CN106817199A - 一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法，该方法包括：发送端向接收端发送Beacon报文；接收端接收Beacon报文，检测得到Beacon报文的信噪比信息，将信噪比信息添加至Beacon报文中，将携带有信噪比信息的beacon报文发送至发送端；发送端接收携带有信噪比信息的beacon报文，从beacon报文中得到信噪比信息；接收端对信噪比信息进行自动平滑处理，将自动平滑处理后的信噪比信息保存至寄存器中；发送端依据信噪比信息从寄存器中存储的表格中选择发送速率，将选择出的发送速率作为向接收端发送数据的发送速率。该方法实现提高传输性能。

Description

一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法。
背景技术
通信网络系统中，相互通信的设备之间如果信道情况发生变化，则可以根据信道变化来改变调制速率，从而充分利用信道，获得最优的传输性能。当信道条件较差时，采用较低阶的调制方式，以保持通信连接；当信道条件变好时，则采用较高阶的调制方式，从而获得更高的传输速率。
自适应速率方法关键在于如何快速、有效的对速率进行切换。传统的自适应速率方案存在两个问题：(1)发送端初始速率选择的问题，初始速率选择太高，如果收发双方距离太远或者通信环境差，可能会导致初始发射的多次失败，才能达到合适的发送速率；选择速率太低，在每次的提速过程中又会浪费带宽，而且可能出现速率刚刚达到提速的条件，收发双方的通信已经完毕了，待下一次通信时，又只能从初始速率开始；(2)在收发双方无通信的情况下，不能及时的反应收发双方的距离变化，例如A，B两点一直在通信，整个过程信道一直被A，B占用，所以当C点相对A与B的位置发生变化时，A和B点并不能及时的感知，也就不能在发送端与C通信时选择一个合适的发送速率。因此传统的自适应速率方法的传输性能较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法，以实现提高传输性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法，该方法包括：
发送端向接收端发送Beacon报文；
接收端接收Beacon报文，检测得到Beacon报文的信噪比信息，将信噪比信息添加至Beacon报文中，将携带有信噪比信息的beacon报文发送至发送端；
发送端接收携带有信噪比信息的beacon报文，从beacon报文中得到信噪比信息；
接收端对信噪比信息进行自动平滑处理，将自动平滑处理后的信噪比信息保存至寄存器中；
发送端依据信噪比信息从寄存器中存储的表格中选择发送速率，将选择出的发送速率作为向接收端发送数据的发送速率。
优选的，所述表格为发送速率与信噪比信息的对照表格。
优选的，所述发送端依据信噪比信息从寄存器中存储的表格中选择与所述信噪比信息对应的发送速率。
优选的，所述发送端向接收端发送Beacon报文之前，还包括：
获取发送速率与信噪比信息的对照表格。
优选的，所述接收端依据平滑公式对信噪比信息进行自动平滑处理。
优选的，所述接收端接收Beacon报文，检测得到Beacon报文的信噪比信息之后，将信噪比信息添加至Beacon报文中之前，还包括：
将信噪比信息和发送端的MAC地址保存在接收端的MAC协议层。
优选的，所述将信噪比信息添加至Beacon报文中之后，还包括：
将发送端的MAC地址添加至Beacon报文中。
本发明所提供的一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法，发送端向接收端发送Beacon报文；接收端接收Beacon报文，检测得到Beacon报文的信噪比信息，将信噪比信息添加至Beacon报文中，将携带有信噪比信息的beacon报文发送至发送端；发送端接收携带有信噪比信息的beacon报文，从beacon报文中得到信噪比信息；接收端对信噪比信息进行自动平滑处理，将自动平滑处理后的信噪比信息保存至寄存器中；发送端依据信噪比信息从寄存器中存储的表格中选择发送速率，将选择出的发送速率作为向接收端发送数据的发送速率。可见，发送端在发送数据时，根据事先获得的本次发送的接收端接收自己的报文时的信噪比，来自动选择合适的发送速率，从而在保持通信连接时获得最大传输速率，如此发送端可根据接收端对自己发送报文的信噪比实时调整发送速率以获取最佳的传输性能，该方法能够准确和迅速的选择合适的传输速率，最大程度的利用通信带宽，提高传输速率，提高传输性能。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法的流程图；
