技术摘要：
一种自组织网络下基于跳频跳时图案的信道状态判断方法，属于无线网络通信领域。本发明是为了解决在降低时延和提高吞吐量的同时降低算法复杂度的问题。本发明针对全连通自组织网络，物理层采用跳频跳时技术进行发送，共提供m个频点；基于无重叠的跳频跳时图案，预先为每  全部
背景技术：
随着万物互联时代的到来，无线数据量迅猛增长，对不同业务数据传输的要求也 日益提高。在战场、救灾现场等时延要求较高的环境下中，自组织网络由于易部署、无依赖 性、灵活性强等巨大优势受到广泛关注，尤其是网络接入控制方面，为节点不同业务服务质 量和平均端到端时延提供保证。但是传统接入控制方式比如分配类协议TDMA和随机接入控 制CSMA/CA无法满足时延要求和不同业务优先级服务质量，美军最新一代数据链(Tactical  Targeting  Network  Technology ,TTNT)中基于统计优先级接入协议(Statistical  Priority-based  Multiple  Access,SPMA)技术具有突破性优势，但是由于技术细节的保密 也为后续研究带来了不少未知和挑战。 目前也有一些学者和专家对此展开了研究，也取得了一些成果，普遍都是为了实 时响应不同优先级业务的传输要求，网络各层协议不断改进，参考统计优先级协议的方法， 自组织网络下物理层采用跳频跳时传输技术联合脉冲发送机制，将拆分后的物理脉冲映射 到预先设计好的无重叠的时频矩阵中，使得网络中各节点分配到足够的图案数，实现一发 多收。 在数据链路层在跳频跳时基础上的业务传输过程中，可以在一定程度上保证各业 务的服务质量，但是现有保证低时延的方法的复杂度非常高，不仅降低了业务效率，而且运 算开销也比较大。还有就是目前方法的时延有待于进一步降低，吞吐量还有待于进一步提 高。
技术实现要素：
本发明主要是为了解决在降低时延和提高吞吐量的同时降低算法复杂度的问题。 一种自组织网络下基于跳频跳时图案的信道状态判断方法，包括以下步骤： 针对全连通自组织网络，物理层采用跳频跳时技术进行发送，共提供m个频点；基 于无重叠的跳频跳时图案，预先为每个节点固定分配q个图案，节点的发送和接收以图案为 单位；每个图案对应一个时频矩阵，将拆分的物理脉冲映射到时频矩阵中，得到物理脉冲的 发送形式，并根据信道负载状态决定是否发送：当信道负载统计值小于优先级阈值时，信道 状态为轻载，可以进行发送；否则信道过载，节点退避； 所述信道负载统计是根据节点的载波检测能力在统计周期内检测同一时间内是 否有新的脉冲到达并占用与发送图案脉冲中相同的频率确定的，若检测到则视为信道忙， 将此时帧周期标记为1，否则信道空闲；重复这一过程，统计T时间内所占用的总时帧数，计 算得出每一套图案的负载统计值； 所述优先级阈值是基于数据分组发送成功概率，根据不同优先级业务发送成功概 5 CN 111556528 A 说　明　书 2/8 页 率确定的网络最大容纳节点数确定的。 进一步地，所述将拆分的物理脉冲映射到时频矩阵的过程包括以下步骤： 对于一个数据分组，完整传输需要的时间为Tp，将其拆分为n个持续时间为tp的物 理脉冲，则发送占空比为 发送时，节点将n个物理脉冲与时频矩阵一一对应； 进一步地，所述时频矩阵的生成过程如下： 第一步，将有限域G(p)中非零元素升序排列，得到长度为p-1的码元集合G＝{1 , 2,...,p-1}；p为一个素数，满足n 1≤p≤m 1； 第二步，将上述码元同乘u，1≤u≤p-1，并作取余运算mod(p)，得到无重叠跳频序 列；u是一个数； 第三步，截取序列的前n列，得到跳频矩阵，矩阵大小为(p-1)*n； 第四步，将跳频矩阵扩展成Ns*n矩阵，其中Ns≥q*N为图案总数； 第五步，将最终的跳频矩阵分配到时隙中，保证同一个时隙所占用的频点不同，时 隙个数 第六步，生成时频矩阵并随机打乱，时频矩阵的数字代表所占用的频点索引。 