CN103929276B - 一种无线体域网的速率自适应方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线体域网的速率自适应方法及系统，属于无线通信技术领域。该方法包括：根据信道的物理层帧的前导信息，计算数据比特的前导发送正确率；根据预设时间窗内数据帧的发送个数和ACK帧的接收个数，计算数据帧的发送成功率；根据所述数据比特的前导发送正确率和所述数据帧的发送成功率，计算数据发送成功率；根据所述数据发送成功率和第一预设阈值，对无线体域网的信道状况进行评估；根据所述无线体域网的信道评估结果，对所述无线体域网的速率进行自适应调整。该方法及系统可以在较短时间内，对信道状态进行较为精确的估计，从而对无线体域网的速率进行自适应调整。

Description

一种无线体域网的速率自适应方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种无线体域网的速率自适应方法及系统。

背景技术

随着物联网的不断发展，无线体域网的概念也随之出现。针对无线体域网通信距离较短，且同时需要高可靠性和低功耗的特点，需要设计一种速率自适应的方案来自动调整数据发送速率，在信道状况良好的情况下提高数据传输效率，在信道状况较差的情况下保证数据传输可靠性。

无线体域网可以根据信道估计的结果，来进行速率自适应调整。现有技术中，通过信道估计实现速率自适应的方法主要有两大类：一类是直接测量信道信息的方法；另一类是基于统计信息的方法。

直接测量信道信息，可以比较直观地获取CSI(Channel State Information，信道状态信息)，通常的做法可以是直接测量信道的相关参数，例如，信噪比(Signal NoiseRatio，SNR)，RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信号强度)或者BER(BitError Rate，比特误码率)。具体地，发送方在发送数据之前首先发送RTS(Request ToSend，请求发送)指令，接收方在收到RTS后测量信道的信噪比，然后选择相应的速率给发送方发送CTS(Clear To Send，清除发送)指令。这种方法的问题在于RTS/CTS帧采用固定的低速率发送，但是数据则采用可变速率发送，当采用高速率发送数据时，RTS/CTS帧的开销会显著降低吞吐量。并且，该方法的致命缺陷是SNR不容易直接测得，即使直接测得SNR也不准确，导致直接应用SNR来调整发送速率，很容易产生错误信息，效果并不理想。

基于统计信息的方法，采用对一段时间内的信息发送情况进行统计，例如比特误码率、接收的ACK(Acknowledgement Character，确认字符)个数以及获得的吞吐量，就可以大致分析出无线信道的状况。其中，ACK指在数据通信中，接收端发给发送端的一种传输类控制字符，表示发来的数据已确认接收无误。由于这种方法可以通过驱动程序在软件层面实现，应用十分广泛。基于统计信息的方法，主要包括统计吞吐量、统计FER(Fram ErrorRate，误帧率)以及ACK个数，其中，统计吞吐量的方法响应速度最慢，而统计ACK个数的方法响应速度最快，得到了较为广泛的应用。基于统计信息的方法可以获取较长时间内的信道状况，比直接测量的方法准确度高，但是响应速度慢，无法满足实际需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种无线体域网的速率自适应方法及系统，可以在较短时间内，对信道状态进行较为精确的估计，从而对无线体域网的速率进行自适应调整。

本发明实施例提供的技术方案如下：

一方面，提供了一种无线体域网的速率自适应方法，包括：

根据信道的物理层帧的前导信息，计算数据比特的前导发送正确率；

根据预设时间窗内数据帧的发送个数和ACK帧的接收个数，计算数据帧的发送成功率；

计算所述数据比特的前导发送正确率和所述数据帧的发送成功率的加权平均值，将该加权平均值作为数据发送成功率；

根据所述数据发送成功率和第一预设阈值，对无线体域网的信道状况进行评估；

根据所述无线体域网的信道评估结果，对所述无线体域网的速率进行自适应调整。

优选地，根据所述数据发送成功率和第一预设阈值，对无线体域网的信道状况进行评估包括：如果所述数据发送成功率大于第一预设阈值，并且在预设周期内所述数据发送成功率连续大于第一预设阈值达到预定次数，则将所述无线体域网的信道状况评估为稳定；否则，将所述无线体域网的信道状况评估为不稳定。

优选地，所述根据所述无线体域网的信道评估结果，对所述无线体域网的速率进行自适应调整包括：如果所述信道状况稳定，则提高所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变或者降低所述无线体域网的速率。

优选地，所述将所述无线体域网的信道状况评估为稳定后，所述方法还包括：获取信道的当前RSSI值，并根据所述信道的当前RSSI值确定是否提高所述无线体域网的速率；如果是，则提高所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变或者降低所述无线体域网的速率。

优选地，所述将所述无线体域网的信道状况评估为不稳定后，所述方法还包括：判断所述数据发送成功率是否小于第二预设阈值；如果是，则降低所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变。

