CN111835472B - 数据通信方法、数据通信装置及数据通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，提供一种数据通信方法，包括：网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧；数据链路层对多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧；物理层对多个数据链路层子帧进行分组，获得多个子帧集合，每个子帧集合中包括M个数据链路层子帧；对每个子帧集合均进行如下操作，以获得多个物理帧：对M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对每个bit数据流进行调制，对M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将M个物理子帧作为一个物理帧；物理层发送多个物理帧。本发明提供的技术方案，能够有效提高数据包的单次传输性能，从而避免较高的重传控制开销。

Description

数据通信方法、数据通信装置及数据通信系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种数据通信方法、一种数据通信装置及一种数据通信系统。

背景技术

电力等工业互联网通信场景复杂多样，往往容易受到电磁环境干扰。为使得业务信息可靠传输，常常采用确认重传机制。即接收机如果正确接收解码，则反馈确认信息给发送方；发送机如果在规定时间内没有收到确认信息，则认为数据没有被有效送达，开始执行重传操作。

无线通信空口协议一般采用分层传输，即在发送方和接收方均设置应用层(Application Layer，AL)、网络层(Network Layer，NWL)、数据链路层(Data Link Layer，DLL)和物理层(Physical Layer，PHY)等网络传输框架，以实现业务数据的产生、发送、接收、处理，数据传输的流量控制、拥塞避免以及可靠性保证等功能。

业务数据的传输分为小业务量传输场景和大业务量传输场景两种。小业务量传输场景，如电力系统中的用电无线抄表业务，业务包一般在十几字节到几百个字节。对于这种业务包，目前的本地通信系统可以采用窄带微功率无线技术，利用单个变长数据包传输，即不管上层业务量大小，只用1个数据包传输，不支持单业务多包传输。在此过程中，为提高通信可靠性，单包支持反馈确认机制，即接收机如果成功接收解调本包数据，则立刻回复一个确认信息；如果接收机无法成功解调本包数据使得发送机在等待若干时间后没有收到确认信息，则认为此包数据没有成功，启动重传或上报高层机制。

大业务量传输场景，如电力巡检图片和巡检视频的上传业务，数据包往往都很大，采用单数据包传输方式会造成传输时延、加大接收机处理复杂度和降低系统容量等诸多问题，因此一般都会在数据链路层将该数据包分割成若干等长的小数据包，对分割后的每个小数据包分别加头信息后，再由物理层调制发送；接收机逐个解调每个小数据包，并通过接收的头信息获取整个大数据包信息，如每个小数据包的序号及小数据包的数量等。在此过程中，为提高通信可靠性，如果某一小数据包解调错误，接收机会在反馈确认帧中指出哪一包有错，希望重传。发送机根据确认指示结果，选择性重传。

可见，不管是小业务量传输场景还是大业务量传输场景，现有技术确保数据可靠传输的方法仅仅采用确认重传机制。这种方式在较差的通信环境下，或者在较低的网络传输性能下，使得一个数据包可能需要多次、反复地传输，尤其是在网络传输性能较低时，接收方接收到的数据包误块率较高，导致系统存在较高的重传控制开销，影响网络吞吐量。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种数据通信方法、装置及系统，能够有效提高数据包的单次传输性能，从而避免较高的重传控制开销。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种数据通信方法，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；所述方法包括：

所述网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧；

所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧；

所述物理层对所述多个数据链路层子帧进行分组，获得多个子帧集合，每个所述子帧集合中包括M个数据链路层子帧；其中，M为预设数量；所述物理层对每个所述子帧集合均进行如下操作，以获得多个物理帧：

对所述M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧；

所述物理层发送所述多个物理帧。

优选地，所述网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧，包括：

所述网络层将待发送数据包平均分割成多个第一子帧，对每个所述第一子帧添加第一帧头，获得所述多个网络层子帧；其中，每个所述第一帧头中包括：所述待发送数据包的序号，与该第一帧头对应的网络层子帧的子帧序号，以及与该第一帧头对应的网络层子帧的路由信息。

进一步地，所述路由信息包括：该网络层子帧的源节点的地址、该网络层子帧的目标节点的地址，以及用于传输该网络层子帧的中间节点的地址；所述方法还包括：根据以下参数中的一项或多项来确定所述预设数量：

