CN105049153B - 一种基于统计预测的速率自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于统计预测的速率自适应方法，包括步骤：于系统启动后，在不同的发送条件采用不同的窗口进行报文的发送，统计所述窗口发送所述报文的第一总数和所述窗口成功发送所述报文的第二总数；根据所述第一总数和所述第二总数，确定系统下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽；其中，所述窗口发送所述报文后，根据是否收到确认字符来判定所述报文是否成功发送。本发明提出了基于统计预测的速率自适应方法，对收发数据的统计能够很好的预测干扰；与传统的自适应算法相比，本方法实现速度快且稳定，并能够尽可能的利用高带宽。

Description

一种基于统计预测的速率自适应方法

技术领域

本发明涉及速率自适应领域，尤其涉及一种基于统计预测的速率自适应方法。

背景技术

802.11n可分为多进多出模式(MIMO)和单进单出模式(SISO)，其中MIMO对SNR要求较高，SISO对SNR要求较低。802.11n引入信道捆绑功能即将两个20MHz的信道绑定为一个40MHz的信道，提高传输带宽。802.11n在SISO模式下支持MCS0～MCS7，数字越大速率越大；802.11n在MIMO模式下支持MCS0～MCS15，数字越大速率越大。在远距离传输的时候选择合适的MCS0～MCS15，MIMO/SISO，20/40的值才能使802.11n的传输效率最高。

目前802.11n速率自适应算法有根据接收信号强度(RSSI，Received SignalStrength Indication)，误码率(BER，Symbol Error Rat)进行的速率自适应算法。在干扰比较厉害的环境中选用RSSI进行速率自适应，会导致速率波动较大，造成网络不稳定。使用BER进行速率自适应需要选择一个阈值，阈值大了计算速度慢，阈值小了会造成计算不准确。

发明内容

鉴于上述问题，本申请记载了一种基于统计预测的速率自适应方法，包括步骤：

于系统启动后，在不同的发送条件采用不同的窗口进行报文的发送，统计所述窗口发送所述报文的第一总数和所述窗口成功发送所述报文的第二总数；

根据所述第一总数和所述第二总数，确定系统下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽；

其中，所述窗口发送所述报文后，根据是否收到确认字符来判定所述报文是否成功发送。

较佳的，所述发送条件包括调制与编码策略、物理层技术以及频宽；

其中，所述调制与编码策略共有16种；所述物理层技术包括MIMO和SISO共两种；所述频宽包括20MHz和40MHz两种。

较佳的，根据所述第一总数和所述第二总数确定所述下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽的过程包括步骤：

统计不同的物理层技术以及频宽组合条件下，所述系统发送报文的平均发送成功率

其中平均发送成功率的计算公式为：

根据计算不同的物理层技术以及频宽组合条件下的统计结果；

其中，所述统计结果的计算公式为：

式中，m_k表示第k₀种调制与编码策略，所述调制与编码策略共有R₀种；表示第k₁种物理层技术，所述物理层技术共有R₁种；w_k2表示第k₂种频宽，所述频宽共有R₂种；B代表调节因子；表示在条件第k₀种调制与编码策略、第k₁种物理层技术以及第k₂种频宽下所述系统已经发送的报文数量，即所述第一总数；表示在条件第k₀种调制与编码策略、第k₁种物理层技术以及第k₂种频宽下所述系统已经成功发送的报文数量，即所述第二总数；表示在不同的物理层技术以及频宽组合条件下所述报文平均发送成功率；θ表示所述系统历史发送的所述报文数量；N表示所述系统历史成功发送的所述报文数量；表示在不同的物理层技术以及频宽组合条件下的所述统计结果；R₀、R₁、R₂、k₀、k₁、k₂、 θ、N均为大于0的正整数，其中k₀∈[1,R₀]，k₁∈[1,R₁]，k₂∈[1,R₂]；B∈(0,1)。

较佳的，在进行统计时，每个所述窗口的物理层技术和频宽相同，但是不同的所述窗口的物理层技术和频宽不同；在每个所述窗口下采用不同调制与编码策略的依次发送报文；每个所述窗口发送的报文数量为R₀的整数倍；此时所采用的窗口个数为R₁×R₂。

