CN110138757A - 空分多址sdma-spma多址接入*** - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种空分多址SDMA‑SPMA多址接入***，旨在提供一种能够提高网络吞吐量的接入***。本发明通过下述技术方案予以实现：SPMA协议处理单元统计单位时间内各定向接收天线收取的数据量，SDMA信号处理单元对SPMA协议处理单元发送的数据进行编译码、调制和解调，向网络成员发送收发数据；各网络成员通过信道统计消息的交互计算出网络负载，节点利用各自计算得到的网络负载查表获取下个信道统计周期内本节点发送消息的时延；网络负载与信道接入时延之间的映射表通过在SPMA协议处理单元处初始化加载获取；网络成员周期计算网络负载，查询网络负载与信道接入时延映射表，得到本节点的信道接入时延，节点根据信道接入时延计算消息发送时机。

Description

空分多址SDMA-SPMA多址接入***

技术领域

本发明涉及网络接入领域，尤其是具有空分的多址接入SPMA多址接入***且适合用于自组织网络的一种多址接入技术。

背景技术

随着信息科学的发展，传统集中式网络不再能够满足及传感器网络的需求。这种情况下，具有灵活性强、可靠性高的分布式自组织网络受到极大关注。分布式自组织网络具有以下特点：自组织性：分布式网络中的节点是对等的，不存在负责网络管理的中心节点。分布式网络不需要事先进行规划，节点具有随遇入网能力。分布式网络允许节点具有高移动性，即能够承受网络拓扑的快速变化；多跳路由：分布式网络中的节点都具有中继功能，当目的节点不在源节点的一跳通信范围内，便需要中间节点进行多跳中继转发，从而实现远距离数据传输；可靠性：由于分布式网络中没有负责网络管理的中心节点，使得网络具有高抗毁性，可靠性强。

媒体接入控制协议MAC是航空自组网的关键技术之一，主要解决多个飞行器如何高效共享通信信道的问题，直接影响着网络的吞吐量、传输时延、网络规模和组网灵活性。由于航空自组网网络拓扑高速动态变化，节点分布尺度较大，高空无线信道质量较差等特殊性，其MAC协议和传统地面移动自组网MAC协议有着较大的区别。MAC协议控制节点如何接入无线信道，当多个节点同时请求接入信道时，MAC协议就必须制定一种合理的机制来保证多节点竞争同一信道时接入的有效性。MAC协议描述了网络内各节点接入信道时需要遵守的规则，对于网络资源的合理、高效、公平利用至关重要。航空自组网是在特殊环境下建立起来的MANET，它具有传统MANET多跳、自组织、自修复的特点和临时快速组网的优势，也存在暴露终端，隐藏终端，无线带宽有限，链路脆弱，QoS很难保证等问题，由于其特殊的应用场合，在设计MAC协议时，需要考虑更多的问题。飞行器节点分布的大尺度性和稀疏性，在航空自组网中，飞行器节点分布范围十分广阔，可能导致信道质量分布的不均匀；节点之间距离较远，单跳通信半径可达数百公里，传播时延较大；节点分布稀疏，密度较小，可能导致网络无法连通；网络拓扑的高速动态变化，飞行器不断高速地加入或退出网络，导致网络拓扑和通信链路快速动态变化，可能使得网络连通受限，在设计MAC协议时，需要考虑使用更多的通信资源来传输控制信息，快速建立通信链路。无线信道不稳定和不均匀，航空自组网主要采用VHF频段进行视距通信，电磁波绕射能力较弱，信号传输容易受飞机机身和地形的影响，空空通信中，飞机的高速运动，信道质量受多普勒频移影响较大，地空通信中由于直射波和地面的反射波的叠加，还存在显著的多径衰落节点差异性。航空自组网中存在多种不同类型的节点，航空业务的多样性，不同的业务对传输时延、吞吐量等性能指标有着不同的要求，视频类业务对吞吐量和时延有着较高的要求，在航空节点相距较远，无线链路不佳的情况下要求MAC协议对这些不同的业务能够提供相应的QoS支持。航空自组网采用分布式控制、无网络中心节点、具有很强的临时性，比一般无线网络更容易受安全方面的威胁。这要求MAC协议具有一定的抗干扰功能以实现可靠的数据传输。航空自组网MAC协议在考虑上述众多问题的同时，还要求能处理较重的网络负载，保证端到端传输的服务质量，因此不能直接使用地面移动自组网的MAC协议。MAC协议侧重于传输的可靠性、公平性和稳定性，但分组接入等待时延大，组网不够灵活，动态时分多址TDMA的出现一定程度上改善了入网退网的灵活性，但工程实现难度较大。基于随机竞争接入的MAC协议能提供低的接入时延、维持较大的网络规模和具有动态组网能力，这些特征符合未来航空通信的需求，但在QoS保障、公平性和稳定性上有着天然的不足。航空自组网MAC协议的发展趋势：一是采用多信道和多天线机制，多个信道同时进行通信，可以有效解决隐藏终端和暴露终端的问题，物理上消除控制分组和传输分组的碰撞。各节点配置多个天线，可以和多个节点同时进行通信，提高网络吞吐量、传输效率和服务质量。