所述源节点检测到的当前系统时频干扰；

所述中间节点检测到的当前系统时频干扰；

所述目标节点检测到的当前系统业务时延；

所述源节点处理数据包的能力；

所述目标节点处理数据包的能力；

预设的网络通信质量要求。

优选地，所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧，包括：

对每个所述网络层子帧添加第二帧头，获得所述多个数据链路层子帧；其中，每个所述第二帧头中包括：与该第二帧头对应的数据链路层子帧的帧类型。

进一步地，在所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧之后，所述方法还包括：

所述数据链路层为每个所述数据链路层子帧分配已有的通信资源。

优选地，所述通信资源包括：时域信道和频域信道；所述数据链路层为每个所述数据链路层子帧分配已有的通信资源，包括：

所述数据链路层对每个所述数据链路层子帧进行如下操作：

为该数据链路层子帧优先分配当前可用的时域信道，当所有的时域信道均不可用时，为该数据链路层子帧分配当前可用的频域信道。

根据本发明其中一实施例，还提供了另一种数据通信方法，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；所述方法包括：

所述物理层接收多个物理帧，其中，每个物理帧采用如下方式获得：对M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧；

所述物理层对每个物理帧均进行如下操作，以获得校验后的数据链路层子帧：对该物理帧中的M个物理子帧分别进行解调，获得M个解调后数据流，对所述M个解调后数据流依次进行解交织、信道解码和解扰处理，获得所述M个数据链路层子帧；对所述M个数据链路层子帧进行校验，当校验通过时，反馈确认帧；

所述数据链路层对所述校验后的数据链路层子帧进行处理，获得多个网络层子帧；

所述网络层对所述多个网络层子帧进行处理，获得所需数据包。

本发明的另一目的在于提出一种数据通信装置，能够有效提高数据包的单次传输性能，从而避免较高的重传控制开销。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种数据通信装置，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；所述装置包括：

第一处理单元，用于使所述网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧；

第二处理单元，用于使所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧；

物理帧获取单元，用于使所述物理层对所述多个数据链路层子帧进行分组，获得多个子帧集合，每个所述子帧集合中包括M个数据链路层子帧；其中，M为预设数量；所述物理帧获取单元还用于使所述物理层对每个所述子帧集合均进行如下操作，以获得多个物理帧：

对所述M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧；

发送单元，用于使所述物理层发送所述多个物理帧。

根据本发明其中一实施例，还提供了另一种数据通信装置，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；所述装置包括：

接收单元，用于使所述物理层接收多个物理帧，其中，每个物理帧采用如下方式获得：对M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧；

解码校验单元，用于使所述物理层对每个物理帧均进行如下操作，以获得校验后的数据链路层子帧：对该物理帧中的M个物理子帧分别进行解调，获得M个解调后数据流，对所述M个解调后数据流依次进行解交织、信道解码和解扰处理，获得所述M个数据链路层子帧；对所述M个数据链路层子帧进行校验，当校验通过时，反馈确认帧；

第三处理单元，用于使所述数据链路层对所述校验后的数据链路层子帧进行处理，获得多个网络层子帧；

第四处理单元，用于使所述网络层对所述多个网络层子帧进行处理，获得所需数据包。

本发明的另一目的在于提出一种数据通信系统，能够有效提高数据包的单次传输性能，从而避免较高的重传控制开销。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种数据通信系统，包括：发送端和接收端；所述发送端包括上述数据通信装置；所述接收端包括上述另一种数据通信装置。

本发明所述的数据通信方法、装置及系统，在物理层采用将M个数据链路层子帧统一进行加扰、信道编码和交织处理的方式来获得一个物理帧，区别于现有技术中对每个数据链路层子帧进行单独处理的技术方案，这种方式能够在数据传输过程中增强前向纠错能力，使得数据包的单次传输性能大大提高，从而避免较高的重传控制开销。并且，在接收端采用确认重传技术来保证数据传输的可靠性时，由于针对的是一个增大了数据长度的物理帧，因此，能够大大降低确认帧的数量，进一步降低重传控制开销。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中一种数据通信方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中网络层、数据链路层和物理层的帧结构示意图；

图3为本发明实施例中另一种数据通信方法的流程示意图；

图4为本发明实施例中一种数据通信装置的结构示意图；

图5为本发明实施例中另一种数据通信装置的结构示意图；

图6为本发明实施例中数据通信系统的结构示意图；

图7为采用本发明的数据通信系统进行数据通信的流程图；

图8为本发明实施例中M取不同数值时的数据传输性能曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明实施例提供的一种数据通信方法，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；如图1所示，所述方法包括：

