CN108702298A - 用于动态调适数据速率的方法 - Google Patents

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Abstract

在动态调适在无线通信网络中的终端设备发送期间的数据速率的框架下，对应于相应数据速率的预定义的传输配置文件分别与接收灵敏度相关联。服务器在连续的阶段中执行对所述传输数据速率的优化，并且相对于预定义的阈值根据帧传递比率来决定切换到新的阶段。服务器选择要由终端设备应用的传输配置文件，同时取决于执行所述优化的阶段而至少将预定义的边界保持在接收信号水平指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间。

Description

用于动态调适数据速率的方法
本发明涉及在LPWAN(“低功耗广域网络”)类型广域网络中的终端设备传输数据速率的动态调适。
物联网正在崛起。物联网表示互联网到物理世界中的事物和地点的扩展。鉴于互联网通常不扩展超出电子世界，物联网表示来自真实世界中存在的设备的信息和数据到互联网的交换，诸如例如用于收集用电量或用水量读数。物联网被认为是第三代互联网(称为Web 3.0)。物联网部分地负责要传输和存储的数据的量的当前增长，且因此产生被称为“大数据”的事物。物联网具有用于指定具有不同用途(例如用于工业、食品、电子健康或家庭自动化领域中)的所连接的物体的通用字符。
为使得通信对象能够在物联网的情况下通信，由操作者部署坐落于地理高点上的采集网关。除了维护操作之外，这些网关还通常是固定的和永久性的。例如可以使用SigFox(注册商标)或ThingPark(注册商标)网络的这种模型。这些采集网关与通信对象通信借助于LPWAN类型的中程或远程无线电通信系统，诸如例如LoRaWAN(注册商标，“远程广域网络”)技术，也已知为缩写“LoRa”(注册商标，“远程”)，其源自于促进远程广域网络LoRaWAN(注册商标)技术的联盟的名字。这些网关还用作通信对象与服务器(核心网络)之间的中继器，所述服务器被配置为处理由通信对象发送的信息或用于向所述通信对象发送命令。
由服务器向所述通信对象发送的此类命令例如涉及经由扩频因子(spreadfactor)SF进行的传输速率调整和/或传输功率(TxPower)水平调整，这因此使得能够应用自适应数据速率ADR策略。LPWAN类型的中程或远程无线电通信网络的一个特殊性是由服务器对每个通信对象的速率和/或传输水平作出选择，而非在所述通信对象与所述通信对象所连接的采集网关之间局部地进行选择。这种选择是在从所述通信对象接收的数据帧的接收信号强度指示(RSSI)的基础上作出的。然而，这需要服务器具有用于存储所接收的大量帧的接收信号强度指示RSSI的大量存储器资源，并且这是针对在所述服务器的控制下的每个通信对象而言的。
另外，自适应数据速率ADR策略的一个难点是避免通信对象的配置发生不合时宜的变化。
期望克服现有技术的更普遍地发生于无线通信网络中的这些缺陷。
本发明涉及一种用于在无线通信网络中动态调适终端设备的传输数据速率的方法，所述方法由所述网络中的服务器执行，对应于相应数据速率的预定义的传输配置文件分别与接收灵敏度相关联，所述接收灵敏度表示用于解码分别根据所述预定义的传输配置文件传输的信号的最小信号接收水平。所述方法使得服务器在连续的阶段中执行对所述传输数据速率的优化，并且每个阶段定义：要分析的帧的数量N、第一帧传递比率阈值TH1、低于所述第一阈值TH1的第二帧传递比率阈值TH2、第一边界M1和小于或等于所述第一边界M1的第二边界M2，使得每个阶段的所述数量N小于或等于后面阶段的所述数量N，每个阶段的所述第一边界M1小于或等于后面阶段的所述第一边界M1，并且每个阶段的所述第二边界M2小于或等于后面阶段的所述第二边界M2。另外，根据当前阶段执行优化，并且服务器执行以下步骤：保留针对在由所述终端设备传输的一系列N个帧中所接收的每个帧的接收信号强度指示；确定所述一系列N个帧的帧传递比率；当所确定的帧传递比率大于或等于当前阶段的所述第一阈值TH1时，切换到后面阶段，并且选择要应用于所述终端设备的传输配置文件，同时至少将当前阶段的第二边界M2保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间；当所确定的帧传递比率低于当前阶段的所述第一阈值TH1而高于当前阶段的所述第二阈值TH2时，选择要应用于所述终端设备的传输配置文件，同时将当前阶段的第一边界M1保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间；以及当所确定的帧传递比率低于或等于当前阶段的所述第二阈值TH2时，停止或重新初始化所述优化。因此，分阶段方法通过应用越来越多的受限制的边界来允许逐步优化所述终端设备的传输配置文件，且避免了所述终端设备的不合时宜的配置。
