本發(fā)明屬于無線通信技術領域，涉及鏈路層協(xié)議或稱mac層協(xié)議。

背景技術：

在鏈路層面以“全雙工”通信為基礎實現(xiàn)的基于優(yōu)先級概率統(tǒng)計的多址接入協(xié)議spma(statisticpriority-basedmultipleaccess)，鏈路層協(xié)議或稱mac協(xié)議描述了節(jié)點接入無線信道的規(guī)則，采用合適的mac協(xié)議，能夠更合理地分配有限的無線帶寬資源，是數據鏈的關鍵技術之一。統(tǒng)計優(yōu)先級多址接入(spma)協(xié)議的大致結構如圖1所示。

協(xié)議由多個優(yōu)先級隊列、優(yōu)先級競爭回退窗口、優(yōu)先級門限、發(fā)生調度算法、信道負載統(tǒng)計、收發(fā)天線以及相應的分布式控制算法組成。spma協(xié)議可以看成csma協(xié)議的升級。csma協(xié)議中，信道只有兩種狀態(tài)，忙或閑，通過偵聽信道上的信號能量來檢測。而在spma協(xié)議中，信道可能會有多種狀態(tài)，并不是說只要有一個節(jié)點在發(fā)送數據，就判定信道為忙。spma協(xié)議是通過mac層與物理層的交互，根據信道中檢測到的脈沖數目和預先設定的閾值確定信道的占用狀態(tài)，來決定分組的發(fā)送。信道負載統(tǒng)計用來統(tǒng)計預定時間段內一個通信信道的活動等級。當高層有分組傳輸或接收到轉發(fā)分組時，分組按照一定的規(guī)則進入相應的優(yōu)先級隊列，然后由信道負載統(tǒng)計值與相應的優(yōu)先級門限進行比較，如果信道負載統(tǒng)計值低于優(yōu)先級門限，則發(fā)送分組；如果信道負載統(tǒng)計值高于優(yōu)先級門限，該優(yōu)先級分組等待一個隨機回退時間，回退時間減為零后，節(jié)點再重新檢查信道負載統(tǒng)計值進行發(fā)送。當在回退時間內有高優(yōu)先級數據到法時，回退定時器暫停，信道負載統(tǒng)計值立刻與相應高優(yōu)先級門限進行比較，來決定新到達的高優(yōu)先級分組的傳輸。信道負載統(tǒng)計決定了各優(yōu)先級的包可以即時發(fā)送還是做退避處理，從而避免或降低數據包碰撞以及重復發(fā)送過程，同時保證高優(yōu)先級的包以較低的時延和較高的接入成功率發(fā)射。因此，信道負載統(tǒng)計是否準確直接影響到spma協(xié)議的關鍵性能。

負載統(tǒng)計(也稱負載感知)的目的主要是針對不同的應用場景利用收集到的負載信息對網絡業(yè)務流進行均衡，因此針對不同的應用各有側重的采用不同的負載統(tǒng)計方法和負載判決準則。如lbar協(xié)議主要針對網絡延時要求較高的時延敏感應用，lwr協(xié)議主要考慮在網絡節(jié)點密度大、負載重的情況下仍然能夠保證網絡的穩(wěn)定，sin協(xié)議主要針對路由開銷對路由協(xié)議的可擴展性和吞吐率影響進行研究。因此，上述協(xié)議中的負載統(tǒng)計方法是分別根據相應協(xié)議設計的，無法直接搬移到spma協(xié)議中使用。

在大多數網絡協(xié)議中都會把自身負載信息加入到周期性廣播的路由消息中(如本發(fā)明中的dna消息)，從而實現(xiàn)全網的負載統(tǒng)計。但是單純使用這種方法頻繁交互周期性路由消息，必然導致較大的網絡開銷，如果交互周期太慢又無法實時感知網絡負載；熊偉等人在“一種結構化p2p協(xié)議中的自適應負載均衡方法”(軟件學報，2009)中采用一種被動式節(jié)點負載統(tǒng)計方法生成局部負載統(tǒng)計，每個節(jié)點在發(fā)送消息時，均把自身負載信息加入到消息中，這種方法雖然不會額外增加網絡中的消息數量，但是會減少發(fā)送消息中能攜帶的有效數據比特流。