蜂窝***是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳一个用户进行通信，许多同时进行通信的用户，互相以信道来区分，这就是多址。因为移动通信***是一个多信道同时工作的***，具有广播和大面积无线电波覆盖的特点，网内一个用户发射的信号其他用户均可以收到，所以网内用户如何能从播发的信号中识别出发送给本用户地址的信号就成为了建立连接的首要问题。在无线通信环境的电波覆盖范围内，建立用户之间的无线信道的连接，是多址接入方式的问题。解决多址接入问题的方法叫多址接入技术。当把多个用户接入一个公共的传输媒质量实现相互间通信时，需要给每个用户的信号赋以不同的特征，以区分不同的用户，这种技术称为多址技术。多址接入技术的目的是让多个用户能同时接入基站，享受基站提供的通信服务，保证各个用户之间的信号不会互相干扰。多址方式的基本类型有：频分多址方式、时分多址方式、空分多址方式、码分多址方式等。空分多址(SDMA)是一种新发展的多址技术，SDMA实现的核心技术是智能天线的应用，理想情况下它要求天线给每个用户分配一个点波束；这样根据用户的空间位置就可以区分每个用户的无线信号，换句话说，处于不同位置的用户可以在同一时间使用同一频率和同一码型而不会相互干扰。实际上，SDMA通常都不是独立使用的，而是与其他多址方式如FDMA、TDMA和CDMA等结合使用；也就是说对于处于同一波束内的不同用户再用这些多址方式加以区分。应用SDMA的优势是明显的：它可以提高天线增益，使得功率控制更加合理有效，显著地提升***容量；此外一方面可以削弱来自外界的干扰，另一方面还可以降低对其它电子***的干扰。自从阿罗华***所引入的多址接入方式出现后，情况就起了变化。这种方式中有碰撞现象，即两个或两个以上的信息同时企图占用信道，它们相撞而均被破坏，必须重发。这与排队***中被拒绝有相似的效果，只是被拒绝或被破坏的已不止一个信息。目前移动通信***中最常用的是频分多址方式、时分多址方式、码分多址技术。频分多址是以不同的频率信道实现通信。时分多址是以不同时隙实现通信。码分多址是以不同的代码序列来实现通信的。空分多址是以不同方位信息实现多址通信的。多址技术是移动通信的基础技术之一，每个信号赋以不同的特征是多址接入技术要解决的问题。在蜂窝移动通信***中，多址接入方法主要有频分多址FDMA接入、码分多址CDMA接入、时分多址TDMA接入和空分方式(SDMA)。时分多址利用不同的时隙来区分用户，即用户的数据在不同的时隙上传输，从而避免用户间信号的相互干扰。码分多址利用不同的码字来区分用户，即用户的数据用不用的码字进行加扰，从而避免用户间信号的相互干扰。时分多址利用不同的时隙来区分用户，即用户的数据在不同的时隙上传输，从而避免用户间信号的相互干扰。空分多址SDMA技术是一种信道增容的方式，利用空间分割构成不同的信道，可以实现频率的重复使用，有利于充分利用频率资源。空分多址(SDMA)技术是按照空间的分割来构成不同信道的。理论上讲，空间中的一个信源可以向无限多个方向(角度)传输信号，从而可以构成无限多个信道。但是由于发射信号需要用天线，而天线又不可能是无穷多个，因而空分多址的信道数目是有限的。空分多址还可以与其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如“空分-码分多址(SD-CDMA)”。SDMA实现的关键是智能天线技术，这也正是当前应用SDMA的难点。特别是对于移动用户，由于移动无线信道的复杂性，使得智能天线中关于多用户信号的动态捕获、识别与跟踪以及信道的辨识等算法极为复杂。时分多址TDMA协议是将信道资源按时间进行划分，分成周期性的帧，一帧又划分为若干个时隙，再根据一定的规则分配时隙，使得每个用户在规定的时隙里发送数据。目前航空自组网主要采用两种MAC协议：时分多址(TDMA)协议和统计优先多路访问(SPMA)协议。