步骤S101，所述网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧。

上述待发送数据包具体来源于网络传输系统中网络层之上的其它高层，例如应用层等其它协议分层体系。本实施例所述的数据通信场景为大业务量数据传输场景，相应地，所述待发送数据包为大业务数据包。

如图2所示，所述网络层将待发送数据包平均分割成多个第一子帧，每个第一子帧的长度相同，对每个所述第一子帧添加第一帧头，获得所述多个网络层子帧。其中，每个所述第一帧头中包括：所述待发送数据包的序号，与该第一帧头对应的网络层子帧的子帧序号，以及与该第一帧头对应的网络层子帧的路由信息。该路由信息包括：该网络层子帧的源节点的地址、该网络层子帧的目标节点的地址，以及用于传输该网络层子帧的中间节点的地址。

上述第一子帧的长度与数据链路层和物理层的数据传输能力、数据处理能力相关。每个网络层子帧由子帧头(即上述第一帧头)和子帧负荷(即上述第一子帧)组成。

在网络层获得多个网络层子帧后，将其通过层间接口发送给数据链路层。

步骤S102，所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧。

如图2所示，数据链路层接收由网络层发送的多个网络层子帧，将每个网络层子帧作为帧负荷，对每个所述网络层子帧添加第二帧头，获得所述多个数据链路层子帧；其中，每个所述第二帧头中包括：与该第二帧头对应的数据链路层子帧的帧类型。该帧类型具体包括：命令帧、数据帧、确认帧等，例如，在第二帧头中，可以用“00”表示命令帧，用“01”表示数据帧。

本实施例中，在所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧之后，所述方法还包括：所述数据链路层为每个所述数据链路层子帧分配已有的通信资源。

具体地，上述通信资源包括：时域信道(时隙)、频域信道(频段)和空域信道(空口天线)。时域信道是指把发送时间分成若干时隙来发送数据，即TDMA(Time divisionmultiple access，时分多址)技术；频域信道是指把频段分成若干频点来发送数据，即FDMA(frequency division multiple access，频分多址)技术。数据链路层为每个数据链路层子帧分配时域信道和/或频域信道。空域信道可以理解为数据链路层为每个数据链路层子帧分配不同的传输路径。上述分配结果确定了每个数据链路层子帧的传输方式，即确定每个数据链路层子帧是按照时间一个一个地传输给物理层，还是在不同的频点上同时传输给物理层，或者按照不同的传输路径多跳传输给物理层。

本实施例中，数据链路层为每个数据链路层子帧分配已有的通信资源，具体包括：数据链路层对每个数据链路层子帧进行如下操作：为该数据链路层子帧优先分配当前可用的时域信道，当所有的时域信道均不可用时，为该数据链路层子帧分配当前可用的频域信道。即时域信道相较于频域信道，在分配时具有更高的优先级。

在实际应用中，在建网阶段或后期网络维护阶段，数据链路层保存有资源占用信息，例如，当前哪些时隙和频点已经被网络中的其它节点占用。这样，数据链路层就可以在未被占用的时隙和频点上，综合频点干扰情况和接入机制，为每一个数据链路层子帧分配具体的时隙和频点。上述频点干扰情况可以通过干扰测量技术获得，而接入机制可以通过CSMA(Carrier Sense Multiple Access，载波监听多路访问)技术获得。

步骤S103，所述物理层对所述多个数据链路层子帧进行分组，获得多个子帧集合，每个所述子帧集合中包括M个数据链路层子帧；其中，M为预设数量；所述物理层对每个所述子帧集合均进行如下操作，以获得多个物理帧：对所述M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧。

如图2所示，一个物理帧由M个物理子帧组成，每个物理子帧又由物理子帧负荷和物理子帧帧头组成，上述一个bit数据流就相当于一个物理子帧负荷，物理子帧负荷承载了数据链路层的数据。物理子帧帧头中包含的信息用于接收节点与发送节点之间的同步、接收节点与发送节点之间无线信道模型估计等，物理子帧帧头中还包含物理层的控制信息，该控制信息包括该物理子帧的帧序号、物理子帧的数量(即M值)和物理层的调制编码参数。