图2为Beacon报文交换信噪比的过程示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法，以实现提高传输性能。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法的流程图，该方法包括：
S11：发送端向接收端发送Beacon报文；
S12：接收端接收Beacon报文，检测得到Beacon报文的信噪比信息，将信噪比信息添加至Beacon报文中，将携带有信噪比信息的beacon报文发送至发送端；
S13：发送端接收携带有信噪比信息的beacon报文，从beacon报文中得到信噪比信息；
S14：接收端对信噪比信息进行自动平滑处理，将自动平滑处理后的信噪比信息保存至寄存器中；
S15：发送端依据信噪比信息从寄存器中存储的表格中选择发送速率，将选择出的发送速率作为向接收端发送数据的发送速率。
可见，发送端在发送数据时，根据事先获得的本次发送的接收端接收自己的报文时的信噪比，来自动选择合适的发送速率，从而在保持通信连接时获得最大传输速率，如此发送端可根据接收端对自己发送报文的信噪比实时调整发送速率以获取最佳的传输性能，该方法能够准确和迅速的选择合适的传输速率，最大程度的利用通信带宽，提高传输速率，提高传输性能。
基于上述方法，具体的，所述表格为发送速率与信噪比信息的对照表格。
其中，发送端依据信噪比信息从寄存器中存储的表格中选择与信噪比信息对应的发送速率。
若表格中存在相同的信噪比信息，从表格中选择出相同的信噪比信息所对应的发送速率；若表格中不存在相同的信噪比信息，从表格中选择出小于信噪比信息的所有信噪比数值，从小于信噪比信息的所有信噪比数值中选择出最大的信噪比数值，选择最大的信噪比数值所对应的发送速率。
进一步的，步骤S11中，发送端向接收端发送Beacon报文之前，还包括：获取发送速率与信噪比信息的对照表格。
其中，发送端和接收端均为通信设备。
为了实现该自适应速率方法，需根据实际的通信设备实测得出一个发送速率和接收信号-噪声强度即信噪比的对照表格。准备两台通信设备，一台为发送端，另一台为接收端，将发送端的发送速率固定在一个速率等级，进行数据传送。传送时使收发双方的相对距离不断加大，以获得信噪比即信号-噪声强度的变化，同时实时记录信号-噪声强度和实际的通信带宽，将带宽最大值对应的信号-噪声强度作为与事先固定的发送速率的对照值。测试完所有的速率等级后，绘制成如下表所示的列表，作为参数保存下来。表1为发送速率和接收端信号-噪声强度对照表。
表1
tx_rate_level_1 rssi_1
tx_rate_level_2 rssi_2
tx_rate_level_3 rssi_3
tx_rate_level_4 rssi_4
tx_rate_level_5 rssi_5
tx_rate_level_6 rssi_6
tx_rate_level_7 rssi_7
tx_rate_level_8 rssi_8
需要说明的是，文中出现的信号-噪声强度都表示信噪比。
本方法中，通信设备发送端在发送数据时，根据事先获得的本次发送的接收端接收自己的报文时的信号-噪声强度，来自动选择合适的发送速率，从而在保持通信连接时获得最大传输速率，能够准确和迅速的选择合适的传输速率，最大程度的利用通信带宽，提高传输速率。
基于本方法，详细的，具体实施过程如下：
1)实测得出一个发送速率和接收信号-噪声强度的对照表格作为先验表；
2)A设备发送初始的Beacon报文来报告本机的存在；
3)B设备接收到A设备Beacon报文的同时会检测到对应的接收信号-噪声强度；
4)B设备在Beacon报文中添加A设备的接收信号-噪声强度信息并将其发出；