根据具体的实施方式，每个阶段进一步限定要被一系列N个帧拒绝的最差接收信号强度指示的数量K，且为保留在由终端设备传输的一系列N个帧中所接收的针对每个帧的接收信号强度指示，服务器存储所述一系列N个帧的接收信号强度的K+1个最差指示，并且服务器保留所存储的接收信号强度指示当中的最佳接收信号强度指示。因此，仅需存储所述一系列N个帧的K+1个最差接收信号强度指示，这在存储器资源消耗方面是有利的。
根据具体的实施方式，优化以不限定任何第二帧传递比率阈值TH2的初始化阶段开始。因此，初始化阶段使得能够发起优化。
根据具体的实施方式，优化以最后阶段结束，并且当根据最后阶段执行优化时：当所确定的帧传递比率高于或等于所述最后阶段的所述第一阈值TH1时，选择要应用于所述终端设备的传输配置文件，同时至少将最后阶段的第二边界M2保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间，并且请求所述终端设备降低传输功率水平。
根据具体的实施方式，传输数据速率由CSS(啁啾扩频)调制的扩频因子来表示。
根据具体的实施方式，无线通信网络是LPWAN类型的远程广域网络，无线通信网络将终端设备连接到用作与服务器连接的中继器的至少一个采集网关，并且服务器接收由每个采集网关中继的每个帧，所述每个帧与在接收到所述帧时由所述采集网关确定的接收信号强度指示相关联。
根据具体的实施方式，无线通信网络实现LoRaWAN协议。
本发明还涉及一种被配置为执行在无线通信网络中动态调适终端设备的传输数据速率的服务器，对应于相应数据速率的预定义的传输配置文件分别与接收灵敏度相关联，所述接收灵敏度表示用于解码分别根据所述预定义的传输配置文件传输的信号的最小信号接收水平。服务器被配置为在连续的阶段中执行对所述传输数据速率的优化，并且每个阶段定义：要分析的帧的数量N、第一帧传递比率阈值TH1、低于所述第一阈值TH1的第二帧传递比率阈值TH2、第一边界M1和小于或等于所述第一边界M1的第二边界M2，使得每个阶段的所述数量N小于或等于后面阶段的所述数量N，每个阶段的所述第一边界M1小于或等于后面阶段的所述第一边界M1，并且每个阶段的所述第二边界M2小于或等于后面阶段的所述第二边界M2。另外，当根据当前阶段执行优化时，服务器被配置为：保留针对在由所述终端设备传输的一系列N个帧中所接收的每个帧的接收信号强度指示；确定所述一系列N个帧的帧传递比率；当所确定的帧传递比率大于或等于当前阶段的所述第一阈值TH1时，切换到后面阶段，并且选择要应用于所述终端设备的传输配置文件，同时至少将当前阶段的第二边界M2保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间；当所确定的帧传递比率低于当前阶段的所述第一阈值TH1而高于当前阶段的所述第二阈值TH2时，选择要应用于所述终端设备的传输配置文件，同时将当前阶段的第一边界M1保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间；以及当所确定的帧传递比率小于或等于当前阶段的所述第二阈值TH2时，停止或重新初始化所述优化。
本发明还涉及一种计算机程序，其可以存储在介质上和/或从通信网络下载，以便由处理器读取。当所述程序由处理器执行时，这个计算机程序包括用于实现上文提到的方法的指令。本发明还涉及一种存储此类计算机程序的信息存储介质。
上文提到的本发明的特征以及其他特征将从示例实施方式的以下描述的阅读中更清楚地浮现，所述描述是参照附图给出的，其中：
-图1示意性地示出了其中可实现本发明的通信系统；
-图2示意性地示出了图1的通信系统的通信设备的硬件架构的示例；
-图3示意性地示出了在图1的通信系统中实现的协议架构的示例；
-图4示意性地示出了扩频因子与相应的接收灵敏度水平之间的查找表；
-图5示意性地示出了要在动态传输数据速率调适的情况下使用的阶段参数定义表；以及
-图6示意性地示出了在本发明的具体实施方式中的动态传输数据速率调适算法。
图1示意性地示出了其中可实现本发明的通信系统。
通信系统包括多个采集网关120、121、122、123。采集网关120、121、122、123与所述采集网关所附接的服务器130具有相应的通信链路。根据具体的实施方式，每个采集网关120、121、122、123整合了访问互联网的功能，并且所述常驻网关与服务器130之间的通信链路是基于IP协议(互联网协议，如规范性文件RFC 791中所定义的)的。
