低延迟和高可靠性是无线通信发展的重要趋势。新一代数据链路系统,战术目标网络技术,以及第五代移动通信技术,都对延迟和可靠性提出了更高的要求。在通信业务数据多样化的今天,传统媒质接入协议已经不能满足某些高精度业务的质量需求,基于优先级统计的多址接入协议（SPMA）凭借其出色的性能表现能够应用于这些系统。与传统的链路层媒质接入协议相比,SPMA协议可以为不同的业务提供不同的QoS保障,为高优先级业务提供超高的成功传输概率和超低的接入时延。但是对SPMA协议的模型描述、性能分析、协议优化等方面的研究还不完善。本文在饱和Ad Hoc网络场景下,以离散时间马尔可夫更新过程为通信节点建模,对SPMA协议的性能进行分析。通过构建不动点方程得到了SPMA协议的媒质接入概率,并进一步推导了分组成功传输概率、吞吐量和接入时延的理论表达式。仿真结果表明本文提出的模型理论误差小,对于理解SPMA系统的工作原理提供了新的思路。本文所取得的主要成果如下:1.从现有的文献中总结并提出了一种SPMA协议的系统模型,为网络中的通信节点构建了马尔可夫过程的分析框架,以计算饱和网络下SPMA协议的性能。根据节点所处状态及各状态逗留时间的不同,建立了对应的离散时间马尔可夫更新过程。通过构建不动点方程求解了媒质接入概率,并详细推导了分组成功传输概率、吞吐量和接入时延的数学表达式。利用Matlab仿真软件进行理论分析和协议模拟仿真。仿真结果表明,本文提出的模型误差较小,对分析SPMA协议是适用的。在仅进行跳频的条件下,并不能达到SPMA协议99%以上的成功率要求;只有在既跳频又跳时的条件下,才能满足SPMA协议对于99%成功率的要求。2.在同一优先级和区分优先级的系统中,SPMA协议性能表现不同。区分不同优先级的条件下,通过对系统中不同优先级参数的设置,SPMA可以为不同的优先级分组提供不同的QoS保障。仿真结果表明,信道接入阈值对不同优先级性能的影响是决定性的。同时,初始退避窗口长度和分组拆分突发数对不同优先级性能也存在一定的影响。并且,在损失一定低优先级分组性能的前提下,提高高优先级业务的性能,提升系统整体吞吐量。3.本文进一步探讨了一些网络关键参数对协议性能的影响。高优先级阈值的变化导致高优先级分组的吞吐量存在最优值,低优先级阈值的变化导致低优先级分组的吞吐量存在最优值,且二者都会对低优先级分组的接入时延造成指数级影响,选取阈值时需要注意避免不可接受的时延性能。初始退避窗口长度的增加会使媒质接入概率、分组成功传输概率、吞吐量趋于稳定。分组拆分突发数的增加会在节点数不同时对分组成功传输概率和吞吐量造成不同影响,需要不同的选择策略。4.本文设计了基于QoS保障的SPMA协议方案。方案保障高优先级分组优先得到服务,并且分组成功传输概率在99%以上。在此基础上,动态确定低优先级阈值,达到提升系统公平性、提高系统吞吐量的目的。仿真表明相较于固定阈值方案,本文提出的基于QoS保障的SPMA协议方案提高了系统的吞吐量。