根据时隙的分配方式，时分多址TDMA协议可分为固定时隙分配TDMA协议与动态时隙分配TDMA协议两种。固定时隙分配TDMA协议为设备预置了网络容量的大小，不会发生多址干扰的现象，且保证了一定的公平性，但时隙利用率较低。与固定时隙分配TDMA协议相比，动态时隙分配TDMA协议根据节点的业务需求动态的分配信道资源，能够有效地提高信道利用率和网络性能，且灵活性更高。动态TDMA能够实现分布式组网，但是资源分配交互过程复杂，控制消息开销大，网络成员入网时间较长，且时延较大。

在网络接入领域中，当两个或多个用户共享信道传输数据时，信息就会叠加，目的端就不能接收到正确的数据，发送端必须重新传输，直到被成功接收或超时丢弃。数据的再次传输造成了时间和信道资源的严重浪费，所以需要不断完善和发展多址接入技术，以提高网络性能。多址接入方式是影响数字移动通信网络结构的极其关键因素。它将对数字移动通信的***容量作出巨大贡献。与多路复用不同，多址接入技术不需要各路信息集中在一起，而是各自经过调制送到信道上去，以及各自从信道上取下经调制而得到的所需信息。建立用户之间的无线信道的连接，是多址接入方式的问题。基于统计优先级多址接入(SPMA)协议，具备动态快速组网、支持多节点同时通信、支持多种业务优先级。SPMA协议能够保证高优先级分组的高传输成功率和低时延，且有效地解决了随机竞争类MAC协议由于网络业务负载过重引起网络性能严重恶化的问题。SPMA协议可以看成CSMA协议的升级。SPMA协议是通过MAC层与物理层的交互，根据优先级队列、优先级竞争回退窗口、优先级门限、发信道中检测到的脉冲数目和预先设定的阈值确定信道的占用状态，来决定分组的发送。SPMA协议中各个节点相互独立且遵从相同的状态转移策略，其状态转移过程。从初始化状态开始，若收到来自上层的分组，进入“检查队列中最高优先级的分组”状态，按照分组优先级的不同重新排队，并检查队首分组是否超时，如果超时，将其从队列中移出，再根据“队列是否为空”决定是进入数据传输流程还是“空闲状态”；如果“未超时”，则进入“统计信道占用程度”状态。若信道状态允许该优先级的分组传输时，将其从队列中移出，并进入“发送优先级的分组”状态；若信道状态不允许该优先级的分组传输时，进入“基于优先级退避状态”。退避时间结束或收到上层分组时，进入“检查队列中最高优先级的分组”的状态，依此循环。

通过分析可知SPMA接入协议具有组网灵活、信道接入过程简单、时延低等特性，并且随着网络负载的增加，网络吞吐量能够收敛至稳定值。因此，SPMA协议更加适合分布式自组织网络。传统的SPMA接入协议是针对全向收发天线设计的，利用全向接收天线统计一跳范围内的信道负载，根据信道负载与退避门限的比较，得到信道接入的时延。由于信道容量是有限的，即一跳范围内的网络吞吐量是有限的，对于网络吞吐量要求比较高的场景，采用全向收发天线的通信方式则无法满足要求。