在通信系统中，应以帧的形式将消息从每个终端设备110、111发送到服务器130。所述服务器130用于控制并收集由终端设备110、111产生为可用的信息，并且采集网关120、121、122、123用于在终端设备110、111与服务器130之间进行中继。也可以以帧的形式经由采集网关120、121、122、123将消息(具体地，命令消息)从服务器130传输到终端设备110、111。更具体地，由服务器130向所述终端设备110、111发送的此类命令涉及传输速率调整，这因此使得能够应用自适应数据速率策略ADR，如下文参照图4到图6所描述的。可以经由扩频因子SF调整来执行传输速率调整。由服务器130向所述终端设备110、111发送的此类命令还可涉及传输功率水平TxPower调整。
为使得能够履行这种中继的作用，每个采集网关120、121、122、123均具有至少一个无线电接口，所述无线电接口使得所述采集网关能够依赖无线通信网络且优先根据LPWAN类型的通信技术与至少一个终端设备110、111通信。所述无线电接口例如为LoRa类型(注册商标)，因此使得能够在通信系统中实现LoRaWAN(注册商标)类型的数据传输协议。所述无线电接口使得终端设备可在多个采集网关的无线电通信范围内，这取决于所述终端设备相对于采集网关120、121、122、123的地理位置以及在所述终端设备和采集网关120、121、122、123的环境中的无线电传输条件。例如图1中的终端设备110是以下情况，即，该终端设备在采集网关120、121和122的无线电通信范围内。图1中的终端设备111就其本身而言在采集网关122和123的无线电通信范围内。下文参照图3描述了在通信系统中实现的用于使得终端设备110、111和服务器130能够经由采集网关120、121、122、123来通信的协议架构的示例。如果通信范围准许如此，并且如果服务器130配备有使得能够直接与终端设备110、111通信的无线电接口，则通信系统可以省掉采集网关120、121、122、123。
图2示意性地示出了图1中的通信系统的通信设备的硬件架构的示例。可在此类硬件架构的基础上建构每个终端设备110、111和/或每个采集网关120、121、122、123和/或服务器130。
通信设备包括通过通信总线210连接的以下各者：处理器或CPU(中央处理单元)201；随机存取存储器(RAM)202；只读存储器(ROM)203；存储单元或存储介质读取器，诸如SD(安全数字)卡读取器204或硬盘驱动器(HDD)；通信接口205；以及可选地另一通信接口206。
当图2中的通信设备表示通信系统的终端设备110、111时，通信接口205被配置为使得所述终端设备能够与通信系统的采集网关通信。应当注意的是，通信接口205可以被配置为使得所述终端设备能够直接与服务器130通信。
当图2中的通信设备表示通信系统的采集网关120、121、122、123时，通信接口205被配置为使得所述采集网关能够与通信系统的终端设备通信，而其他通信接口206被配置为使得所述采集网关能够与服务器130通信。
当图2中的通信设备表示服务器130时，通信接口205被配置为使得所述服务器130能够与采集网关120、121、122、123通信。应当注意的是，通信接口205可被配置为使得所述服务器130能够直接与通信系统的终端设备110、111通信。
处理器201能够执行从以下各者载入到RAM 202中的指令：ROM 203、外部存储器、存储介质、或通信网络。当对通信设备加电时，处理器201能够从RAM 202读取指令，并执行它们。这些指令形成计算机程序，所述计算机程序使得处理器201实现本文关于所讨论的通信设备所描述的算法和步骤的全部或一些。
因此，通过由可编程的机器(诸如，DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令，可以以软件的形式来实现本文所描述的算法和步骤的全部或一些。也可通过机器或专用部件(诸如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))以硬件的形式来实现本文所描述的算法和步骤的全部或一些。
图3示意性地示出了在图1的通信系统中实现的协议架构的示例。图3以分布的方式示出了终端设备110、采集网关120和服务器130之间的协议架构。
终端设备110包括顶层311和底层313以及形成顶层311与底层313之间的链路的中间层312。顶层311是客户端应用程序。中间层312实现终端设备110与服务器130之间的交换协议，所述交换协议例如为LoRaWAN(注册商标)类型。底层313是终端设备110的无线电接口(例如，为LoRa(注册商标)类型)的物理层(PHY)，其使得所述终端设备110能够与通信系统的采集网关(诸如例如，采集网关120)通信。