物理层对每个子帧集合进行上述处理后，得到一个对应的物理帧，多个子帧集合即可相应地得到多个物理帧。本实施例中，一个物理帧实际上包含有经过处理后的M个数据链路层子帧，即将M个数据链路层子帧联合起来统一进行加扰、信道编码和交织处理，如此，可以有效增强前向纠错能力，提高数据包的单次传输性能，避免较高的重传控制开销。同时，上述方式也减小了物理层传输数据包的数量，在接收端采用确认重传技术来保证数据传输的可靠性时，由于针对的是一个增大了数据长度的物理帧，因此，能够大大降低确认帧的数量，进一步降低重传控制开销。

上述M值对于数据包的传输可靠率、系统传输时延和网络传输系统每一层的处理复杂度均有影响，M值由发送端(或称发送节点)在业务传输前对其进行配置。当M值为1时类似于现有技术的处理过程。一般情况下，M值越大，传输的可靠性越高，但传输时延加大，处理复杂度加大。因此，对于M值的选择，需要平衡传输可靠性、传输时延及处理复杂度之间的关系。

图8为本发明实施例中M取不同数值时的数据传输性能曲线，其表示1个物理帧分成8\16\20个(即M值)物理子帧时的传输可靠性(误块率BLER随信噪比SNR变化情况)。由图8可见，相同SNR(如SNR＝8dB)，M值越大，误块率BLER越小，即传输性能更好。

除了上述M值，本实施例还可以进一步确定一个物理帧中的一个物理子帧的大小K。此值与传输可靠性、处理复杂度以及网络接入能力都有关系。K值越大，抗干扰能力和接入能力会变差，但传输时延会较小，处理开销也会小；K值太小虽然抗复杂电磁环境会好些，但传输时延和开销都会大一些。因此需要综合平衡，合理选择K值。

简单理解，本实施例类似分集传输思路，M值越大，分集越多，增益越大，但时延与复杂度会增加一些；K值是单个包(即一个物理子帧)的大小，合理的K值可以综合分集增益与处理时延、处理开销的关系。

本实施例中，可以根据以下参数中的一项或多项来确定M的数值：源节点检测到的当前系统时频干扰、中间节点检测到的当前系统时频干扰、目标节点检测到的当前系统业务时延、源节点处理数据包的能力、目标节点处理数据包的能力和预设的网络通信质量要求。

步骤S104，所述物理层发送所述多个物理帧。

本发明实施例还提供另一种数据通信方法，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；如图3所示，所述方法包括：

步骤S201，所述物理层接收多个物理帧，其中，每个物理帧采用如下方式获得：对M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧。

步骤S202，所述物理层对每个物理帧均进行如下操作，以获得校验后的数据链路层子帧：对该物理帧中的M个物理子帧分别进行解调，获得M个解调后数据流，对所述M个解调后数据流依次进行解交织、信道解码和解扰处理，获得所述M个数据链路层子帧；对所述M个数据链路层子帧进行校验，当校验通过时，反馈确认帧。此处是向发送端(源节点)反馈确认帧。

步骤S203，所述数据链路层对所述校验后的数据链路层子帧进行处理，获得多个网络层子帧。

步骤S204，所述网络层对所述多个网络层子帧进行处理，获得所需数据包。

本实施例中，所需数据包即为步骤S101中所述的待发送数据包。

与上述实施方式相对应地，本发明还提供一种数据通信装置，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层。如图4所示，所述装置包括：

第一处理单元301，用于使所述网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧；

第二处理单元302，用于使所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧；

物理帧获取单元303，用于使所述物理层对所述多个数据链路层子帧进行分组，获得多个子帧集合，每个所述子帧集合中包括M个数据链路层子帧；其中，M为预设数量；所述物理帧获取单元303还用于使所述物理层对每个所述子帧集合均进行如下操作，以获得多个物理帧：

对所述M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧；

发送单元304，用于使所述物理层发送所述多个物理帧。

优选地，所述第一处理单元301用于使所述网络层进行如下操作，获得多个网络层子帧：使所述网络层将待发送数据包平均分割成多个第一子帧，对每个所述第一子帧添加第一帧头，获得所述多个网络层子帧；其中，每个所述第一帧头中包括：所述待发送数据包的序号，与该第一帧头对应的网络层子帧的子帧序号，以及与该第一帧头对应的网络层子帧的路由信息。