进一步地，所述跳频跳时图案是按照组网要求提前设计好的，并以固定分配的方 式分配给网络中节点。 进一步地，所述信道负载统计的具体过程，包括以下步骤： 在时分而不同步时，每个节点在物理层依据载波检测能力分别检测同一时间内是 否有新到达的脉冲占用与发送图案脉冲中相同的频率；按时间和频率键值对来记录自己的 图案： {t0,f0,t1,f1…tn-1,fn-1}   (1) 其中，t0表示时帧开始时间，t1～tn-1表示各个脉冲相对于t0的开始时间，f0～fn-1 表示图案中脉冲占用的不同频点； 设置定时器时间长度为一帧，在一帧内逐个脉冲检测新到达的脉冲时间与频率是 否发生重叠，若检测到重叠，则信道忙，更新信道负载；否则信道空闲，等待下一个脉冲，直 到一帧内所有脉冲统计完成后更新负载： 判断重叠的条件是：新脉冲频点与图案中脉冲占用频点相同，同时新脉冲到达时 间与图案中脉冲时间上有交叉，假设新脉冲达到时间为tj，图案中脉冲时间起点为ti： (t0 ti)＜tj＜(t0 ti tp)   (2) 为了获取信道负载统计值，需要建立时间间隔为T的统计周期，逐帧统计并更新， 统计被占用的时帧数为tocp，总时帧数为 计算信道占用率ηocp即信道负载统计 值： 进一步地，所述优先级阈值ηth＝Tδ*N/m。 6 CN 111556528 A 说　明　书 3/8 页 进一步地，所述优先级阈值确定的具体过程，包括以下步骤： 网络中有N个节点，设置时帧长度为Tp，物理层提供m个频点，数据包拆分为n个持 续时间为tp的物理脉冲，则发送占空比 假设脉冲到达的时间分别为tj，j＝1 , 2,...,n，则时间碰撞的条件是 |tj-ti|＜Tp*Tδ   (4) 以节点1为例，当N个节点同时接入信道时，节点1与其他节点发生碰撞的概率为时 间碰撞概率与频率碰撞概率乘积： 其中，Vi为节点的时间约束区域； 脉冲碰撞概率达的最大值为： 其中， 中C表示数学中的组合运算； 考虑物理层的编码纠错能力，当接收到的碰撞脉冲数在纠错能力范围内则可以被 成功译出，即数据被分为n个脉冲，当接收到大于等于接收最小脉冲数nmin时认为数据发送 成功，则发送成功概率为： 其中，P n-icmax 为Pcmax的n-i次方； 基于无重叠的跳频跳时图案，n个节点同时接入网络可以最大程度的占用信道，此 时信道负载最大，即有限制阈值值ηth为： 其中，Ln为系统负载，R为节点发送速率； 根据不同优先级的数据包发送成功概率要求和公式(7)得到网络最大容纳的节点 数N，进而根据式(8)得到优先级阈值。 有益效果： 本发明提出一种自组织网络下基于跳频跳时图案的信道状态判断方法。主要目的 是在自组织网络下利用信道负载状态判断方法控制不同优先级业务的发送，降低时延和提 高系统吞吐量。本发明通过比较负载值与优先级阈值的大小判断信道是否过载，尽可能满 足不同业务的服务质量。与现有的负载统计方法和阈值设置方法相比，负载统计更具实时 性和准确性，阈值设置结合跳频跳时图案大幅度减少碰撞，从而使得吞吐量提高，并且本发 明在系统性能和计算复杂度之间达到良好的兼顾。 7 CN 111556528 A 说　明　书 4/8 页 附图说明 图1为一种基于跳频跳时图案的信道状态判断方法的流程示意图； 图2为基于图案的信道负载统计流程示意图； 图3为提出的跳频跳时图案； 图4为跳频跳时图案对应的时频矩阵； 图5是在图4的条件下，物理脉冲发生碰撞概率随网络接入节点数的变化示意图； 图6与图5条件相同，数据分组发送成功概率随系统负载和网络接入节点数的变化 示意图。