传统的SPMA接入协议是针对全向收发天线设计的，全向接收天线在所有方向上的接收增益是相同的，接收信号会被来自各个方向上的信号干扰。因此，节点需要与周围所有一跳邻居共享无线信道。如果信道最大容量一定，那么单个节点能够发送的业务量与共享信道的节点数成反比。相比而言，定向天线具有很好的方向性隔离性，定向天线主瓣方向的增益远大于其他方向，能够实现空分。定向天线接收信号时，主要被覆盖范围内一跳邻居的发送信号干扰，即采用定向接收天线的节点只与定向天线覆盖的邻居共享信道资源。信道容量一定，共享信道的邻居数减少，则单个节点能够发送的数据量增大，从而网络总的吞吐量增大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种能够提高网络吞吐量，并且能够使网络吞吐量收敛至稳定的空分多址SDMA-SPMA多址接入***。本发明的另一目的是提供一种适用于定向接收天线的网络负载计算方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种空分多址SDMA-SPMA多址接入***，包括：SPMA协议处理单元、SDMA信号处理单元和收发天线，其特征在于：SPMA协议处理单元串联SDMA信号处理单元，SDMA信号处理单元通过发送天线和接收天线1…接收天线N构成节点***，具备全向发送天线和N个定向接收天线的网络成员通过全向发送和定向接收实现消息交互；SPMA协议处理单元统计单位时间内各定向接收天线收取的数据量，计算节点的信道接入时机，SDMA信号处理单元对SPMA协议处理单元发送的数据进行编译码、调制和解调，向网络成员发送收发数据，通过空分缩小定向接收天线共享信道的节点数；各网络成员通过信道统计消息的交互计算出网络负载，使用前一个统计周期的网络负载计算本统计周期节点接入信道的时延，节点利用各自计算得到的网络负载查表获取下个信道统计周期内本节点发送消息的时延；网络负载与信道接入时延之间的映射表通过在SPMA协议处理单元处初始化加载获取；网络成员周期计算网络负载，查询网络负载与信道接入时延映射表，得到本节点的信道接入时延，节点根据信道接入时延计算消息发送时机。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明采用定向接收天线实现空分，通过空分缩小共享信道的节点数。信道容量一定时，共享信道的节点数减少，单个节点能够发送的数据量则增大，进而可增大网络吞吐量。本发明各网络成员通过信道统计消息的交互计算出网络负载，使用前一个统计周期的网络负载计算本统计周期节点接入信道的时延，网络负载与信道接入时延之间的相互制约，最终可使网络吞吐量收敛至稳定。当***出现设备故障或条件改变时，不会引起协议的崩溃，而具有鲁棒性。相比于传统的基于优先级的多址接入SPMA协议，空分SPMA协议能够提高网络吞吐量，并且网络吞吐量不会随着业务量的增大而减小，因此，更加适用于自组织网络。

附图说明

图1是本发明空分多址SDMA-SPMA多址接入***原理示意图。

图2是定向接收天线接收消息的示意图。

图3是全向发送天线发送消息的示意图。

图4为网络成员采用空分SPMA多址接入方法发送业务消息的流程图。

图5为空分SPMA多址接入方法实例图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种空分多址SDMA-SPMA多址接入***，包括：SPMA协议处理单元、SDMA信号处理单元和收发天线单元，其中：SDMA信号处理单元具有编译码、调制/解调、数据收发功能；收发天线单元负责发送或接收无线信号。收发天线单元包括一个全向发送天线和N个定向接收天线，节点的定向接收天线负责接收覆盖方向上的无线信号，各定向接收天线的覆盖范围相加为全空域。SPMA协议处理单元串联SDMA信号处理单元，SDMA信号处理单元通过发送天线和接收天线1…接收天线N构成节点***，具备全向发送天线和N个定向接收天线的网络成员通过全向发送和定向接收实现消息交互；SPMA协议处理单元统计单位时间内各定向接收天线收取的数据量，计算节点的信道接入时机，SDMA信号处理单元对SPMA协议处理单元发送的数据进行编译码、调制和解调，向网络成员发送收发数据，通过空分缩小定向接收天线共享信道的节点数；各网络成员通过信道统计消息的交互计算出网络负载，使用前一个统计周期的网络负载计算本统计周期节点接入信道的时延，节点利用各自计算得到的网络负载查表获取下个信道统计周期内本节点发送消息的时延；网络负载与信道接入时延之间的映射表通过在SPMA协议处理单元处初始化加载获取；网络成员周期计算网络负载，查询网络负载与信道接入时延映射表，得到本节点的信道接入时延，节点根据信道接入时延计算消息发送时机。

