[发明专利]一种实现航空自组网MAC协议的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明属于航空电子信息的无线自组织网络技术，是一种针对高负载航空数据链组网环境基于多业务QoS保证的媒体接入控制(MAC)协议的实现方法，应用于航空无线数据链组网领域。

技术背景

作为航空协同数据链未来的发展方向，航空自组网(Aeronautical Ad Hoc Network,AANET)创造性地将移动自组网应用于航空飞行器之间，使其能够互相分发地面指控信息和空中感知信息。航空自组网网内所有节点地位平等，共享同一个无线传输信道。网络分层中MAC层的作用为控制多个节点合理高效地使用有限的无线信道资源。MAC协议的好坏直接影响到网络吞吐量、时延等系统性能指标的优劣，在航空自组网的研究中具有重要地位。

为适应未来战场快速、高效、抗毁性强的空天地一体化作战信息平台需求，国家在航空无线数据链组网领域进行了大力的投入，发展具有自主知识产权的无线数据链组网领域中的各项技术成为目前和未来数年中国内各相关研究机构的重要任务。在无线数据链组网领域中，结合航空无线网络环境和网络业务传输需求的MAC协议设计是关键一环，基于多业务QoS保证的MAC协议更是能有助于提高整个无线组网系统的效能。结合多优先级业务QoS保证退避机制以及分布式接入请求判决机制的MAC层处理技术可保证高优先级业务低时延、高可靠传输的同时，充分利用信道传输能力，尽量保证低优先级业务传输，对于确保无线通信数据链组网的可靠性及有效性起到重要作用。

为适应实际应用需求，接入时延和传输吞吐量是行业内对于该技术方向的两个核心要求，前者需重点分析本技术所采用的核心处理流程中待处理业务传 输中协议处理时间以及退避重传时间对组网通信效能产生的影响。后者主要考量接入协议设计能否高效利用有限的传输带宽，维持较高的网络吞吐量。目前，国内针对航空无线通信数据链组网的MAC协议设计领域的研究和应用还远未成熟。而国外相关领域的研究和应用目前主要集中在基于时分体制或基于多业务优先级统计接入协议的相关设计上。时分体制信道利用率不高，基于多业务优先级统计接入协议信道忙闲程度统计模式单一，回退算法设计及业务接入判决条件单一，在业务高负载、节点高密度网络环境下，会导致网络迅速拥塞恶化。

近年来国家在发展航空数据链组网的大力投入与目前我国在该领域很多技术还相对落后，是国内相关研究机构迫切需要解决的矛盾之一。而如何打破国外在该领域技术上的垄断，通过自主创新，提升我国在航空无线组网关键技术领域的综合实力，是促使我们进行研究的主要激励。

发明内容

为了解决航空无线组网MAC协议设计面临的多类业务信道竞争能力差异化需求、接入时延指标要求高、业务高负载时碰撞概率高等问题，本发明的发明目的在于提供一种实现航空自组网MAC协议的方法，及实现该方法的系统，通过分布式接入请求判决机制以及QoS保证退避机制优化网络业务传输性能，提高全网共享信道利用率。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种实现航空自组网MAC协议的方法，包含以下步骤：

步骤1)、节点根据已知的邻居节点的数量，若邻居节点数量多于阈值n时则广播一个接入请求打开报文；若邻居节点数量少于阈值n时则广播一个接入请求关闭报文；

步骤2)、邻居节点收到接入请求打开报文后，在业务数据发送前，先向其通信一跳节点发送接入请求报文；

步骤3)、通信一跳节点接收到接入请求报文后，并能够正确解码，则在下一帧的接入响应中回复接入请求确认报文，通知允许发送的邻居节点；

步骤4)、邻居节点收到通信一跳节点接入请求确认报文后进入业务数据发送流程。

进一步，所述步骤3)还包含当通信一跳节点接收到的接入请求报文超过n个，通信一跳节点根据请求的数据类型综合判断允许接入的节点，先允许具有QoS级别较高业务节点的数据发送请求。

进一步，所述业务数据发送流程包含以下步骤：

步骤5)、节点依据当前信道忙闲程度统计判断当前待发送业务是否需执行基于QoS保证回退处理，若当前信道忙闲程度统计结果高于待发送业务发送阈值，则待发送业务执行回退处理，直至信道忙闲程度统计结果低于待发送业务发送阈值，该待发送业务才允许被发送；

步骤6)、节点根据信道忙闲程度统计选择空闲信道，将多业务设计成多优先级队列组，依据待发送业务包优先级高低选择优先级队列组中相应队列，并按照先进先出的顺序将数据包装载入相应队列，待组帧后通过选择的空闲信道进行调制和射频发射。

优选地，所述基于QoS保证回退处理的方法为：