较佳的，根据所述第一总数和所述第二总数确定所述系统下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽的过程还包括步骤：

计算每个不同的物理层技术以及频宽组合条件下的所述统计结果的最大值；所述最大值所对应的物理层技术为第a种，频宽为第b种，第a种物理层技术和第b种频宽作为所述系统下次发送报文所采用的物理层技术和频宽；

其中，a和b为正整数，a∈[1,R₁]，b∈[1,R₂]。

较佳的，，根据所述第一总数和所述第二总数确定所述系统下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽的过程还包括步骤：

在判断所述最大值所对应的物理层技术为第a种、频宽为第b种后，计算各种调制与编码策略下报文平均发送成功率。：

其中，表示在调制与编码策略取第k₀种、物理层技术取第a种和频宽取第b种的条件下，在一个窗口内已经发送的报文；表示在在调制与编码策略取第k₀种、物理层技术取第a种和频宽取第b种的条件下，在一个窗口内已经成功发送的报文；其中σ为调制与编码策略的权衡因子，σ∈(0,1)；表示在调制与编码策略取第k₀种、物理层技术取第a种和频宽取第b种的条件报文平均发送成功率。

较佳的，在判断所述最大值所对应的物理层技术为第a种、频宽为第b种后计算各种调制与编码策略下报文平均发送成功率的过程中，在一个窗口下采用不同调制与编码策略的依次发送报文；其中，所述窗口采用第a种物理层技术和第b种频宽。

较佳的，根据所述第一总数和所述第二总数确定所述系统下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽的过程还包括步骤：

选取最大时所选用的调制与编码策略作为所述系统下次报文发送的调制与编码策略。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明提出了基于统计预测的速率自适应方法，对收发数据的统计能够很好的预测干扰；与传统的自适应算法相比，本方法实现速度快且稳定，并能够尽可能的利用高带宽。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明一种基于统计预测的速率自适应方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明基于统计预测的速率自适应方法进行详细说明。

如图1所示，一种基于统计预测的速率自适应方法，包括：

系统启动后，每个窗口均发送报文；其中，每个窗口的发动条件不同；

在一次统计过程中，统计在所有窗口发送报文的第一总数和所述窗口成功发送所述报文的第二总数；其中，窗口只发送一种报文，当发送报文后能够接收到ACK(确认字符)，认为报文发送成功，即成功发送的报文的总数为第二总数；

根据所述第一总数和所述第二总数，确定窗口下次发送报文所需的调制与编码策略M、物理层技术S和频宽W的取值，其中调制与编码策略M共有R₁种，物理层技术S共有R₀种，频宽W共有R₂种。

其中，所述系统共有win个窗口。win均为大于0的整数。

具体来说，对收发数据统计分析确认最佳的工作速率，即基于统计预测的速率自适应算法，需要使用(M，S，W)三元组，即报文的发送条件为(M，S，W)。M代表MCS(Modulationand CodingScheme，调制与编码策略)，取值范围M∈{MCS0,MCS1,...,MCS15}，即调制与编码策略有MCS0、MCS1、……、MCS15共16种，令正整数R₀的取值范围为{0,1,2,......,15}，R₀从小到大的取值依次对应所述调制与编码策略选取MCS0,MCS1,...,MCS15；S代表spatialmode(物理层技术)取值范围S∈{MIMO,SISO}，即系统的物理层技术能够采用MIMO和SISO两种，令正整数R₁的取值范围为{0,1}，s取0时表示选取MIMO，R₁取1时表示选取SISO；W代表频宽，取值范围为W∈{20,40}，即信号的频宽有20MHz和40MHz两种，令正整数R₂的取值范围为{0,1}，R₂取0是表示选取频宽20MHz，R₂取40时表示选取频宽40MHz。MCS 0～7使用单条空间流；当MCS＝7时，速率值最大；MCS 8～15使用两条空间流，当MCS＝15时，速率值最大。

802.11n中规定在发送报文前需要发送RTS，若对端接收成功需要回复CTS。本发明中RTS的和代表发送的报文，CTS的和代表接收成功的报文。因为S和W都只有2种取值，所以先预测S和W，再根据S和W的值预测M的值，最后得到最终预测的三元组(M，S，W)。

