[發(fā)明專利]空分多址SDMA-SPMA多址接入系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910365505.0
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110138757B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳利平;王昭;鈕金鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所(中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所)
• 主分類號: H04L67/01
• 分類號: H04L67/01;H04W28/08;H04B17/382
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發(fā)明公開的一種空分多址SDMA?SPMA多址接入系統(tǒng)，旨在提供一種能夠提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量的接入系統(tǒng)。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：SPMA協(xié)議處理單元統(tǒng)計(jì)單位時間內(nèi)各定向接收天線收取的數(shù)據(jù)量，SDMA信號處理單元對SPMA協(xié)議處理單元發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯碼、調(diào)制和解調(diào)，向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送收發(fā)數(shù)據(jù)；各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過信道統(tǒng)計(jì)消息的交互計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，節(jié)點(diǎn)利用各自計(jì)算得到的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載查表獲取下個信道統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)本節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息的時延；網(wǎng)絡(luò)負(fù)載與信道接入時延之間的映射表通過在SPMA協(xié)議處理單元處初始化加載獲??；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周期計(jì)算網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，查詢網(wǎng)絡(luò)負(fù)載與信道接入時延映射表，得到本節(jié)點(diǎn)的信道接入時延，節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道接入時延計(jì)算消息發(fā)送時機(jī)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)接入領(lǐng)域，尤其是具有空分的多址接入SPMA多址接入系統(tǒng)且適合用于自組織網(wǎng)絡(luò)的一種多址接入技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著信息科學(xué)的發(fā)展，傳統(tǒng)集中式網(wǎng)絡(luò)不再能夠滿足及傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求。這種情況下，具有靈活性強(qiáng)、可靠性高的分布式自組織網(wǎng)絡(luò)受到極大關(guān)注。分布式自組織網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：自組織性：分布式網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是對等的，不存在負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理的中心節(jié)點(diǎn)。分布式網(wǎng)絡(luò)不需要事先進(jìn)行規(guī)劃，節(jié)點(diǎn)具有隨遇入網(wǎng)能力。分布式網(wǎng)絡(luò)允許節(jié)點(diǎn)具有高移動性，即能夠承受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目焖僮兓?；多跳路由：分布式網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都具有中繼功能，當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)不在源節(jié)點(diǎn)的一跳通信范圍內(nèi)，便需要中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多跳中繼轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸；可靠性：由于分布式網(wǎng)絡(luò)中沒有負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)管理的中心節(jié)點(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)具有高抗毀性，可靠性強(qiáng)。

媒體接入控制協(xié)議MAC是航空自組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要解決多個飛行器如何高效共享通信信道的問題，直接影響著網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、傳輸時延、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和組網(wǎng)靈活性。由于航空自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓咚賱討B(tài)變化，節(jié)點(diǎn)分布尺度較大，高空無線信道質(zhì)量較差等特殊性，其MAC協(xié)議和傳統(tǒng)地面移動自組網(wǎng)MAC協(xié)議有著較大的區(qū)別。MAC協(xié)議控制節(jié)點(diǎn)如何接入無線信道，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時請求接入信道時，MAC協(xié)議就必須制定一種合理的機(jī)制來保證多節(jié)點(diǎn)競爭同一信道時接入的有效性。MAC協(xié)議描述了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)接入信道時需要遵守的規(guī)則，對于網(wǎng)絡(luò)資源的合理、高效、公平利用至關(guān)重要。航空自組網(wǎng)是在特殊環(huán)境下建立起來的ＭANET，它具有傳統(tǒng)MANET多跳、自組織、自修復(fù)的特點(diǎn)和臨時快速組網(wǎng)的優(yōu)勢，也存在暴露終端，隱藏終端，無線帶寬有限，鏈路脆弱，ＱｏＳ很難保證等問題，由于其特殊的應(yīng)用場合，在設(shè)計(jì)MAC協(xié)議時，需要考慮更多的問題。飛行器節(jié)點(diǎn)分布的大尺度性和稀疏性，在航空自組網(wǎng)中，飛行器節(jié)點(diǎn)分布范圍十分廣闊，可能導(dǎo)致信道質(zhì)量分布的不均勻；節(jié)點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)，單跳通信半徑可達(dá)數(shù)百公里，傳播時延較大；節(jié)點(diǎn)分布稀疏，密度較小，可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無法連通；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母咚賱討B(tài)變化，飛行器不斷高速地加入或退出網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜屯ㄐ沛溌房焖賱討B(tài)變化，可能使得網(wǎng)絡(luò)連通受限，在設(shè)計(jì)MAC協(xié)議時，需要考慮使用更多的通信資源來傳輸控制信息，快速建立通信鏈路。無線信道不穩(wěn)定和不均勻，航空自組網(wǎng)主要采用ＶＨＦ頻段進(jìn)行視距通信，電磁波繞射能力較弱，信號傳輸容易受飛機(jī)機(jī)身和地形的影響，空空通信中，飛機(jī)的高速運(yùn)動，信道質(zhì)量受多普勒頻移影響較大，地空通信中由于直射波和地面的反射波的疊加，還存在顯著的多徑衰落節(jié)點(diǎn)差異性。航空自組網(wǎng)中存在多種不同類型的節(jié)點(diǎn)，航空業(yè)務(wù)的多樣性，不同的業(yè)務(wù)對傳輸時延、吞吐量等性能指標(biāo)有著不同的要求，視頻類業(yè)務(wù)對吞吐量和時延有著較高的要求，在航空節(jié)點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，無線鏈路不佳的情況下要求MAC協(xié)議對這些不同的業(yè)務(wù)能夠提供相應(yīng)的ＱｏＳ支持。航空自組網(wǎng)采用分布式控制、無網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)、具有很強(qiáng)的臨時性，比一般無線網(wǎng)絡(luò)更容易受安全方面的威脅。這要求MAC協(xié)議具有一定的抗干擾功能以實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議在考慮上述眾多問題的同時，還要求能處理較重的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，保證端到端傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量，因此不能直接使用地面移動自組網(wǎng)的MAC協(xié)議。MAC協(xié)議側(cè)重于傳輸?shù)目煽啃?、公平性和穩(wěn)定性，但分組接入等待時延大，組網(wǎng)不夠靈活，動態(tài)時分多址TDMA的出現(xiàn)一定程度上改善了入網(wǎng)退網(wǎng)的靈活性，但工程實(shí)現(xiàn)難度較大?；陔S機(jī)競爭接入的MAC協(xié)議能提供低的接入時延、維持較大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和具有動態(tài)組網(wǎng)能力，這些特征符合未來航空通信的需求，但在ＱｏＳ保障、公平性和穩(wěn)定性上有著天然的不足。航空自組網(wǎng)MAC協(xié)議的發(fā)展趨勢：一是采用多信道和多天線機(jī)制，多個信道同時進(jìn)行通信，可以有效解決隱藏終端和暴露終端的問題，物理上消除控制分組和傳輸分組的碰撞。各節(jié)點(diǎn)配置多個天線，可以和多個節(jié)點(diǎn)同時進(jìn)行通信，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、傳輸效率和服務(wù)質(zhì)量。