进一步地，所述路由信息包括：该网络层子帧的源节点的地址、该网络层子帧的目标节点的地址，以及用于传输该网络层子帧的中间节点的地址；所述装置还包括：确定单元，用于根据以下参数中的一项或多项来确定所述预设数量：源节点检测到的当前系统时频干扰、中间节点检测到的当前系统时频干扰、目标节点检测到的当前系统业务时延、源节点处理数据包的能力、目标节点处理数据包的能力和预设的网络通信质量要求。

优选地，所述第二处理单元302用于使所述数据链路层进行如下操作，获得多个数据链路层子帧：对每个所述网络层子帧添加第二帧头，获得所述多个数据链路层子帧；其中，每个所述第二帧头中包括：与该第二帧头对应的数据链路层子帧的帧类型。

进一步地，所述装置还包括：通信资源分配单元，用于在所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧之后，使所述数据链路层为每个所述数据链路层子帧分配已有的通信资源。

优选地，所述通信资源包括：时域信道和频域信道；所述通信资源分配单元用于使数据链路层进行如下操作，以为每个所述数据链路层子帧分配已有的通信资源：所述数据链路层对每个所述数据链路层子帧进行如下操作：为该数据链路层子帧优先分配当前可用的时域信道，当所有的时域信道均不可用时，为该数据链路层子帧分配当前可用的频域信道。

与上述实施方式相对应地，本发明还提供另一种数据通信装置，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层。如图5所示，所述装置包括：

接收单元401，用于使所述物理层接收多个物理帧，其中，每个物理帧采用如下方式获得：对M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧；

解码校验单元402，用于使所述物理层对每个物理帧均进行如下操作，以获得校验后的数据链路层子帧：对该物理帧中的M个物理子帧分别进行解调，获得M个解调后数据流，对所述M个解调后数据流依次进行解交织、信道解码和解扰处理，获得所述M个数据链路层子帧；对所述M个数据链路层子帧进行校验，当校验通过时，反馈确认帧；

第三处理单元403，用于使所述数据链路层对所述校验后的数据链路层子帧进行处理，获得多个网络层子帧；

第四处理单元404，用于使所述网络层对所述多个网络层子帧进行处理，获得所需数据包。

图4和图5所示装置的工作原理、工作流程等涉及具体实施方式的内容可参见本发明所提供的数据通信方法的具体实施方式，此处不再对相同的技术内容进行详细描述。

与上述实施方式相对应地，本发明还提供一种数据通信系统，如图6所示，包括：发送端和接收端；所述发送端包括如图4所示的数据通信装置；所述接收端包括如图5所示的数据通信装置。

图7为采用本发明的数据通信系统进行数据通信的流程图，具体包括以下步骤：

步骤一，发送端网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧。

当发送端(即源节点)有业务数据包发送时，其网络层接收到待发送数据包后根据该数据包的大小，判断是否超过预设门限，如果超过预设门限，将待发送数据包平均分割成多个第一子帧，对每个第一子帧添加第一帧头；如果没有超过预设门限，则不分割，直接对待发送数据包加一个帧头，通过层间接口传送给数据链路层。上述预设门限可以按照数据链路层和物理层支持的帧长设置。网络层还将根据到目标节点的路由表，为每一个网络层子帧分别选择一个路由，网络层子帧的帧头内有相关路由信息。

上述路由表一般保存多条到达目的节点的路径，网络层可以根据每条路径的忙闲状况和链路质量为每一个即时的网络层子帧选择一个合适的路径。此外，在路由选择过程中还需综合考虑距离目的节点的跳数、各跳综合链路质量、各路径忙闲程度等因素。本实施例中，对网络层子帧的路由选择策略包括但不限于各条路径开销总和。

步骤二，发送端数据链路层对多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧。

发送端数据链路层逐次收到多个数据链路层子帧，并为每个数据链路层子帧分配传输资源。如果有多个频点可用，则可在时、频两个维度分别为每个数据链路层子帧分配传输资源。相关资源分配信息可以在控制信道(固定频点)或广播信令中携带。数据链路层通过层间接口将多个数据链路层子帧传送给物理层。

每个节点的数据链路层会维护一个资源占用表，给出当前可用的时隙和频点资源。具体采用以下方式来为每个数据链路层子帧分配传输资源：首先选择可用的时隙资源；当无可用的时隙资源时，选择可用的频点资源；若既无时隙资源，又无频点资源，则缓存到本地。同时，监测一段时间可用的时频资源；若给定的时间内有可用资源，则按先时隙再频点的顺序发送数据。否则，丢弃该帧数据。