具体来说，系统启动后对每个窗口的(M，S，W)中的M、S、W进行预测。其中，系统在上述发送条件(M，S，W)历史下发送报文的总数N即RTS，系统在上述发送条件(M，S，W)历史下成功发送报文总数θ即CTS，发送报文成功率ρ＝θ/N。

具体来说，在根据所述第一总数和所述第二总数，确定系统的调制与编码策略M、物理层技术S和频宽W的取值时，包括步骤：

统计同一MCS且不同的S和W组合下，报文的平均发送成功率其中，窗口不同S和W组合也不同，即在每个窗口下对不同的MCS条件下对报文进行一次扫描发送。所以，此时win为4。值得注意的是，此时每个窗口的长度可以不同，但是均为16的倍数。

根据ρ(s,w)确定系统的调制与编码策略M、物理层技术S。

具体来说，同一MCS且不同的S和W组合下报文的平均发送成功率的计算公式为：

根据来获取同一MCS且不同的s和w组合的测量公式：

式中，m_k表示第k₀种调制与编码策略，所述调制与编码策略共有R₀种；表示第k₁种物理层技术，所述物理层技术共有R₁种；w_k2表示第k₂种频宽，所述频宽共有R₂；R₀代表调制与编码策略的种类数；B代表调节因子；表示在条件下系统扫描一次已经发送的报文数量，即第一总数；表示在条件下系统扫描一次已经成功发送的报文数量，即第二总数；N表示历史发送的所有报文数量；θ表示历史发送的且已经成功发送的报文数量；表示在系统扫描一次成功发送报文的速率；表示权衡因子，没有测试过的(m,s,w)会较小，带入后权衡因子会较大；μ(s,w)为同一MCS且不同的物理层技术S和频宽W的组合下的对应物理层技术S和频宽W的测量值。

即在统计下次系统所需的S和W时，不但需要统计该系统在历史所发送的所有报文数以及成功发送报文数，还要在此时测量条件下统计此次的成功率。此次的成功率的统计，是根据在不同的MCS、S、W条件下，采用不同的窗口来发送报文，统计此次的报文发送总数和成功发送报文总数。

在计算出同一MCS且不同的S和W的组合下的所有测量值并进行比较，获取最大测量值。所述最大测量值所对应的物理层技术S和频宽W即为下次系统发送报文时所需的物理层技术和频宽，此时所述最大测量值所对应的k₁和k₂的取值分别为a和b，其中a∈[1,R₁]，b∈[1,R₂]。

在预测到下次系统发送报文时所需的物理层技术和频宽后，对下次系统发送报文时所需的MCS进行预测。其预测公式为：

其中，表示在固定的MCS、S和W下，在一个窗口内已经发送的报文；表示在固定的MCS、S和W下，在一个窗口内已经成功发送的报文。其中共有16个，即不同的MCS都进行一次计算，但是此时k₁和k₂的取值分别为a和b，即S和W为固定的。其中σ为MCS的权衡因子，σ∈(0,1)。σ>0.5表示MCS的取值偏重历史统计结果，σ<0.5表示MCS的取值偏重本次统计结果。表示在固定的S和W下各个MCS中的报文平均发送成功率。

当M∈{MCS0,MCS1,...,MCS15}选取最大时即成功发送报文最多的一组，此时所选用的M作为MCS的预测值，即最大时所采用的调制与编码策略作为系统的下次报文发送的调制与编码策略。

即在统计下次系统所需的MCS时，不但需要统计该系统在历史所发送的所有报文数以及成功发送报文数，还要在此时测量条件下统计此次的成功率。此次的成功率的统计，是根据在不同的MCS以及固定的S的W条件下，采用同一窗口来发送报文，统计此次的报文发送总数和成功发送报文总数。

本发明提出了基于统计预测的速率自适应方法，对收发数据的统计能够很好的预测干扰。与传统的自适应算法相比，本方法实现速度快且稳定，并能够尽可能的利用高带宽。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (7)