网络中节点采用竞争机制接入信道，各自计算自己的接入时机，节点根据周期统计的网络负载计算本节点接入信道的时机；节点的信道接入时机到达后，利用全向发送天线将信号等功率发送至各个方向。

参阅图2。在可选实施例中，节点的定向接收天线和全向天线构成了网络拓扑，网络中包含节点1、节点2、节点3和节点4，4个网络成员，其中，节点1、节点3、节点4是节点2的一跳邻居，节点2通过定向天线接收邻居节点发送的消息，节点1、节点3、节点4通过全向天线发送消息。每个节点有一个全向发送天线和6个定向接收天线，网络中的节点通过定向天线接收消息。由于定向接收天线具有很好的方向隔离性，节点2的各定向接收天线只能接收覆盖范围内节点发送的消息。例如，节点2可以通过天线2接收节点3和节点4发送的消息，通过天线1接收节点1发送的消息。因此，天线2接收节点3和节点4发送的消息，通过天线1接收节点1发送的消息，节点2的各定向接收天线接收覆盖范围内节点发送的消息，通过定向天线接收邻居节点发送的消息，解包之后根据目的地址判断是否接收。

网络中每个节点都要周期进行信道负载统计，以节点2为例分析定向接收天线信道负载统计的过程。节点2要为每个定向接收天线进行信道负载统计，以天线2为例，在信道统计周期内，节点2要将通过定向接收天线2收到的数据量进行累加，并加上本节点在信道统计周期内发送的数据量，将得到的总数据量除以信道统计周期作为定向接收天线2单位时间内统计的信道负载，同理，节点2可以统计出其它5个定向接收天线的信道负载。

相比于全向接收天线而言，定向接收天线具有很好的方向隔离性。以节点2为例，如果采用全向接收天线，节点2需要与3个一跳邻居共享接入信道；采用图2所示的定向接收天线后，节点2在天线1覆盖范围内只与节点1共享信道，在天线2覆盖范围内与节点3和节点4共享信道。信道总容量是一定的，共享信道的节点数减少，单个节点能够发送的数据便可增大。网络中节点数相同，单个节点能够发送的数据量增大，则网络吞吐量也会增大。

参阅图3。在节点通过全向天线发送消息的过程中，节点2发送消息会影响邻居节点相应定向接收天线的接收，因此，节点2需要通过统计得到本节点以多大的数据速率发送消息才不会影响邻居节点对应定向天线正常接收数据。从图3中可以看出，节点2发送的无线信号会被节点1的天线1、节点3的天线2和节点4的天线3接收。因此，如果节点2的发送数据速率过大，会影响邻居节点相应定线天线的接收。

如果节点2获取邻居节点相应接收天线统计的信道负载，便可以调节自身的发送速率。因此，网络中的所有节点需要周期发送信道统计消息，发送时机为本节点信道统计周期结束前，信道统计消息携带的信息有节点的姿态、位置和6个定向接收天线统计的信道负载。正常情况下，网络中各成员在一个信道统计周期内总能收到所有一跳邻居发送的信道统计消息。以图3中的节点2为例，节点2根据收到的节点1、节点3和节点4的信道统计消息，可以得到邻居节点的姿态和位置信息，从而可以计算出本节点发送的无线信号会被邻居节点的哪个定向天线接收，从图3中可以看出，节点2发送的无线信号会被节点1的天线1、节点3的天线2和节点4的天线3接收。从节点1、节点3和节点4发送的信道统计消息中可以得到对应天线统计的信道负载。

