一种链路接入方法及装置与流程

1.本技术属于无线通信技术领域，尤其涉及一种链路接入方法及装置。


背景技术：

2.链路接入是实现网络高效分配链路资源的关键技术之一，为满足网络低时延和高传输成功率需求，基于统计优先级的多址接入(statistic priority
‑
based multiple access，spma)借助跳时跳频技术，根据信道负载统计值进行业务的接入判断。
3.然而spma技术存在如下问题：一是在负载统计的实时性和准确度方面，传统的物理层负载统计在时间周期t内进行统计并上报链路层，在信道流量快速发生变化时不能及时响应，进而影响高优先级业务的传输时延和成功率；二是不同优先级业务接入判决时阈值设置影响高优先级数据传输成功率，传统针对多个业务分别设置固定阈值，不能在高优先级业务传输成功率下降时，降低业务的接入量，导致高优先级数据的传输成功率下降。


技术实现要素：

4.为了解决相关技术中高优先级业务的传输时延和成功率受到影响，以及高优先级数据的传输成功率下降问题，本技术提供一种链路接入方法及装置，所述技术方案如下：
5.第一方面，提供一种链路接入方法，所述方法包括：
6.根据对业务消息封装后得到的数据帧的优先级将数据帧入队到对应优先级队列中；
7.判断优先级队列中的数据帧的等待时间是否超时；
8.当数据帧的等待时间不超时时，将预先计算的实时负载统计值与该数据帧优先级对应的负载阈值进行比较；
9.当计算的实时负载统计值不大于负载阈值时，将数据帧接入链路；
10.其中，实时负载统计值是根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定的，且所述统计窗口大小可变；最高优先级对应的负载阈值为系统最大允许同时接入负载值；第一优先级对应的负载阈值是根据第一优先级的负载阈值系数确定的，第一优先级的负载阈值系数是根据接入成功率和最高优先级与次高优先级对应负载阈值之间的最小差值确定的；所述第一优先级为除最高优先级以外的优先级。
11.进一步地，所述方法还包括：
12.当计算的实时负载统计值大于负载阈值时，针对数据帧执行退避操作，待退避操作执行完后返回继续执行超时判断操作。
13.进一步地，所述方法还包括：
14.计算链路层负载统计值；
15.根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定实时负载综合值。
16.进一步地，所述方法还包括：
17.计算数据帧优先级对应的负载阈值。
18.其中，所述计算数据帧优先级对应的负载阈值，包括：
19.将系统最大允许同时接入负载值作为最高优先级对应的负载阈值；
20.根据接入成功率确定第一优先级的负载阈值系数；
21.统计上一个周期t中各优先级数据帧分别传输的数量对应的负载值；
22.根据最高优先级对应的负载阈值、第一优先级的负载阈值系数以及各优先级数据帧分别传输的数量对应的负载值得到数据帧除最高优先级以外的各优先级对应的负载阈值。
23.其中，所述计算链路层负载统计值，包括：
24.统计链路层传输的数据帧的数量m，链路层传输的数据帧包括发送到物理层的数据帧或从物理层接收的数据帧；
25.将所述数量m转化为对应的突发数m
×
m；
26.将所述突发数m
×
m作为所述链路层负载统计值u
mac
(t)，其中，一个数据帧相当于m个物理层突发，统计时刻是以t0 t为起点，以δt为链路层统计时长，δt在0～t之间变化，m≥1，t为物理层统计周期，t0为任一时刻。
27.其中，所述根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定实时负载综合值，包括：
28.按照负载综合值计算公式，根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定t
′
时刻的实时负载综合值u
out
(t
′
)，
29.所述负载综合值计算公式为：
[0030][0031]
其中，所述λ是物理层负载调节系数，μ是链路层负载调节系数，λ的变化规律服从μ的变化规律服从
[0032]
所述u
phy
(nt)是物理层第n次以周期t上传的突发数；