此外，張定坤在“基于負載統(tǒng)計的空基自組網的接入控制算法研究”(電子科技大學碩士論文)和汪文晉在“基于競爭機制的無線自組織網絡接入控制退避算法研究”(華北電力大學碩士論文)中通過網絡中歷史數據，建立相應的流量預測模型，對節(jié)點未來一段時間內的流量負載情況進行預測，從而實現(xiàn)網絡負載統(tǒng)計。這種方法比較適用于網絡負載平穩(wěn)變化的場景，但是spma協(xié)議的網絡中節(jié)點發(fā)送數據具有很強的突發(fā)性和間歇性，當前時刻與之前某一時刻的網絡負載狀態(tài)相關性很小，難以進行準確預測。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種混合式信道負載統(tǒng)計方法，能夠降低信道沖突，保證數據發(fā)送的實時性和高優(yōu)先級數據較高的成功傳輸概率。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

(1)網絡中的各節(jié)點在每個統(tǒng)計窗口t內在每個頻點i上從物理層統(tǒng)計一次獲得脈沖計數，則節(jié)點從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計表示為

pulses_phyi(t)＝(txpulses_locali+rxpulses_locali)

其中i＝1，2，3，…，n，txpulses_locali表示本地節(jié)點在頻點i上發(fā)送的脈沖數目，rxpulses_locali表示本地節(jié)點在頻點i上接收的脈沖數目；

(2)設信道負載統(tǒng)計窗口為{t，t+1，t+2，t+3，t+4}，窗口時間段內在頻點i上從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值分別為pulses_phyi(t)、pulses_phyi(t+1)、pulses_phyi(t+2)、pulses_phyi(t+3)和pulses_phyi(t+4)，采用時間窗指數加權算法獲得負載統(tǒng)計值，則當前時刻頻點i的信道負載統(tǒng)計值為

其中，αt為對應窗口的加權值，α0≥α1≥α2≥α3≥α4，

(3)優(yōu)先級隊列n有一個數據包m請求發(fā)送，該數據包脈沖的跳頻圖案包括頻點(i,h,…,k)，則當前時刻優(yōu)先級隊列n的數據包m從物理層獲得的的信道負載統(tǒng)計值就是其所占頻點的負載統(tǒng)計值的均值，即

(4)節(jié)點為dna消息提供一組txpulses_localneti值，該值是本地節(jié)點在頻點i上發(fā)送的脈沖數目txpulses_local與其他節(jié)點在頻點i上發(fā)送的脈沖數目txpulses_neighbor之和，將其定義為頻點i上局部網絡發(fā)送脈沖數目，

txpulses_localneti＝txpulses_locali+∑jtxpulses_neighborij

其中，j＝1，2，3，…，m，表示第j個節(jié)點；

(5)將最大的局部網絡發(fā)送脈沖數目定義為全局網絡發(fā)送脈沖數目，

txpulses_globalneti＝max1≤j≤m{txpulses_localnetij}；

(6)優(yōu)先級隊列n有一個數據包m請求發(fā)送，該數據包脈沖的跳頻圖案包括頻點(i,h,…,k)，則當前時刻優(yōu)先級隊列n的數據包m從網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值就是其所占頻點的全局網絡發(fā)送脈沖數目的均值，即

pulses_netnm＝mean[txpulses_globalnet{i,h,…,k}]；

(7)將pulses_netnm和歸一化為每秒發(fā)送脈沖數目，

pps_netnm＝pulses_netnm/tdna

其中，tdna表示dna報告間隔，tlib表示跳頻/跳時庫變化間隔，即物理層統(tǒng)計窗口t的大小；

(8)pps_netnm和pps_phynm之間的差距小于容限ppsdif時，使用物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值作為標準，否則通過網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值進行校準，

其中，pps_pannm表示優(yōu)先級隊列n的數據包m從物理層和網絡層兩方面結合獲得的信道負載統(tǒng)計值，將其與相應的優(yōu)先級n門限進行比較；如果pps_pannm低于優(yōu)先級n門限，則發(fā)送數據包m；否則數據包m等待一個隨機回退時間，回退時間減為零后，節(jié)點再重新檢測信道負載統(tǒng)計值進行發(fā)送。