另一方面，提供了一种无线体域网的速率自适应系统，包括：

第一计算模块，用于根据信道的物理层帧的前导信息，计算数据比特的前导发送正确率；

第二计算模块，用于根据预设时间窗内数据帧的发送个数和ACK帧的接收个数，计算数据帧的发送成功率；

第三计算模块，用于计算所述数据比特的前导发送正确率和所述数据帧的发送成功率的加权平均值，将该加权平均值作为数据发送成功率；

评估模块，用于根据所述数据发送成功率和第一预设阈值，对无线体域网的信道状况进行评估；

速率调整模块，用于根据所述无线体域网的信道评估结果，对所述无线体域网的速率进行自适应调整。

优选地，所述系统还包括：

第一判断模块，用于判断所述数据发送成功率是否大于第一预设阈值；

第二判断模块，用于在所述第一判断模块判断所述数据发送成功率大于第一预设阈值后，判断在预设周期内所述数据发送成功率大于第一预设阈值是否达到预定次数；

所述评估模块，还用于在所述第二判断模块判断在预设周期内所述数据发送成功率大于第一预设阈值达到预定次数后，将所述无线体域网的信道状况评估为稳定；否则，将所述无线体域网的信道状况评估为不稳定。

优选地，所述速率调整模块还用于在所述评估模块将所述无线体域网的信道状况评估为稳定后，提高所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变或者降低所述无线体域网的速率。

优选地，所述系统还包括：

获取模块，用于获取信道的当前RSSI值；

确定模块，用于根据所述信道的当前RSSI值确定是否提高所述无线体域网的速率；

所述速率调整模块，还用于在所述评估模块将所述无线体域网的信道状况评估为稳定后，且所述确定模块确定提高所述无线体域网的速率后，提高所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变或者降低所述无线体域网的速率。

优选地，所述系统还包括：

第三判断模块，用于在所述评估模块将所述无线体域网的信道状况评估为不稳定后，判断所述数据发送成功率是否小于第二预设阈值；

所述速率调整模块，还用于在所述第三判断模块判断所述数据发送成功率小于第二预设阈值后，降低所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变。

本发明实施例提供的无线体域网的速率自适应方法及系统，通过计算前导发送正确率和数据帧发送成功率进而计算出数据发送成功率，根据数据发送成功率和第一预设阈值，能够在较短时间内对无线体域网的信道状况进行较为精确的评估，从而对无线体域网的速率进行自适应调整。该方法及系统，响应速度快，准确率高，能够根据信道状况及时进行无线体域网的速率调整，有效提高信道利用率，并节约功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种无线体域网的速率自适应方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另外一种无线体域网的速率自适应方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的第三种无线体域网的速率自适应方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的第四种无线体域网的速率自适应方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的第五种无线体域网的速率自适应方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的一种无线体域网的速率自适应系统的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另外一种无线体域网的速率自适应系统的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的第三种无线体域网的速率自适应系统的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的第四种无线体域网的速率自适应系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

如图1至图5所示，无线体域网的速率自适应方法，可以包括以下步骤：

步骤101：根据信道的物理层帧的前导信息，计算数据比特的前导发送正确率。

对于每一帧数据都存在一个前导，因此，所统计的前导发送正确率是针对每一帧数据而言的。可以通过统计前导信息中的数据比特的前导发送个数，以及正确发送的个数，将正确发送的个数除以数据比特的前导发送个数得到前导发送正确率。

在本发明实施例中，优选针对无线体域网的物理层帧的90位的前导进行设计。由于接收端接收到的前导并不会和发送的前导完全一致，而前导的内容是收发双方约定好的，所以在接收端通过同步分析相关算法得出前导的位置后，对比接收到的数据和正确的前导相符的比例Rp，并且将Rp的值反过来反馈给发送端用于下一次的速率选择。

在本发明实施例中，每个终端都是可以同时接收和发送信息，因此，通过两个终端相互作用，不断互相调整对方的速率，从而保证更快、更有效地对速率进行调整。

步骤102：根据预设时间窗内数据帧的发送个数和ACK帧的接收个数，计算数据帧的发送成功率。

可以预设一个时间窗Tc，然后发送数据帧，并记录在这个预设时间窗内发出去的数据帧数，并且统计相应的ACK帧数，通过Ra＝ACK帧个数/发送帧个数，计算出ACK帧的比例Ra。

步骤103：根据数据比特的前导发送正确率和数据帧的发送成功率，计算数据发送成功率。

通过公式计算前导发送正确率和数据帧发送成功率的加权平均值，将该加权平均值作为数据发送成功率。其中，R指数据发送成功率，Rp指前导发送正确率，Ra指数据帧发送成功率，M指连续统计的数据发送帧数，a指权重系数，优选为0.5。