[0033]
所述t δt是物理层和链路层负载统计的总时间，链路层统计时长δt为0～t，统计窗口大小t δt在t～2t之间变化。
[0034]
其中，所述根据最高优先级对应的负载阈值、第一优先级的负载阈值系数以及各优先级数据帧分别传输的数量对应的负载值得到数据帧除最高优先级以外的各优先级对应的负载阈值，包括：
[0035]
根据第一阈值计算公式计算次高优先级对应的负载阈值f1(x1(t),n0(t),t)，所述第一阈值计算公式为：
[0036]
f1(x1(t),n0(t),t)＝f0‑
x1(t)n0(t)，
[0037]
所述f0为最高优先级对应的负载阈值，x1(t)为次高优先级的负载阈值系数，当检测到节点的接入成功率低于限度ε时，x1(t)>1，当检测到节点的接入成功率不低于限度ε时，x1(t)<＝1，ε≥0.99；当n0(t)<ν
′
时，令n0(t)＝ν
′
，所述ν
′
为最高优先级与次高优先级对应负载阈值之间的最小差值。
[0038]
根据第二阈值计算公式计算第二优先级对应的负载阈值f
i
(x
i
(t),n
j
(t),t)，i>1，所述第二阈值计算公式为：
[0039][0040]
x
i
(t)为第二优先级的负载阈值系数，x
i
(t)＝1，n
j
(t)为上一个周期t中各优先级数据帧分别传输的数量w
j
(t)对应的负载值，n
j
(t)＝w
j
(t)
×
m，所述第二优先级为除最高优先级和次高优先级以外的优先级。
[0041]
进一步地，所述方法还包括：
[0042]
接收网络层下传的业务消息；
[0043]
确定业务消息的优先级；
[0044]
将业务消息封装成数据帧。
[0045]
第二方面，提供一种链路接入装置，所述装置包括：
[0046]
入队模块，用于根据对业务消息封装后得到的数据帧的优先级将数据帧入队到对应优先级队列中；
[0047]
调度模块，用于：
[0048]
判断优先级队列中的数据帧的等待时间是否超时；
[0049]
当数据帧的等待时间不超时，将预先计算的实时负载统计值与该数据帧优先级对应的负载阈值进行比较；
[0050]
当计算的实时负载统计值不大于负载阈值时，将数据帧接入链路；
[0051]
其中，实时负载统计值是根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定的，且所述统计窗口大小可变；最高优先级对应的负载阈值为系统最大允许同时接入负载值；第一优先级对应的负载阈值是根据第一优先级的负载阈值系数确定的，第一优先级的负载阈值系数是根据接入成功率和最高优先级与次高优先级对应负载阈值之间的最小差值确定的；所述第一优先级为除最高优先级以外的优先级。
[0052]
本技术提供一种基于窗长可变的跨层负载统计和自适应动态阈值设计的高可靠低时延链路接入方法及装置，在信道流量快速变化的条件下，通过跨层融合物理层和链路层负载统计值，提升负载统计值的准确度，大幅降低高优先级业务快速接入的时间；在高优先级业务传输成功率下降时，通过动态调整阈值减小较低优先级业务接入量，实现高优先级业务99％一次接入成功率。本技术可用于机载武器协同控制网络，满足该网络中的时敏目标打击传输要求。
附图说明
[0053]
图1为本技术实施例提供的一种链路接入方法的流程图；
[0054]
图2为本技术实施例提供的一种负载实时值图；
[0055]
图3为本技术实施例提供的一种负载均值图；
[0056]
图4为本技术实施例提供的一种高优先级负载阈值接入时延对比图；
[0057]
图5为本技术实施例提供的一种高优先级负载阈值接入成功率对比图；
[0058]
图6为本技术实施例提供的一种装置框架图。
具体实施方式
[0059]
下面通过具体的实施方式和附图对本技术作进一步详细说明。
[0060]
图1为本技术提供的一种链路接入方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
[0061]
步骤110、根据对业务消息封装后得到的数据帧的优先级将数据帧入队到对应优先级队列中。
[0062]
步骤120、判断优先级队列中的数据帧的等待时间是否超时。
[0063]