本發(fā)明的有益效果是：在鏈路層面以全雙工通信為基礎的基于優(yōu)先級概率統(tǒng)計的多址接入協(xié)議spma，其信道負載統(tǒng)計是否準確直接影響到spma協(xié)議的關鍵性能。信道負載統(tǒng)計決定了各優(yōu)先級的包可以即時發(fā)送還是做退避處理，從而避免或降低數據包碰撞以及重復發(fā)送過程，同時保證高優(yōu)先級的包以較低的時延和較高的接入成功率發(fā)射。

本發(fā)明主要對統(tǒng)計優(yōu)先級多址接入(spma)協(xié)議的信道占用狀態(tài)進行研究，首先研究了單獨從物理層進行信道負載統(tǒng)計和單獨從網絡層進行信道負載統(tǒng)計，這兩種方法都各有優(yōu)缺點。然后，結合這兩種方法的優(yōu)缺點，設計了一種準確的混合式信道負載統(tǒng)計方法，從物理層和網絡層兩方面對信道占用狀態(tài)進行統(tǒng)計，有效的估計實際的信道占用狀態(tài)，降低了信道沖突，保證了數據發(fā)送的實時性和高優(yōu)先級數據較高的成功傳輸概率。

附圖說明

圖1是spma協(xié)議示意圖。

圖2是spma多信道機制示意圖。

圖3是本發(fā)明的時間窗指數加權算法。

圖4是輕負載下通過物理層獲取信道負載的spma協(xié)議仿真結果圖。

圖5是輕負載下通過網絡層獲取信道負載的spma協(xié)議仿真結果圖。

圖6是重負載下通過物理層獲取信道負載的spma協(xié)議仿真結果圖。

圖7是重負載下通過網絡層獲取信道負載的spma協(xié)議仿真結果圖。

圖8是輕負載下通過混合式獲取信道負載的spma協(xié)議仿真結果圖。

圖9是重負載下通過混合式獲取信道負載的spma協(xié)議仿真結果圖。

具體實施方式

本發(fā)明主要對統(tǒng)計優(yōu)先級多址接入(spma)協(xié)議的信道占用狀態(tài)進行研究，從物理層和網絡層兩方面對信道占用狀態(tài)進行統(tǒng)計，設計了一種準確的混合式信道負載統(tǒng)計方法，有效地降低了信道沖突，保證了數據發(fā)送的實時性和高優(yōu)先級數據較高的成功傳輸概率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術思路是，從物理層獲取信道負載和從網絡層獲取信道負載，這兩種方法各有優(yōu)缺點。因此，本發(fā)明結合這兩種方法的優(yōu)缺點，設計了一種準確的混合式信道負載統(tǒng)計方法。在輕負載情況下，使用物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值具有很高的準確性，但為避免重負載下同步信號嚴重丟失導致從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值比實際信道負載值偏小的問題，可以通過網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值進行校準，若兩者統(tǒng)計結果之間的差距超過一定容限時，從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值可信度較低，此時使用網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值進行校準。本發(fā)明定義pps_pan表示從物理層和網絡層兩方面結合獲得的每秒發(fā)送脈沖數目，用于作為信道負載統(tǒng)計的度量。

本發(fā)明實現(xiàn)步驟如下：

步驟一、通過物理層獲取信道負載統(tǒng)計：

(1)網絡中的各節(jié)點在每個統(tǒng)計窗口(t)內在每個信道(頻點i)上從物理層統(tǒng)計一次獲得的脈沖計數，則節(jié)點從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計表示為

pulses_phyi(t)＝(txpulses_locali+rxpulses_locali)

其中i＝1，2，3，…，n，表示第i個頻點；

(2)設信道負載統(tǒng)計窗口為{t，t+1，t+2，t+3，t+4}，在t時間段內在頻點i上從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值分別為pulses_phyi(t)，pulses_phyi(t+1)，pulses_phyi(t+2)，pulses_phyi(t+3)，pulses_phyi(t+4)，采用時間窗指數加權算法獲得負載統(tǒng)計值，如圖3所示。則當前時刻頻點i的信道負載統(tǒng)計值為