根据短板效应，节点2的发送速率会首先影响信道负载最大的接收天线，因此需要选出天线1、天线2和天线3统计的信道负载的最大值，该最大值为节点2统计的网络负载。

同理，网络中其他3个节点也要周期计算本节点统计的网络负载。网络中各节点开机之后需要加载网络负载与信道接入时延对应关系表，节点根据周期计算的网络负载，可取出下个信道统计周期内发送每个消息前应等待的时间。网络负载与信道接入时延对应关系为，网络负载越大对应的时延也越大。

参阅图4。图2中的节点完成入网后，图2中节点的SPMA协议处理单元发送消息，应用层根据通信需求产生业务消息，放入队列，消息到达数据链路层后，按照排队规则放入队尾；消息到达后节点需要判断发送机是否空闲，如果发送机忙，即发送机正在发送消息，则继续发送先前的消息；如果发送机空闲则启动新的数据包发送流程。SPMA协议处理单元首先要判断消息队列是否不为空，如果消息队列为空，则等待应用层的消息到达，直到消息队列不为空；如果消息队列不为空，则取出队首消息，并根据本节点统计的网络负载计算发送时延；之后，利用网络负载计算消息发送的时机，判断发送时机是否达到，是则发送消息，否则，等待发送时机的到达，发送时机到达后，将待发送消息发送至物理信道；消息发送完毕之后，状态重新转到对发送机是否空闲的判断，进而实现节点周而复始地发送应用层产生的数据包。

参阅图5。为了便于计算一跳范围网络吞吐量，将图5设计为每个节点有4个定向接收天线和1个全向发送天线的一个分布均匀的拓扑结构。从图中可以看出，节点401的一跳邻居包括节点402、节点403、节点404和节点405，节点401的每个定向接收天线覆盖1个邻居节点。以节点401为例分析信道负载统计过程，节点401的定向天线406的覆盖范围内只有邻居节点402，因此天线406覆盖范围内的信道由节点401和节点402共享，基于公平性考虑，单个节点能够发送的最大业务量为C/2，故天线406统计的最大信道负载为C。同理节点401其他定向接收天线统计的信道负载的最大值也是C。由于图5所示各节点的拓扑结构相同，其他节点各定向接收天线统计的最大信道负载也是C。

在图5所示的分布式无线自组织网络拓扑场景下，设信道容量为C，节点定向接收天线的个数为N，覆盖全空域，节点一跳邻居个数均为M，均匀分布在节点周围，各节点业务量相等。采用全向发送全向接收天线通信时，一跳范围网络最大吞吐量为C；采用全向发送定向接收时，一跳范围网络吞吐量的计算方法为：如果M>N，一跳范围网络吞吐量为如果M≤N，一跳范围网络吞吐量为

图5中各节点通过各自的信道统计消息将本节点的姿态、位置及各定向接收天线统计的信道负载发送给一跳邻居，信道统计消息的发送周期与信道统计周期相同。以节点401为例，每个统计周期内节点401会发送它的信道统计消息，也能收到邻居402、403、404、405发送的信道统计消息。

以节点401为例分析网络负载计算过程，节点401根据自身和邻居节点的姿态和位置信息，可以计算出本节点发送的信号会影响邻居节点的哪个方向上的定向接收天线。节点401从邻居节点的信道统计消息中获取对应定向接收天线的信道负载，由信道负载统计过程可知，邻居节点402、403、404、405相应定向接收天线统计的最大信道负载均为C，因此，网络负载也是C。

图5中的节点利用各自计算得到的网络负载查表获取下个信道统计周期内本节点发送消息的时延，网络负载与消息发送时延对应表通过初始加载获取。网络吞吐量和消息发送时延之间是相互制约的，网络吞吐量过大对应下个统计周期内消息发送的时延大，从而使网络吞吐量降低，最终稳定到信道能够承受的最大容量。