步骤130、当数据帧的等待时间不超时时，将预先计算的实时负载统计值与该数据帧优先级对应的负载阈值进行比较。
[0064]
步骤140、当计算的实时负载统计值不大于负载阈值时，将数据帧接入链路；
[0065]
其中，实时负载统计值是根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定的，且统计窗口大小可变；最高优先级对应的负载阈值为系统最大允许同时接入负载值；第一优先级对应的负载阈值是根据第一优先级的负载阈值系数确定的，第一优先级的负载阈值系数是根据接入成功率和最高优先级与次高优先级对应负载阈值之间的最小差值确定的；第一优先级为除最高优先级以外的优先级。
[0066]
本技术还提供的一种链路接入方法，该方法可以包括如下步骤：
[0067]
步骤210、接收网络层下传的业务消息。
[0068]
步骤220、确定业务消息的优先级；
[0069]
业务消息是指网络层传输的数据。
[0070]
步骤230、将业务消息封装成数据帧；
[0071]
数据帧是指链路层传输的数据，通过将业务消息封装而成。
[0072]
步骤240、根据对业务消息封装后得到的数据帧的优先级将数据帧入队到对应优先级队列中；
[0073]
不同优先级的数据帧对应不同的优先级队列，较高优先级队列相对较低优先级队列具有优先出队的权利，且单个队列中数据帧服从先入先出规则。
[0074]
步骤250、计算链路层负载统计值；
[0075]
步骤260、根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定实时负载综合值；
[0076]
其中，对于步骤250和步骤260，步骤250中计算链路层负载统计值，包括：
[0077]
统计链路层传输的数据帧的数量m，链路层传输的数据帧包括发送到物理层的数据帧或从物理层接收的数据帧；
[0078]
将数量m转化为对应的突发数m
×
m；
[0079]
将突发数m
×
m作为链路层负载统计值u
mac
(t)，其中，一个数据帧相当于m个物理层突发，统计时刻是以t0 t为起点，以δt为链路层统计时长，δt在0～t之间变化，m≥1，t为物理层统计周期，t0为任一时刻。
[0080]
步骤260中，根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定实时负载综合值，包括：
[0081]
按照负载综合值计算公式，根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定t
′
时刻的实时负载综合值u
out
(t
′
)，
[0082]
负载综合值计算公式为：
[0083][0084]
其中，λ是物理层负载调节系数，μ是链路层负载调节系数，λ的变化规律服从μ的变化规律服从
[0085]
u
phy
(nt)是物理层第n次以周期t上传的突发数；
[0086]
t δt是物理层和链路层负载统计的总时间，链路层统计时长δt为0～t，统计窗口大小t δt在t～2t之间变化。
[0087]
步骤270、计算数据帧优先级对应的负载阈值；
[0088]
其中，步骤270中计算数据帧优先级对应的负载阈值，包括：
[0089]
1)将系统最大允许同时接入负载值作为最高优先级对应的负载阈值；
[0090]
2)根据接入成功率确定第一优先级的负载阈值系数；
[0091]
3)统计上一个周期t中各优先级数据帧分别传输的数量对应的负载值；
[0092]
4)根据最高优先级对应的负载阈值、第一优先级的负载阈值系数以及各优先级数据帧分别传输的数量对应的负载值得到数据帧除最高优先级以外的各优先级对应的负载阈值。
[0093]
其中，4)中根据最高优先级对应的负载阈值、第一优先级的负载阈值系数以及各优先级数据帧分别传输的数量对应的负载值得到数据帧除最高优先级以外的各优先级对应的负载阈值，包括：
[0094]
根据第一阈值计算公式计算次高优先级对应的负载阈值f1(x1(t),n0(t),t)，第一阈值计算公式为：
[0095]
f1(x1(t),n0(t),t)＝f0‑
x1(t)n0(t)，
[0096]