其中，αt為對應窗口的加權值，一般α0≥α1≥α2≥α3≥α4，

(3)優(yōu)先級隊列n有一個數據包m請求發(fā)送，該數據包脈沖的跳頻圖案包括頻點(i,h,…,k)，則當前時刻數據包m的信道負載統(tǒng)計值就是其所占頻點的負載統(tǒng)計值的均值，即

其中，表示優(yōu)先級隊列n的數據包m從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值。

步驟二、通過網絡層獲取信道負載統(tǒng)計：

(4)節(jié)點為dna消息提供一組txpulses_localneti值，該值是本地節(jié)點在頻點i上發(fā)送的脈沖數目txpulses_local與其他節(jié)點在頻點i上發(fā)送的脈沖數目txpulses_neighbor之和，將其定義為頻點i上局部網絡發(fā)送脈沖數目，表示如下

txpulses_localneti＝txpulses_locali+∑jtxpulses_neighborij

其中i＝1，2，3，…，n，表示第i個頻點；j＝1，2，3，…，m，表示第j個節(jié)點。

(5)將所有的局部網絡發(fā)送脈沖數目中最大的定義為全局網絡發(fā)送脈沖數目，表示如下

txpulses_globalneti＝max1≤j≤m{txpulses_localnetij}

(6)優(yōu)先級隊列n有一個數據包m請求發(fā)送，該數據包脈沖的跳頻圖案包括頻點(i,h,…,k)，則當前時刻數據包m的信道負載統(tǒng)計值就是其所占頻點的全局網絡發(fā)送脈沖數目的均值，即

pulses_netnm＝mean[txpulses_globalnet{i,h,…,k}]

其中，pulses_netnm表示優(yōu)先級隊列n的數據包m從網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值。

步驟三、結合網絡層信道負載統(tǒng)計值和物理層信道負載統(tǒng)計值，給出混合式信道負載統(tǒng)計：

(7)為了結合使用網絡層信道負載統(tǒng)計值pulses_netnm和物理層信道負載統(tǒng)計值須將它們歸一化為每秒發(fā)送脈沖數目：

pps_netnm＝pulses_netnm/tdna

其中，tdna表示dna報告間隔，tlib表示跳頻/跳時庫變化間隔，即物理層統(tǒng)計窗口t的大小。

(8)若pps_netnm和pps_phynm之間的差距小于容限ppsdif時，使用物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值作為標準，若兩者統(tǒng)計結果之間的差距超過容限ppsdif時，通過網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值進行校準：

其中，pps_pannm表示優(yōu)先級隊列n的數據包m從物理層和網絡層兩方面結合獲得的信道負載統(tǒng)計值，將其與相應的優(yōu)先級n門限進行比較。如果它低于優(yōu)先級n門限，則發(fā)送數據包m；如果它高于優(yōu)先級n門限，該數據包m等待一個隨機回退時間，回退時間減為零后，節(jié)點再重新檢測信道負載統(tǒng)計值進行發(fā)送。

下面結合附圖對本發(fā)明進一步描述。spma協(xié)議以全雙工通信與多用戶通信機制為基礎的，指一個節(jié)點支持一路數據發(fā)送的同時可接收n路獨立的數據流。物理層可以采用跳頻、跳時和脈沖調制等技術，包在發(fā)送前被拆分成若干脈沖，每個脈沖再按照設計好的跳頻跳時圖案選擇對應的頻點和發(fā)送時刻。因此，多個用戶可以同時占用不同的頻點進行發(fā)送或接收，從而實現(xiàn)全雙工通信與多用戶通信，如圖2所示。

信道負載統(tǒng)計模塊用于統(tǒng)計信道占用狀態(tài)，信道負載統(tǒng)計模塊需要通過在每個信道(頻點)上分別統(tǒng)計信道占用狀態(tài)，最后得出整個可用時頻空間中的信道負載統(tǒng)計值。信道占用狀態(tài)可以通過spma協(xié)議的控制算法從物理層獲得，根據信道中檢測到的脈沖數目和預先設定的閾值確定信道的占用狀態(tài)。