图5所示网络拓扑及配置下，收敛后一跳范围内的网络吞吐量为收敛后一跳范围内的网络吞吐量为

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，凡是依据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空分多址SDMA-SPMA多址接入***，包括：SPMA协议处理单元、SDMA信号处理单元和收发天线，其特征在于：SPMA协议处理单元串联SDMA信号处理单元，SDMA信号处理单元通过发送天线和接收天线1…接收天线N构成节点***，具备全向发送天线和N个定向接收天线的网络成员通过全向发送和定向接收实现消息交互；SPMA协议处理单元统计单位时间内各定向接收天线收取的数据量，计算节点的信道接入时机，SDMA信号处理单元对SPMA协议处理单元发送的数据进行编译码、调制和解调，向网络成员发送收发数据，通过空分缩小定向接收天线共享信道的节点数；各网络成员通过信道统计消息的交互计算出网络负载，使用前一个统计周期的网络负载计算本统计周期节点接入信道的时延，节点利用各自计算得到的网络负载查表获取下个信道统计周期内本节点发送消息的时延；网络负载与信道接入时延之间的映射表通过在SPMA协议处理单元处初始化加载获取；网络成员周期计算网络负载，查询网络负载与信道接入时延映射表，得到本节点的信道接入时延，节点根据信道接入时延计算消息发送时机。

2.如权利要求1所述的空分多址SDMA-SPMA多址接入***，其特征在于：SDMA信号处理单元具有编译码、调制/解调、数据收发功能。

3.如权利要求1所述的空分多址SDMA-SPMA多址接入***，其特征在于：收发天线单元包括一个全向发送天线和N个定向接收天线，节点的定向接收天线负责接收覆盖方向上的无线信号，各定向接收天线的覆盖范围相加为全空域。

4.如权利要求1所述的空分多址SDMA-SPMA多址接入***，其特征在于：网络中节点采用竞争机制接入信道，各自计算自己的接入时机，节点根据周期统计的网络负载计算本节点接入信道的时机；节点的信道接入时机到达后，利用全向发送天线将信号等功率发送至各个方向。

5.如权利要求1所述的空分多址SDMA-SPMA多址接入***，其特征在于：节点的定向接收天线和全向天线构成了网络拓扑，网络中包含节点1、节点2、节点3和节点4，4个网络成员，其中，节点1、节点3、节点4是节点2的一跳邻居，节点2通过定向天线接收邻居节点发送的消息，节点1、节点3、节点4通过全向天线发送消息。

6.如权利要求1所述的空分多址SDMA-SPMA多址接入***，其特征在于：每个节点有一个全向发送天线和6个定向接收天线，网络中的节点通过定向天线接收消息，其中，天线2接收节点3和节点4发送的消息，通过天线1接收节点1发送的消息，节点2的各定向接收天线接收覆盖范围内节点发送的消息，通过定向天线接收邻居节点发送的消息，解包之后根据目的地址判断是否接收。

7.如权利要求1所述的空分多址SDMA-SPMA多址接入***，其特征在于：在信道统计周期内，节点2通过定向接收天线2将收到的数据量进行累加，并加上本节点在信道统计周期内发送的数据量，将得到的总数据量除以信道统计周期作为定向接收天线2单位时间内统计的信道负载，同理，节点2统计出其它5个定向接收天线的信道负载。

8.如权利要求1所述的空分多址SDMA-SPMA多址接入***，其特征在于：网络中各节点开机之后加载网络负载与信道接入时延对应关系表，节点根据周期计算的网络负载，取出下个信道统计周期内发送每个消息前应等待的时间。

9.如权利要求1所述的空分多址SDMA-SPMA多址接入***，其特征在于：节点完成入网后，节点的SPMA协议处理单元发送消息，本节点的应用层根据通信需求产生业务消息，发送至数据链路层后，按照排队规则放入队尾；消息到达后节点判断发送机是否空闲，如果发送机忙，即发送机正在发送消息，则继续发送先前的消息；如果发送机空闲，则启动新的数据包发送流程。

10.如权利要求1所述的空分多址SDMA-SPMA多址接入***，其特征在于：SPMA协议处理单元首先要判断消息队列是否不为空，如果消息队列为空，则等待应用层的消息到达，直到消息队列不为空；如果消息队列不为空，则取出队首消息，并根据本节点统计的网络负载计算发送时延；之后，利用网络负载计算消息发送的时机，判断发送时机是否达到，是则发送消息，否则，等待发送时机的到达，发送时机到达后，将待发送消息发送至物理信道；消息发送完毕之后，状态重新转到对发送机是否空闲的判断，进而实现节点周而复始地发送应用层产生的数据包。