步骤104：根据数据发送成功率和第一预设阈值，对无线体域网的信道状况进行评估。

在本发明实施例中，可以根据对无线体域网信道情况的具体要求，预先根据需要设置第一预设阈值，在对信道稳定状况要求较高的场合，可以将第一预设阈值的数值设置得较大，否则，可以将第一预设阈值设置得较小。并根据步骤103计算得到的数据发送成功率和该第一预设阈值对无线体域网的信道状况进行评估。如果数据发送成功率大于第一预设阈值，并且在预设周期内数据发送成功率连续大于第一预设阈值达到预定次数，则执行步骤201将无线体域网的信道状况评估为稳定；否则，执行步骤202将无线体域网的信道状况评估为不稳定。

例如，可以将第一预设阈值Th1设置为0.8，将预定次数设置为3次，并且将数据发送成功率R大于第一预设阈值Th1的次数采用信用度表示，则预设周期等于预设时间窗Tc的3倍，也即3*Tc。将步骤103中计算出的数据发送成功率R与Th1比较，如果R大于TH1，则进一步判断信用度，如果信用度小于3，则将信用度加1；如果信用度等于3，则信用度自动清零，将提高速率信标Uflag置为1，认为可以提高速率；否则，当R小于等于Th1时，不再继续累加信用度，而是将信用度清零，但并不将提高速率标志Uflag置为1，判定不能提高速率。

步骤105：根据无线体域网的信道评估结果，对无线体域网的速率进行自适应调整。

具体地，如果步骤201中将信道状况评估为稳定，则可以执行步骤203提高无线体域网的速率；否则，可以执行步骤204保持无线体域网的当前速率不变或者降低无线体域网的速率。

为了保证信道评估结果的准确性，并根据信道状况对无线体域网的速率进行自适应调整，可以进一步引入RSSI值。具体可以在将无线体域网的信道状况评估为稳定后，执行步骤301获取当前信道的RSSI值，并根据信道的当前RSSI值确定是否提高无线体域网的速率；如果是，则提高无线体域网的速率；否则，保持无线体域网的当前速率不变或者降低所述无线体域网的速率。

在上述步骤202中将无线体域网的信道状况评估为不稳定后，上述方法还可以包括步骤302判断数据发送成功率是否小于第二预设阈值；如果是，则可以执行步骤303降低无线体域网的速率，同时将降低速率信标Dflag置为1，认为可以降低速率；否则，执行步骤304保持无线体域网的当前速率不变。其中，第二预设阈值可以根据对无线体域网信道稳定性的不同要求设置为不同的数值，本发明实施例中优选为0.7。

本发明实施例提供的无线体域网的速率自适应方法，通过计算前导发送正确率和数据帧发送成功率进而计算出数据发送成功率，根据数据发送成功率和第一预设阈值，能够在较短时间内对无线体域网的信道状况进行较为精确的评估，从而对无线体域网的速率进行自适应调整。该方法及系统，响应速度快，准确率高，能够根据信道状况及时进行无线体域网的速率调整，有效提高信道利用率，并节约功耗。

相应地，本发明实施例还提供了一种无线体域网的速率自适应系统，如图6所示，该系统可以包括：

第一计算模块401，用于根据信道的物理层帧的前导信息，计算数据比特的前导发送正确率；

第二计算模块402，用于根据预设时间窗内数据帧的发送个数和ACK帧的接收个数，计算数据帧的发送成功率；

第三计算模块403，用于根据数据比特的前导发送正确率和数据帧的发送成功率，计算数据发送成功率；

评估模块404，用于根据数据发送成功率和第一预设阈值，对无线体域网的信道状况进行评估；

速率调整模块405，用于根据无线体域网的信道评估结果，对无线体域网的速率进行自适应调整。

如图7所示，上述系统可以进一步包括：

第一判断模块501，用于判断数据发送成功率是否大于第一预设阈值；

第二判断模块502，用于在第一判断模块501判断数据发送成功率大于第一预设阈值后，判断在预设周期内数据发送成功率大于第一预设阈值是否达到预定次数；

评估模块404，还用于在第二判断模块502判断在预设周期内数据发送成功率大于第一预设阈值达到预定次数后，将无线体域网的信道状况评估为稳定；否则，将无线体域网的信道状况评估为不稳定。

其中，上述速率调整模块405还用于在评估模块404将无线体域网的信道状况评估为稳定后，提高无线体域网的速率；否则，保持无线体域网的当前速率不变或者降低无线体域网的速率。

如图8所示，上述系统可以进一步包括：

获取模块601，用于获取信道的当前RSSI值；

确定模块602，用于根据信道的当前RSSI值确定是否提高无线体域网的速率；

速率调整模块405，还用于在评估模块404将无线体域网的信道状况评估为稳定后，且确定模块602确定提高无线体域网的速率后，提高无线体域网的速率；否则，保持无线体域网的当前速率不变或者降低无线体域网的速率。

