞行器节点返回CTS帧；(4)在数据时帧阶段，高速飞行器节点根据接收到的CTS帧，在对应的时隙传输数据；(5)临近空间平台接收数据，并根据高速飞行器节点数目和业务负载量信息，计算最优时帧分配参数β：(5a)假定业务到达过程服从泊松分布，RTS/CTS交互过程参照CSMA/CA竞争机制，定义二维马尔可夫模型描述状态{s(t),b(t)}，其中s(t)代表退避阶数，b(t)代表退避计时器；(5b)利用高速飞行器节点数目和业务负载量信息，确定如下参数：碰撞概率：P_c＝1‑(1‑τ)^n‑1，信道忙概率：P_b＝1‑(1‑τ)ⁿ，网络不饱和概率：成功传输概率：P_s＝nτ(1‑τ)^n‑1，退避窗口值：其中n代表高速飞行器节点数目，τ代表任意时刻的传输概率，λ代表发送数据包的速率，W₀代表初始退避窗口值，m'对应最大退避窗口值2^m'W₀，m代表最大退避阶数，T_CS代表平均期望时间；(5c)计算出二维马尔可夫模型状态{0,0}的稳态分布概率b_0,0：(5d)计算出二维马尔可夫模型的传输概率τ、平均总服务时间T_e：其中b_i,0代表状态{i,0}的稳态分布概率，b_i,0＝P_cⁱb_0,0；其中T_CS＝P_sT_s+(P_b‑P_s)T_c+(1‑P_b)σ，T_s代表成功传输时间，T_c代表碰撞时间，σ代表时隙长度；(5e)当控制时帧成功接入的高速飞行器节点数目与数据时帧成功传输的高速飞行器节点的总数目相同时，时帧分配参数最优，计算出最优的时帧分配参数β：其中T_k和T_f分别代表控制时帧和数据时帧的长度，N代表数据子频段的个数，T_d代表在数据子频段上传输一个数据包所需时间：T_d＝DIFS+HEADER+DATA+SIFS+ACK+2δ；DIFS＝50μs，SIFS＝10μs分别代表分布协调功能帧间间隔与短帧间间隔，δ代表单程传播时延，DATA代表数据包传输时间，HEADER和ACK分别代表头帧的开销与ACK帧的开销；(6)每个时帧周期结束时，临近空间网络根据计算出的最优时帧分配参数β自适应地调整控制时帧与数据时帧的长度，并保持时间同步。