5)A设备收到B设备发送的Beacon报文后就知道B设备接收自己的报文时的信号-噪声强度，根据此信息从表格中选择合适的传输速率；
6)网络中存在多台设备时在Beacon报文添加不同设备的信号-噪声强度，则可以维护该设备与整个网络的所有节点之间的信道情况。
其中，A设备指发送端，B设备指接收端。
进一步的，步骤S12中，接收端接收Beacon报文，检测得到Beacon报文的信噪比信息之后，将信噪比信息添加至Beacon报文中之前，还包括：将信噪比信息和发送端的MAC地址保存在接收端的MAC协议层。
进一步的，将信噪比信息添加至Beacon报文中之后，还包括：将发送端的MAC地址添加至Beacon报文中。
具体的，先对信号-噪声强度的名称进行如下定义：RSSI_<rx_name>_<tx_name>,即指某个接收节点rx_name在接收发送节点tx_name的报文时的接收信号-噪声强度。例如：RSSI_A_B，指A在接收B报文时的接收信号-噪声强度，A将此值通过Beacon报文报告给B；RSSI_B_A，指B在接收A报文时的接收信号-噪声强度，B将此值通过Beacon报文报告给A。Beacon报文交换信号-噪声强度的过程如图2所示，图中的数字标记表示流程步骤的顺序标号。A代表A设备，为接收端；B代表B设备，为发送端。
其中，设备初始化完成后，所有节点既不知道自己接收其他节点报文时的接收信号-噪声强度，也不知道其他节点接收自己报文时的信号-噪声强度，都将以基本的发送速率发送Beacon报文向其他节点报告自己的存在。当某个点抢占到信道后，发送的Beacon报文不会包含其接收其他节点的信号-噪声强度。假设A节点抢到了信道，那么A将广播一个Beacon报文至网络中，B节点接收到这个Beacon报文后，将得到一个RSSI_B_A值，并将此值和A的mac地址对应保存在MAC协议层；此后，如果B在发送Beacon报文时，B的MAC协议层应该将RSSI_B_A和A的MAC地址加到Beacon报文中，广播出去。
A收到B的广播Beacon帧后，A的MAC协议层也会获得一个RSSI_A_B和B的MAC地址，A的MAC协议层将其对应保存后，在后续广播的Beacon帧一起广播出去；同时A的MAC协议层解析到B的Beacon报文中的RSSI_B_A和自己的MAC信息后，将RSSI_B_A和B的MAC地址保存至连接信息表的寄存器，再将单Beacon帧上报给上层协议。
至此A，B双方都已经获得了己方接收对方的信号-噪声强度和对方接收己方的信号-噪声强度，双方在通信时都将按照对方接收己方的信号-噪声强度在表1中的第二列中查找到比其小的最大值，找到对应的发送速率等级，以这个速率作为传送速率，例如A需要向B传送数据时，A将根据获得的RSSI_B_A值在表1中的第二列中找到比其小的最大值，获得这个值对应在第一列中的发送速率，将此发送速率作为给B传送数据的发送速率。
进一步的，步骤S14中，接收端依据平滑公式对信噪比信息进行自动平滑处理。其中，信噪比信息根据不同调制方式等参数，选择不同的平滑点数、系数进行自动平滑处理。
具体的，后续A与B在互相通信时均会获得新的接收信号-噪声强度值，接收端在获得新的接收信号-噪声强度后，将按照平滑公式进行平滑后，再保存至寄存器，其中Sn为新的接收信号-噪声强度值，为上一次平滑值，为平滑后得到的新值，α为平滑系数，α可由用户通过寄存器进行配置，例如A获得B的任何一个报文后，得到新的RSSI_A_B值，A将此值与寄存器中保存的RSSI_A_B值进行平滑，将平滑后的值保存至RSSI_A_B寄存器中，后续在发送Beacon报文时，连同B的MAC地址一起发送出去；B的MAC协议层收到这个Beacon报文后，将解析到RSSI_A_B保存至本地的RSSI_A_B寄存器中，并根据这个值更新所示连接节点信息表中A节点的tx_rate寄存器值，通过寄存器上报给CPU中的路由协议，其他的RSSI_A_X(X≠B)的值将会被丢弃，同样别的连接点在收到A的Beacon报文后，也仅仅只解析A针对自己的接收信号-噪声强度，其他值将会被丢弃。
其中，平滑公式进行自动平滑处理过程中，平滑系数α的选取和上一次平滑值的计算是关键点。在物理层带宽较大时，收发速率高，前后参与平滑的点数应该更多，反之减少；在信道变化剧烈的情况下，对于各参与平滑点的加权系数亦自动调整。
