[发明专利]基于分级冗余机制的低时延信令、数据无线传输方法

说明书

本发明公开了一种基于分级冗余机制的低时延信令、数据无线传输方法，利用不同差错控制技术的实时性差异和容错能力差异，合理安排数据处理时间及信息发送时间，在最大允许时延窗口内，发送多个含有相同有效信息，实时性递减、容错能力递增的数据报文，尽可能的降低数据首次正确接收的时延。本发明可用于高实时性系统中的信令传输，实现微秒到毫秒级延迟的实时信令数据传输。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于分级冗余机制的低时延信令、数据无线传输方法。

背景技术

机电控制系统中，主控设备需要实时获取系统状态参数并发出控制指令对可控器件进行微调以保证系统稳定运行。飞行控制等实时性要求很高的系统则对信令数据高可靠低时延传输提出了更高的要求，需要传输延迟低于10毫秒甚至5毫秒以下以保证系统稳定性。

有线电缆传输方案信道环境稳定、可靠性高，然而电缆有自重距离相关、易缠绕、布设复杂、扩展能力差等缺点，难以应用于视距飞行器控制、分布式控制等领域。

无线数据传输方案重量轻、灵活性好、布设简单、可扩展性好的特点，十分适用于分布式机电控制、微机电控制、飞行器控制等领域。然而由于无线信道具有广播特性和时变特性，其信道可靠性差，需要采用数据冗余技术(纠错码)或差错控制协议来提升数据传输的可靠性，将不同程度的引入额外的通信时延和处理时延。基于差错控制协议传输方案一般采用超时重发及反馈确认机制，其传输时延难以确定，无法保证数据传输的实时性，例如蓝牙技术点对点传输的时延在15毫秒到80毫秒波动；基于前向纠错机制的传输方法能够保证数据传输时延稳定，但纠错码需要按照最差误码情况设计，会引入额外的纠错码编解码处理时延，降低了系统的实时性；基于扩频技术的传输方法可由硬件完成扩频，点对点通信时延能够逼近直接数据传输时延，然而单纯采用扩频技术的传输方法的传输可靠性难以保证。

综上所述，在低时延信令无线传输方面，现有反馈重传技术、前向纠错技术和扩频技术存在时延抖动大、编码周期长以及可靠性不足的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分级冗余机制的低时延信令、数据无线传输方法，解决了现有技术中反馈重传技术、前向纠错技术和扩频技术存在时延抖动大、编码周期长以及可靠性不足存的问题，保证可靠性的前提下尽可能降低无线信令的传输时延。

本发明所采用的技术方案是，基于分级冗余机制的低时延信令、数据无线传输方法，具体按照以下步骤进行：

步骤S1、无线设备确定无线数据的目标最大传输时延T和目标最大丢包率P，生成差错控制方法集合，遍历采用取出放回方式从差错控制方法集合中取出N次差错控制方法的差错控制方法排列，将不重复的除去无差错控制方法元素的每一种差错控制方法排列组成分级冗余控制方法集合，从分级冗余控制方法集合中选择分级数最多、分级控制时延最短、丢包率最低的分级冗余控制方法作为最终分级冗余控制方法；

步骤S2、无线设备发送节点冗余发送；

步骤S3、无线设备接收节点最近接收。

进一步的，所述步骤S1还具体按照以下步骤进行：

步骤S11、无线设备确定无线数据传输的目标最大传输时延T和目标最大丢包率P；

步骤S12、选择所有可实现且传输时延小于T的差错控制方法，组成差错控制方法集合，集合元素个数记作K；

令差错控制方法集合中传输时延最小的差错控制方法所需的传输时延为t＝tc+tr，其中tc表示传输时延最小的差错控制方法的数据处理时延，tr表示传输时延最小的差错控制方法的数据发送时延，以N＝floor(T/max(tc,tr))作为最大分级级数，其中，floor(x)是向下取整函数；

将通信时延为0、丢包率为1的无差错控制方法加入差错控制方法集合，此时集合元素个数为K+1；