當物理層同步到數據幀頭后，物理層將同步信號發(fā)送給信道負載統(tǒng)計模塊，該模塊通過脈沖同步信號的計數來實現(xiàn)信道負載統(tǒng)計，在每個跳頻、跳時圖案變化間隔內(t)都會統(tǒng)計一次。信道負載統(tǒng)計模塊通過物理層獲得的信息有：本地節(jié)點發(fā)射的脈沖數目(txpulses_local)、網絡業(yè)務脈沖的數目、接收機尋址脈沖的數目和廣播脈沖的數目，其中后三個都是接收到的脈沖，因此三者之和可以作為本地節(jié)點接收的脈沖數目(rxpulses_local)。

通過物理層獲取信道負載統(tǒng)計的算法：

1)首先，網絡中的各節(jié)點在每個統(tǒng)計窗口(t)內在每個信道(頻點i)上從物理層統(tǒng)計一次獲得的脈沖計數，則節(jié)點從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計表示為

pulses_phyi(t)＝(txpulses_locali+rxpulses_locali)

其中i＝1，2，3，…，n，表示第i個頻點；

2)然后，設信道負載統(tǒng)計窗口為{t，t+1，t+2，t+3，t+4}，在t時間段內在頻點i上從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值分別為pulses_phyi(t)，pulses_phyi(t+1)，pulses_phyi(t+2)，pulses_phyi(t+3)，pulses_phyi(t+4)，一般將最近5個統(tǒng)計窗口(t)的值進行滑動平均作為當前時刻的信道負載估計值，滑動平均表示每個窗口的權重相同。但是距離當前時刻越遠的窗口對當前網絡負載影響應該越小，而距離當前時刻越近的窗口對當前網絡負載影響應該越大，所以，本發(fā)明采用時間窗指數加權算法獲得負載統(tǒng)計值，如圖3所示。則當前時刻頻點i的信道負載統(tǒng)計值為

其中，αt為對應窗口的加權值，一般α0≥α1≥α2≥α3≥α4，

3)最后，如果優(yōu)先級隊列n有一個數據包m請求發(fā)送，該數據包脈沖的跳頻圖案包括頻點(i,h,…,k)，則當前時刻數據包m的信道負載統(tǒng)計值就是其所占頻點的負載統(tǒng)計值的均值，即

其中，表示優(yōu)先級隊列n的數據包m從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值，將其與相應的優(yōu)先級n門限進行比較。如果它低于優(yōu)先級n門限，則發(fā)送數據包m；如果它高于優(yōu)先級n門限，該數據包m等待一個隨機回退時間，回退時間減為零后，節(jié)點再重新檢測信道負載統(tǒng)計值進行發(fā)送。

信道負載統(tǒng)計還可以通過網絡層的網絡感知消息(dna消息)獲得，網絡層的dna(distributednetworkawareness)消息會在每個dna傳輸間隔內給單跳范圍內所有節(jié)點廣播一次。因此，我們可以在dna消息中攜帶上一個spma統(tǒng)計信息，spma統(tǒng)計信息中包含的信道占用狀態(tài)信息如表1所示。dna服務一旦收到spma統(tǒng)計信息，就將消息內的源地址和相應的計數值發(fā)給信道負載統(tǒng)計模塊處理。

表1dna消息格式

本發(fā)明定義pulses_net表示從網絡層dna消息中獲得的發(fā)送脈沖數目，用于作為網絡層信道負載統(tǒng)計的度量。上一節(jié)已經描述了通過物理層進行信道負載統(tǒng)計的方法，而本節(jié)將給出通過網絡層獲得信道負載統(tǒng)計的算法：