1.一种基于统计预测的速率自适应方法，其特征在于，包括步骤：

于系统启动后，在不同的发送条件采用不同的窗口进行报文的发送，统计所述窗口发送所述报文的第一总数和所述窗口成功发送所述报文的第二总数；

根据所述第一总数和所述第二总数，确定所述系统下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽；

其中，所述窗口发送所述报文后，根据是否收到确认字符来判定所述报文是否成功发送；

根据所述第一总数和所述第二总数确定所述下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽的过程包括步骤：

统计每个不同的物理层技术以及频宽组合条件下，所述系统发送报文的平均发送成功率

其中平均发送成功率的计算公式为：

根据计算每个不同的物理层技术以及频宽组合条件下的统计结果；

其中，所述统计结果的计算公式为：

式中，m_k0表示第k₀种调制与编码策略，所述调制与编码策略共有R₀种；表示第k₁种物理层技术，所述物理层技术共有R₁种；w_k2表示第k₂种频宽，所述频宽共有R₂种；B代表调节因子；表示在条件第k₀种调制与编码策略、第k₁种物理层技术以及第k₂种频宽下所述系统已经发送的报文数量；表示在条件第k₀种调制与编码策略、第k₁种物理层技术以及第k₂种频宽下所述系统已经成功发送的报文数量；表示所述报文平均发送成功率；θ表示所述系统历史成功发送的所述报文数量；N表示所述系统历史发送的所述报文数量；表示所述统计结果；R₀、R₁、R₂、k₀、k₁、k₂、θ、N均为大于0的正整数，其中k₀∈[1,R₀]，k₁∈[1,R₁]，k₂∈[1,R₂]；B∈(0,1)。

2.根据权利要求1所述的基于统计预测的速率自适应方法，其特征在于，所述发送条件包括调制与编码策略、物理层技术以及频宽；

其中，所述调制与编码策略共有16种；所述物理层技术包括MIMO和SISO共两种；所述频宽包括20MHz和40MHz两种。

3.根据权利要求1所述的基于统计预测的速率自适应方法，其特征在于，在进行统计时，每个所述窗口的物理层技术和频宽相同，但是不同的所述窗口的物理层技术和频宽不同；在每个所述窗口下采用不同调制与编码策略依次发送报文；每个所述窗口发送的报文数量为R₀的整数倍；此时所采用的窗口个数为R₁×R₂。

4.根据权利要求1所述的基于统计预测的速率自适应方法，其特征在于，根据所述第一总数和所述第二总数确定所述系统下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽的过程还包括步骤：

计算每个不同的物理层技术以及频宽组合条件下的统计结果并进行比较，获取最大值；所述最大值所对应的物理层技术为第a种，频宽为第b种，第a种物理层技术和第b种频宽作为所述系统下次发送报文所采用的物理层技术和频宽；

其中，a和b为正整数，a∈[1,R₁]，b∈[1,R₂]。

5.根据权利要求4所述的基于统计预测的速率自适应方法，其特征在于，步骤根据所述第一总数和所述第二总数确定所述系统下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽还包括步骤：

在判断所述最大值所对应的物理层技术为第a种、频宽为第b种后，计算各种调制与编码策略下报文平均发送成功率：

其中，表示在调制与编码策略取第k₀种、物理层技术取第a种和频宽取第b种的条件下，在一个窗口内已经成功发送的报文；表示在在调制与编码策略取第k₀种、物理层技术取第a种和频宽取第b种的条件下，在一个窗口内已经发送的报文；其中σ为调制与编码策略的权衡因子，σ∈(0,1)；表示在调制与编码策略取第k₀种、物理层技术取第a种和频宽取第b种的条件下报文平均发送成功率。

6.根据权利要求5所述的基于统计预测的速率自适应方法，其特征在于，在判断所述最大值所对应的物理层技术为第a种、频宽为第b种后计算各种调制与编码策略下报文平均发送成功率的过程中，在一个窗口下采用不同调制与编码策略依次发送报文；其中，所述窗口采用第a种物理层技术和第b种频宽。

7.根据权利要求5所述的基于统计预测的速率自适应方法，其特征在于，根据所述第一总数和所述第二总数确定所述系统下次发送报文所需的调制与编码策略、物理层技术以及频宽的过程还包括步骤：

选取最大时所选用的调制与编码策略作为所述系统下次报文发送的调制与编码策略。