f0为最高优先级对应的负载阈值，x1(t)为次高优先级的负载阈值系数，当检测到节点的接入成功率低于限度ε时，x1(t)>1，当检测到节点的接入成功率不低于限度ε时，x1(t)<＝1，ε≥0.99；当n0(t)<ν
′
时，令n0(t)＝ν
′
，ν
′
为最高优先级与次高优先级对应负载阈值之间的最小差值。
[0097]
根据第二阈值计算公式计算第二优先级对应的负载阈值f
i
(x
i
(t),n
j
(t),t),i>1，第二阈值计算公式为：
[0098][0099]
x
i
(t)为第二优先级的负载阈值系数，x
i
(t)＝1，n
j
(t)为上一个周期t中各优先级数据帧分别传输的数量w
j
(t)对应的负载值，n
j
(t)＝w
j
(t)
×
m，第二优先级为除最高优先级和次高优先级以外的优先级；
[0100]
在本实施例中，步骤270和步骤260可以并行执行，本技术对这两步骤的顺序不做限定。
[0101]
步骤280、判断优先级队列中的数据帧的等待时间是否超时。
[0102]
步骤290、当数据帧的等待时间不超时时，将预先计算的实时负载统计值与该数据帧优先级对应的负载阈值进行比较；
[0103]
当数据帧的等待时间超时，清除该数据帧，并继续从队列中取出数据帧，直到数据
帧未超时，进行负载统计值和负载阈值的计算与判断。
[0104]
步骤300、当计算的实时负载统计值不大于负载阈值时，将数据帧接入链路。
[0105]
步骤310、当计算的实时负载统计值大于负载阈值时，针对数据帧执行退避操作，待退避操作执行完后返回继续执行超时判断操作；
[0106]
退避操作指的是等待一段时间。
[0107]
本技术提供一种基于窗长可变的跨层负载统计和自适应动态阈值设计的高可靠低时延链路接入方法及装置，在信道流量快速变化的条件下，通过跨层融合物理层和链路层负载统计值，提升负载统计值的准确度，大幅降低高优先级业务快速接入的时间；在高优先级业务传输成功率下降时，通过动态调整阈值减小较低优先级业务接入量，实现高优先级业务99％一次接入成功率。本技术可用于机载武器协同控制网络，满足该网络中的时敏目标打击传输要求。
[0108]
在本技术实施的参数环境下，本技术可达到以下效果：
[0109]
1、窗长可变的跨层负载统计模型通过综合跨层负载信息，提高了负载统计的实时性和准确度，与传统负载统计相比，统计值更接近于实际，如图2和图3所示，横轴是时间，纵轴是负载值，两幅图都对比了实际负载、传统负载统计和本技术的负载统计，图2显示，传统负载统计的值大部分时候都低于实际负载，本技术的负载统计值大部分都在实际负载值附近，图3显示，本技术的负载值更接近实际负载均值；
[0110]
2、基于加权的自适应动态阈值设计模型在本技术仿真条件下，即生成的数据总量比较多，单个优先级业务量低于系统服务能力，但是整体业务量超出系统服务范围时，与固定阈值下的spma相比，本技术(动态阈值)通过奖惩机制动态调整阈值，在最高优先级业务成功率降低时减小较低业务阈值来降低其接入量，使得最高优先级业务传输成功率始终保持在99％以上，如图4所示，优先级0为最高优先级，横轴为系统的包生成速率，纵轴为时延，在包生成速率为120时固定阈值下传输成功率降低到99％以下；而且，本技术大幅降低了最高优先级业务快速接入的时间，如图5所示，横轴为系统的包生成速率，纵轴为时延，本技术接入时延更低，这里的时延不包括传播时延。
[0111]
本技术提供一种链路接入装置，如图6所示，装置包括：
[0112]
入队模块，用于根据对业务消息封装后得到的数据帧的优先级将数据帧入队到对应优先级队列中；
[0113]
调度模块，用于：
[0114]
判断优先级队列中的数据帧的等待时间是否超时；
[0115]
当数据帧的等待时间不超时，将预先计算的实时负载统计值与该数据帧优先级对应的负载阈值进行比较；
[0116]
当计算的实时负载统计值不大于负载阈值时，将数据帧接入链路；
[0117]