步骤三，发送端物理层对所述多个数据链路层子帧进行分组，获得多个子帧集合，每个所述子帧集合中包括M个数据链路层子帧；其中，M为预设数量；所述物理层对每个所述子帧集合均进行如下操作，以获得多个物理帧：对所述M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流；对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧。

发送端物理层的处理包括bit级处理和符号级处理两部分。bit级部分主要是对数据链路层子帧加扰白化、编码和交织等bit层面处理，即M个数据链路层子帧联合加扰、编码和交织处理。符号级处理是对bit级处理后的数据再逐个子帧进行调制，物理子帧头由前导序列组成，用于同步、信道估计与帧号、子帧号指示等。

bit级处理主要过程是加扰，然后编码，最后是交织。具体处理方式为：M个数据链路层子帧依次送入加扰模块，进行加扰处理；加扰后的M个数据链路层子帧依次进入编码模块执行信道编码；编码后的M个数据链路层子帧依次进入交织模块进行交织处理。经过上述步骤后即获得M个bit数据流。

步骤四，发送端物理层发送所述多个物理帧。

发送端物理层将步骤三中获得的多个物理帧经射频通道传送到接收端(即目标节点)，经射频处理后到达接收端物理层。

步骤五，接收端物理层接收由发送端物理层发送的多个物理帧。

步骤六，接收端物理层对每个物理帧均进行如下操作，以获得校验后的数据链路层子帧：对该物理帧中的M个物理子帧分别进行解调，获得M个解调后数据流，对所述M个解调后数据流依次进行解交织、信道解码和解扰处理，获得所述M个数据链路层子帧；对所述M个数据链路层子帧进行校验，当校验通过时，反馈确认帧。此处是向发送端(源节点)反馈确认帧。

接收端物理层首先以物理子帧为基本单位进行符号级接收处理，即同步、信道估计、均衡与解星座映射等与信道解调相关的操作；然后对信道解调后的数据以物理帧为基本单位进行bit级处理，即对M个物理子帧联合解码、解交织和解扰。这里M个物理子帧可能来自不同的时隙、不同的频点及经过不同的路由；bit级处理后如果解码正确(如通过CRC确认)则将各数据包逐一传送到数据链路层，反馈确认帧(ACK)给源节点，并将数据链路层处理后数据上传到网络层；如果物理层解码不正确，则通知数据链路层，反馈错误帧(NACK)给源节点。

步骤七，接收端数据链路层对所述校验后的数据链路层子帧进行处理，获得多个网络层子帧。

步骤八，接收端网络层对所述多个网络层子帧进行处理，获得所需数据包。

接收端网络层根据应用层业务包大小(可以通过控制信道或数据链路层的帧头携带)确定是否需要数据块合并。若需要，则将合并后的数据块上传到其它高层；否则，不必执行网络层合并操作。

本发明所述的数据通信方法、装置及系统，在物理层采用将M个数据链路层子帧统一进行加扰、信道编码和交织处理的方式来获得一个物理帧，区别于现有技术中对每个数据链路层子帧进行单独处理的技术方案，这种方式能够在数据传输过程中增强前向纠错能力，使得数据包的单次传输性能大大提高，从而避免较高的重传控制开销。并且，在接收端采用确认重传技术来保证数据传输的可靠性时，由于针对的是一个增大了数据长度的物理帧，因此，能够大大降低确认帧的数量，进一步降低重传控制开销。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的不同实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种数据通信方法，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；其特征在于，所述方法包括：

所述网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧；

所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧；

所述物理层对所述多个数据链路层子帧进行分组，获得多个子帧集合，每个所述子帧集合中包括M个数据链路层子帧；其中，M为预设数量；所述物理层对每个所述子帧集合均进行如下操作，以获得多个物理帧：

对所述M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧；

确定所述一个物理帧中的一个物理子帧的大小K；

所述物理层发送所述多个物理帧。

2.根据权利要求1所述的数据通信方法，其特征在于，所述网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧，包括：

所述网络层将待发送数据包平均分割成多个第一子帧，对每个所述第一子帧添加第一帧头，获得所述多个网络层子帧；其中，每个所述第一帧头中包括：所述待发送数据包的序号，与该第一帧头对应的网络层子帧的子帧序号，以及与该第一帧头对应的网络层子帧的路由信息。