1)首先，dna服務在每個dna傳輸間隔發(fā)送一個spma統(tǒng)計消息給單跳廣播地址。節(jié)點需要為該spma統(tǒng)計消息提供一組txpulses_localneti值，該值是本地節(jié)點在頻點i上發(fā)送的脈沖數目txpulses_local(從業(yè)務統(tǒng)計獲得)與其他節(jié)點在頻點i上發(fā)送的脈沖數目txpulses_neighbor(從dna報告獲得)之和，我們將其定義為頻點i上局部網絡發(fā)送脈沖數目(localizednetworktransmitpulses)，表示如下

txpulses_localneti＝txpulses_locali+∑jtxpulses_neighborij

其中i＝1，2，3，…，n，表示第i個頻點；j＝1，2，3，…，m，表示第j個節(jié)點。

2)然后，節(jié)點可以從其他鄰居節(jié)點的dna報告中獲得其各自統(tǒng)計的局部網絡發(fā)送脈沖數目，我們將所有的局部網絡發(fā)送脈沖數目中最大的定義為全局網絡發(fā)送脈沖數目(globalnetworktransmitpulses)，表示如下

txpulses_globalneti＝max1≤j≤m{txpulses_localnetij}

3)最后，如果優(yōu)先級隊列n有一個數據包m請求發(fā)送，該數據包脈沖的跳頻圖案包括頻點(i,h,…,k)，則當前時刻數據包m的信道負載統(tǒng)計值就是其所占頻點的全局網絡發(fā)送脈沖數目的均值，即

pulses_netnm＝mean[txpulses_globalnet{i,h,…,k}]

其中，pulses_netnm表示優(yōu)先級隊列n的數據包m從網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值，將其與相應的優(yōu)先級n門限進行比較。如果它低于優(yōu)先級n門限，則發(fā)送數據包m；如果它高于優(yōu)先級n門限，該數據包m等待一個隨機回退時間，回退時間減為零后，節(jié)點再重新檢測信道負載統(tǒng)計值進行發(fā)送。

以上兩節(jié)描述了從不同方面進行信道負載統(tǒng)計的方法：一是從物理層獲得信道占用狀態(tài)，二是從網絡層獲得信道占用狀態(tài)。我們通過仿真來驗證這兩種方法的可行性與準確性。

首先，在整個網絡負載較輕的情況下，比較這兩種信道負載統(tǒng)計方法的效果，仿真結果如圖4和圖5所示。仿真條件設置如下：

1)時間刻度：50ms(物理層統(tǒng)計窗口t的大小)；

2)用戶數：20個(設飽和業(yè)務下1個用戶的發(fā)送速率為1600pulses/50ms，最多同時接收4個用戶即6400個pulses/50ms，超過就會碰撞)；

3)仿真時長：10s；

4)脈沖占空比：每個節(jié)點的發(fā)送占空比都為50％；

5)業(yè)務到達概率：每個節(jié)點每毫秒以0.3的概率選擇是否發(fā)送一個包(輕負載)；

6)dna消息廣播間隔：在2s的dna間隔內，每個節(jié)點周期發(fā)送dna廣播的時間點采用隨機方法選取；

根據圖4的仿真結果可知，在整個網絡負載較輕的情況下，從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值與實際信道負載值基本一致，表明該方法不僅具有可行性而且還有很高的準確性；而根據圖5的仿真結果可知，節(jié)點從網絡層dna消息中獲得的信道負載統(tǒng)計值與實際信道負載值相比，大小變化趨勢基本相同，但存在較大的誤差以及時間滯后性，表明該方法具有一定的可行性但準確性較差。

然后，為了比較在網絡負載較重的情況下這兩種信道負載統(tǒng)計方法的效果，我們將發(fā)送概率修改為：每個節(jié)點每毫秒以0.7的概率選擇是否發(fā)送一個包(重負載)，其他仿真條件都保持不變，結果如圖6和圖7所示。

根據圖6的仿真結果可知，在整個網絡負載較重的情況下，由于脈沖之間相互碰撞導致同步信號丟失嚴重，因此從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值與實際信道負載值相比，不僅存在很大誤差而且基本變化趨勢也不同，表明該方法沒有可行性；然而，根據圖7的仿真結果可知，從網絡層dna消息中獲得的信道負載統(tǒng)計值與實際信道負載值相比，仍然是大小變化趨勢基本相同，但存在較大的誤差以及時間滯后性，表明該方法還是具有一定的可行性。