如图9所示，上述系统还可以包括：

第三判断模块701，用于在评估模块404将无线体域网的信道状况评估为不稳定后，判断数据发送成功率是否小于第二预设阈值；

速率调整模块405，还用于在第三判断模块701判断数据发送成功率小于第二预设阈值后，降低无线体域网的速率；否则，保持无线体域网的当前速率不变。

本发明实施例提供的无线体域网的速率自适应系统，通过计算前导发送正确率和数据帧发送成功率进而计算出数据发送成功率，根据数据发送成功率和第一预设阈值，能够在较短时间内对无线体域网的信道状况进行较为精确的评估，从而对无线体域网的速率进行自适应调整。该方法及系统，响应速度快，准确率高，能够根据信道状况及时进行无线体域网的速率调整，有效提高信道利用率，并节约功耗。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。其中，方法实施例中涉及的作为执行主体的各电路元件的连接关系，不限于系统实施例所示意性给出的具体电路连接，无论采用何种电路连接方式，只要能够实现相应的功能都落入本发明的保护范围。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线体域网的速率自适应方法，其特征在于，包括：

根据信道的物理层帧的前导信息，计算数据比特的前导发送正确率；

根据预设时间窗内数据帧的发送个数和ACK帧的接收个数，计算数据帧的发送成功率；

计算所述数据比特的前导发送正确率和所述数据帧的发送成功率的加权平均值，将该加权平均值作为数据发送成功率；

根据所述数据发送成功率和第一预设阈值，对无线体域网的信道状况进行评估；

根据所述无线体域网的信道评估结果，对所述无线体域网的速率进行自适应调整；

其中，根据所述数据发送成功率和第一预设阈值，对无线体域网的信道状况进行评估包括：如果所述数据发送成功率大于第一预设阈值，并且在预设周期内所述数据发送成功率连续大于第一预设阈值达到预定次数，则将所述无线体域网的信道状况评估为稳定；否则，将所述无线体域网的信道状况评估为不稳定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述无线体域网的信道评估结果，对所述无线体域网的速率进行自适应调整包括：如果所述信道状况稳定，则提高所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变或者降低所述无线体域网的速率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述无线体域网的信道状况评估为稳定后，所述方法还包括：获取信道的当前RSSI值，并根据所述信道的当前RSSI值确定是否提高所述无线体域网的速率；如果是，则提高所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变或者降低所述无线体域网的速率。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述无线体域网的信道状况评估为不稳定后，所述方法还包括：判断所述数据发送成功率是否小于第二预设阈值；如果是，则降低所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变。

5.一种无线体域网的速率自适应系统，其特征在于，包括：

第一计算模块，用于根据信道的物理层帧的前导信息，计算数据比特的前导发送正确率；

第二计算模块，用于根据预设时间窗内数据帧的发送个数和ACK帧的接收个数，计算数据帧的发送成功率；

第三计算模块，用于计算所述数据比特的前导发送正确率和所述数据帧的发送成功率的加权平均值，将该加权平均值作为数据发送成功率；

评估模块，用于根据所述数据发送成功率和第一预设阈值，对无线体域网的信道状况进行评估；

速率调整模块，用于根据所述无线体域网的信道评估结果，对所述无线体域网的速率进行自适应调整；

所述系统还包括：

第一判断模块，用于判断所述数据发送成功率是否大于第一预设阈值；

第二判断模块，用于在所述第一判断模块判断所述数据发送成功率大于第一预设阈值后，判断在预设周期内所述数据发送成功率大于第一预设阈值是否达到预定次数；

所述评估模块，还用于在所述第二判断模块判断在预设周期内所述数据发送成功率大于第一预设阈值达到预定次数后，将所述无线体域网的信道状况评估为稳定；否则，将所述无线体域网的信道状况评估为不稳定。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述速率调整模块还用于在所述评估模块将所述无线体域网的信道状况评估为稳定后，提高所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变或者降低所述无线体域网的速率。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

获取模块，用于获取信道的当前RSSI值；

确定模块，用于根据所述信道的当前RSSI值确定是否提高所述无线体域网的速率；

所述速率调整模块，还用于在所述评估模块将所述无线体域网的信道状况评估为稳定后，且所述确定模块确定提高所述无线体域网的速率后，提高所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变或者降低所述无线体域网的速率。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第三判断模块，用于在所述评估模块将所述无线体域网的信道状况评估为不稳定后，判断所述数据发送成功率是否小于第二预设阈值；

所述速率调整模块，还用于在所述第三判断模块判断所述数据发送成功率小于第二预设阈值后，降低所述无线体域网的速率；否则，保持所述无线体域网的当前速率不变。