具体的，前文所述的速率选择都是基于双方已获得了对方接收己方的信号-噪声强度值，假设当某个节点未获得对方接收自己的信号-噪声强度值，基于这种情况，这个节点将暂时用自己接收对方的信号-噪声强度作为查表1的值，找出对应的发送速率，例如：A点需给B点传输数据，但是由于A暂未接收到B点的Beacon报文，即A的MAC协议层中对应的RSSI_B_A寄存器值没有意义，故A将暂时以RSSI_A_B作为查表值，找到对应的发送速率，A中的RSSI_A_B值在A请求发送数据给B时的值肯定是有意义的，因为A必须发现B的存在后才能向B传送数据。
具体的，当某个节点在没有获得接收其他节点的信号-噪声强度时，发送的Beacon报文中没有信号-噪声强度值；但当这个节点获得了其接收其他节点信号-噪声强度时，就必须将这个值和对方的MAC地址保存至Beacon报文中广播出去。假设节点A获得了节点B和C的报文后，需要发送Beacon报文，那么A必须将其获得的RSSI_A_B和RSSI_A_C值加入至Beacon报文体中，再广播出去。每个节点可以维护多个连接节点的信息，那么可在Beacon报文中增加多个MAC地址和对应的信号-噪声强度。
其中，所有相应的Beacon报文格式需要路由协议告知MAC协议层，MAC协议层在收到上层协议发送的Beacon报文时，将加入已获得的节点地址和接收信号-噪声强度值，再广播出去，接收端在收到Beacon报文后，MAC协议层将把报文体的节点地址和接收信号-噪声强度值移除，再将Beacon报文发送给上层的路由协议。
可见，本方法可以准确和及时的反应收发双方的位置和通信环境变化，迅速的选择合适的传输速率；在无通信的情况下，通过周期发送的Beacon报文就可以获得与周围节点的位置和通信环境变化；对信号-噪声强度进行自平滑处理，避免了信道环境剧烈变化时发送速率频繁切换；支持网络中多个节点相互通信时独立进行自适应速率切换。
以上对本发明所提供的一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于信噪比自平滑的自适应速率方法，其特征在于，包括：
发送端向接收端发送Beacon报文；
接收端接收Beacon报文，检测得到Beacon报文的信噪比信息，将信噪比信息添加至Beacon报文中，将携带有信噪比信息的beacon报文发送至发送端；
发送端接收携带有信噪比信息的beacon报文，从beacon报文中得到信噪比信息；
接收端对信噪比信息进行自动平滑处理，将自动平滑处理后的信噪比信息保存至寄存器中；
发送端依据信噪比信息从寄存器中存储的表格中选择发送速率，将选择出的发送速率作为向接收端发送数据的发送速率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表格为发送速率与信噪比信息的对照表格。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发送端依据信噪比信息从寄存器中存储的表格中选择与所述信噪比信息对应的发送速率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发送端向接收端发送Beacon报文之前，还包括：
获取发送速率与信噪比信息的对照表格。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端依据平滑公式对信噪比信息进行自动平滑处理。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述接收端接收Beacon报文，检测得到Beacon报文的信噪比信息之后，将信噪比信息添加至Beacon报文中之前，还包括：
将信噪比信息和发送端的MAC地址保存在接收端的MAC协议层。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将信噪比信息添加至Beacon报文中之后，还包括：
将发送端的MAC地址添加至Beacon报文中。
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