3.根据权利要求2所述的数据通信方法，其特征在于，所述路由信息包括：该网络层子帧的源节点的地址、该网络层子帧的目标节点的地址，以及用于传输该网络层子帧的中间节点的地址；所述方法还包括：根据以下参数中的一项或多项来确定所述预设数量：

所述源节点检测到的当前系统时频干扰；

所述中间节点检测到的当前系统时频干扰；

所述目标节点检测到的当前系统业务时延；

所述源节点处理数据包的能力；

所述目标节点处理数据包的能力；

预设的网络通信质量要求。

4.根据权利要求2所述的数据通信方法，其特征在于，所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧，包括：

对每个所述网络层子帧添加第二帧头，获得所述多个数据链路层子帧；其中，每个所述第二帧头中包括：与该第二帧头对应的数据链路层子帧的帧类型。

5.根据权利要求1所述的数据通信方法，其特征在于，在所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧之后，所述方法还包括：

所述数据链路层为每个所述数据链路层子帧分配已有的通信资源。

6.根据权利要求5所述的数据通信方法，其特征在于，所述通信资源包括：时域信道和频域信道；所述数据链路层为每个所述数据链路层子帧分配已有的通信资源，包括：

所述数据链路层对每个所述数据链路层子帧进行如下操作：

为该数据链路层子帧优先分配当前可用的时域信道，当所有的时域信道均不可用时，为该数据链路层子帧分配当前可用的频域信道。

7.一种数据通信方法，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；其特征在于，所述方法包括：

所述物理层接收多个物理帧，其中，每个物理帧采用如下方式获得：对M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧，确定所述一个物理帧中的一个物理子帧的大小K；

所述物理层对每个物理帧均进行如下操作，以获得校验后的数据链路层子帧：对该物理帧中的M个物理子帧分别进行解调，获得M个解调后数据流，对所述M个解调后数据流依次进行解交织、信道解码和解扰处理，获得所述M个数据链路层子帧；对所述M个数据链路层子帧进行校验，当校验通过时，反馈确认帧；

所述数据链路层对所述校验后的数据链路层子帧进行处理，获得多个网络层子帧；

所述网络层对所述多个网络层子帧进行处理，获得所需数据包。

8.一种数据通信装置，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；其特征在于，所述装置包括：

第一处理单元，用于使所述网络层对待发送数据包进行处理，获得多个网络层子帧；

第二处理单元，用于使所述数据链路层对所述多个网络层子帧进行处理，获得多个数据链路层子帧；

物理帧获取单元，用于使所述物理层对所述多个数据链路层子帧进行分组，获得多个子帧集合，每个所述子帧集合中包括M个数据链路层子帧；其中，M为预设数量；所述物理帧获取单元还用于使所述物理层对每个所述子帧集合均进行如下操作，以获得多个物理帧：

对所述M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧；

发送单元，用于使所述物理层发送所述多个物理帧。

9.一种数据通信装置，应用于网络传输系统，所述系统包括自上而下依次连接的网络层、数据链路层和物理层；其特征在于，所述装置包括：

接收单元，用于使所述物理层接收多个物理帧，其中，每个物理帧采用如下方式获得：对M个数据链路层子帧依次进行加扰、信道编码和交织处理，获得M个bit数据流，对所述M个bit数据流中的每个bit数据流分别进行调制，获得M个调制后数据流，对所述M个调制后数据流分别添加物理帧头，获得M个物理子帧，将所述M个物理子帧作为一个物理帧；

解码校验单元，用于使所述物理层对每个物理帧均进行如下操作，以获得校验后的数据链路层子帧：对该物理帧中的M个物理子帧分别进行解调，获得M个解调后数据流，对所述M个解调后数据流依次进行解交织、信道解码和解扰处理，获得所述M个数据链路层子帧；对所述M个数据链路层子帧进行校验，当校验通过时，反馈确认帧；

第三处理单元，用于使所述数据链路层对所述校验后的数据链路层子帧进行处理，获得多个网络层子帧；

第四处理单元，用于使所述网络层对所述多个网络层子帧进行处理，获得所需数据包。

10.一种数据通信系统，其特征在于，包括：发送端和接收端；所述发送端包括权利要求8所述的数据通信装置；所述接收端包括权利要求9所述的数据通信装置。