其中，实时负载统计值是根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定的，且统计窗口大小可变；最高优先级对应的负载阈值为系统最大允许同时接入负载值；第一优先级对应的负载阈值是根据第一优先级的负载阈值系数确定的，第一优先级的负载阈值系数是根据接入成功率和最高优先级与次高优先级对应负载阈值之间的最小差值确定的；第一优先级为除最高优先级以外的优先级。
[0118]
装置还包括：窗长可变的跨层负载统计模块和基于加权的自适应动态阈值设计模
块，
[0119]
其中，窗长可变的跨层负载统计模块用于：
[0120]
计算链路层负载统计值；
[0121]
根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定实时负载综合值。
[0122]
其中，计算链路层负载统计值，包括：
[0123]
统计链路层传输的数据帧的数量m，链路层传输的数据帧包括发送到物理层的数据帧或从物理层接收的数据帧；
[0124]
将数量m转化为对应的突发数m
×
m；
[0125]
将突发数m
×
m作为链路层负载统计值u
mac
(t)，其中，一个数据帧相当于m个物理层突发，统计时刻是以t0 t为起点，以δt为链路层统计时长，δt在0～t之间变化，m≥1，t为物理层统计周期，t0为任一时刻。
[0126]
根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定实时负载综合值，包括：
[0127]
按照负载综合值计算公式，根据链路层负载统计值、物理层负载统计值和统计窗口大小确定t
′
时刻的实时负载综合值u
out
(t
′
)，
[0128]
负载综合值计算公式为：
[0129][0130]
其中，λ是物理层负载调节系数，μ是链路层负载调节系数，λ的变化规律服从μ的变化规律服从
[0131]
u
phy
(nt)是物理层第n次以周期t上传的突发数；
[0132]
t δt是物理层和链路层负载统计的总时间，链路层统计时长δt为0～t，统计窗口大小t δt在t～2t之间变化。
[0133]
基于加权的自适应动态阈值设计模块用于：
[0134]
计算数据帧优先级对应的负载阈值。
[0135]
基于加权的自适应动态阈值设计模块具体用于：
[0136]
1)将系统最大允许同时接入负载值作为最高优先级对应的负载阈值；
[0137]
2)根据接入成功率确定第一优先级的负载阈值系数；
[0138]
3)统计上一个周期t中各优先级数据帧分别传输的数量对应的负载值；
[0139]
4)根据最高优先级对应的负载阈值、第一优先级的负载阈值系数以及各优先级数据帧分别传输的数量对应的负载值得到数据帧除最高优先级以外的各优先级对应的负载阈值。
[0140]
其中，4)中根据最高优先级对应的负载阈值、第一优先级的负载阈值系数以及各优先级数据帧分别传输的数量对应的负载值得到数据帧除最高优先级以外的各优先级对应的负载阈值，包括：
[0141]
根据第一阈值计算公式计算次高优先级对应的负载阈值f1(x1(t),n0(t),t)，第一
阈值计算公式为：
[0142]
f1(x1(t),n0(t),t)＝f0‑
x1(t)n0(t)，
[0143]
f0为最高优先级对应的负载阈值，x1(t)为次高优先级的负载阈值系数，当检测到节点的接入成功率低于限度ε时，x1(t)>1，当检测到节点的接入成功率不低于限度ε时，x1(t)<＝1，ε≥0.99；当n0(t)<ν
′
时，令n0(t)＝ν
′
，ν
′
为最高优先级与次高优先级对应负载阈值之间的最小差值。
[0144]
根据第二阈值计算公式计算第二优先级对应的负载阈值f
i
(x
i
(t),n
j
(t),t)，第二阈值计算公式为：
[0145][0146]
x
i
(t)为第二优先级的负载阈值系数，x
i
(t)＝1，n
j
(t)为上一个周期t中各优先级数据帧分别传输的数量w
j
(t)对应的负载值，n
j
(t)＝w
j
(t)
×
m，第二优先级为除最高优先级和次高优先级以外的优先级。
[0147]
在本实施例中，窗长可变的跨层负载统计模块和基于加权的自适应动态阈值设计模块可以并行执行对应的操作。
[0148]
以上仅表达了本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。