最后，根據以上仿真結果，對這兩種方法的優(yōu)缺點進行總結，如表2所示：

表2、物理層和網絡層信道負載統(tǒng)計優(yōu)缺點比較

從表2總結可知，從物理層獲取信道負載和從網絡層獲取信道負載，這兩種方法各有優(yōu)缺點。因此，本發(fā)明結合這兩種方法的優(yōu)缺點，設計了一種準確的混合式信道負載統(tǒng)計方法。在輕負載情況下，使用物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值具有很高的準確性，但為避免重負載下同步信號嚴重丟失導致從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值比實際信道負載值偏小的問題，可以通過網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值進行校準，若兩者統(tǒng)計結果之間的差距超過一定容限時，從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值可信度較低，此時使用網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值進行校準。

本發(fā)明定義pps_pan表示從物理層和網絡層兩方面結合獲得的每秒發(fā)送脈沖數目，用于作為信道負載統(tǒng)計的度量。本節(jié)將在前兩種算法的基礎上，給出混合式信道負載統(tǒng)計的算法：

1)首先，分別通過網絡層獲取信道負載統(tǒng)計和物理層獲取信道負載統(tǒng)計的算法，得到信道負載統(tǒng)計值和pulses_netnm。

2)然后，為了結合使用網絡層信道負載統(tǒng)計值pulses_netnm和物理層信道負載統(tǒng)計值須將它們歸一化為每秒發(fā)送脈沖數目：

pps_netnm＝pulses_netnm/tdna

其中，tdna表示dna報告間隔，tlib表示跳頻/跳時庫變化間隔，即物理層統(tǒng)計窗口t的大小。

3)最后，若pps_netnm和pps_phynm之間的差距小于容限ppsdif時，使用物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值作為標準，若兩者統(tǒng)計結果之間的差距超過容限ppsdif時，通過網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值進行校準：

其中，pps_pannm表示優(yōu)先級隊列n的數據包m從物理層和網絡層兩方面結合獲得的信道負載統(tǒng)計值，將其與相應的優(yōu)先級n門限進行比較。如果它低于優(yōu)先級n門限，則發(fā)送數據包m；如果它高于優(yōu)先級n門限，該數據包m等待一個隨機回退時間，回退時間減為零后，節(jié)點再重新檢測信道負載統(tǒng)計值進行發(fā)送。

本發(fā)明的有益效果可通過以下仿真進一步說明，仿真條件設置如下：

1)時間刻度：50ms(物理層統(tǒng)計窗口t的大小)；

2)用戶數：20個(設飽和業(yè)務下1個用戶的發(fā)送速率為1600pulses/50ms，最多同時接收4個用戶即6400個pulses/50ms，超過就會碰撞)；

3)仿真時長：10s；

4)脈沖占空比：每個節(jié)點的發(fā)送占空比都為50％；

5)dna消息廣播間隔：在2s的dna間隔內，每個節(jié)點周期發(fā)送dna廣播的時間點采用隨機方法選??；

仿真一：

首先，設業(yè)務到達概率為：每個節(jié)點每毫秒以0.3的概率選擇是否發(fā)送一個包(輕負載)。在整個網絡負載較輕的情況下，仿真結果如附圖8所示。

根據圖8的仿真結果可知，在整個網絡負載較輕的情況下，從物理層及網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值與實際信道負載值基本一致，表明該方法不僅具有可行性而且還有很高的準確性；

仿真二：

然后，我們將發(fā)送概率修改為：每個節(jié)點每毫秒以0.8的概率選擇是否發(fā)送一個包(重負載)，其他仿真條件都保持不變，仿真結果如附圖9所示。

根據圖9的仿真結果可知，在整個網絡負載較重的擁塞情況下，剛開始時由于脈沖之間相互碰撞導致同步信號丟失嚴重，因此從物理層獲得的信道負載統(tǒng)計值與實際信道負載值相比存在很大誤差，但是過一段時間后網絡層的dna消息到達，發(fā)現(xiàn)兩者統(tǒng)計結果之間的差距超過一定容限，此時使用網絡層獲得的信道負載統(tǒng)計值進行校準，從而限制網絡實際輸出負載到丟包率較小水平，使物理層信道負載統(tǒng)計恢復準確，從而保障網絡不再擁塞進入良好工作狀態(tài)。