服务器130包括顶层331和底层333以及形成顶层331与底层333之间的链路的中间层332。顶层331是服务器应用程序。中间层332实现服务器130与终端设备110、111之间的交换协议，所述交换协议例如为LoRaWAN(注册商标)类型。底层333是服务器接口130的物理层(PHY)，其使得能够与采集网关120、121、122、123通信。
采集网关120包括第一底层322和第二底层323以及调适模块321。第一底层322是采集网关120的无线电接口的物理层(PHY)，其使得能够与通信系统的终端设备(诸如例如，终端设备110)通信。第二底层323是采集网关120的接口的物理层(PHY)，其使得能够与服务器130通信。调适模块321被配置为将经由第一底层322接收的消息转换为适合第二底层323的消息，且反之亦然。在此转换期间，采集网关120可用补充信息(诸如例如，在接收到所述消息时由所述采集网关120确定的接收信号强度指示RSSI)来丰富所述消息。
图3中所示的协议架构使得终端设备110的中间层312经由采集网关120依赖终端设备110和服务器130的相应底层来与服务器130的中间层332通信。图3中所示的协议架构进一步使得终端设备110的顶层311依赖终端设备110和服务器130的相应中间层312、332来与服务器130的顶层331通信。
可具体地通过协议堆栈来补充所示的协议层和模块，所述协议堆栈使得服务器130能够与采集网关120进行交换，具体地，使得服务器130能够配置采集网关120。
图4示意性地示出了预定义的传输配置文件(对应于相应的预定义的数据速率)与相应的接收灵敏度水平SL之间的查找表。在图4中的表中，传输配置文件由CSS(ChirpSpread Spectrum，啁啾扩频)调制中所使用的相应的扩频因子SF来表示。接收灵敏度水平SL等效于最小接收信号水平，以便使得能够解码分别根据所述预定义的传输配置文件传输的信号。
因此，图4中的查找表针对以下一组六个扩频因子SF来定义接收灵敏度水平SL：SF12、SF11、SF10、SF9、SF8和SF7。更具体地，这六个扩频因子SF对应于LoRaWAN(注册商标)协议中所定义的扩频参数。此处以扩频因子SF所对应的数据速率的递增次序呈现了所述扩频因子SF。
因此，如果例如由终端设备传输的帧被采集网关以等于-129dBm的接收信号强度指示RSSI接收，同时所述终端设备使用对应于SF12的扩频因子SF，则可以推断：可以由所述采集网关针对对应于SF11或SF10或SF9的传输扩频因子SF来接收此帧。通过接受相对于极限灵敏度水平的3dBm的边界，优化将包括使所述终端设备使用对应于SF10的传输扩频因子SF。
为了改进对终端设备的传输参数的优化且避免所述终端设备的配置发生不合时宜的变化，提出了以下内容：在连续的阶段中发生优化，使得根据来自所述终端设备的帧的传递比率来决定每个阶段切换；以及所述阶段切换伴随积分时间的增加以便确定所述帧传递比率以及要实现的帧传递比率的增加，以便实现新的阶段切换和要遵守的边界的减小(与对应于实际选择的传输配置文件的极限灵敏度水平相比较)。下文参照图5描述了示出针对由服务器130控制的每个终端设备来定义各种阶段的各种参数的示例。
因此，图5示意性地示出了要在传输的数据速率被动态调适的情况下使用的定义阶段的参数的表。
在图5中的表中，以时间次序(chronological order)展示了各种阶段，其中可以在对所关注的终端设备的传输参数进行优化的情况下使用所述阶段。
图5中的表包括七个列。
第一列针对每个阶段提供阶段标识符ID。
第二列针对每个阶段提供以下信息，即，该信息将待考虑以用于确定下次用于服务器130的数据损失率(或帧传递比率)的数量N表示为指标，该指标用于决定使优化基于当前阶段、或使优化基于后面阶段、或可选地停止或重新初始化所述优化。因此，数量N针对每个阶段定义一系列帧，该一系列帧将被分析以用于实施优化。应当注意的是，每个阶段的所述数量N小于或等于后面阶段的所述数量N，以便在阶段切换时增加(或稳定)积分时间。
第三列提供第一帧传递比率阈值TH1，其中，超出所述第一帧传递比率阈值TH1时，服务器130决定使优化基于后面阶段。以等效的方式，第一阈值TH1可以是数据损失率阈值，其中，低于所述数据损失率阈值时，服务器130决定使优化基于后面阶段。
第四列提供第二帧传递比率阈值TH2，其中，低于所述第二帧传递比率阈值TH2时，服务器130决定停止或重新初始化所述优化，第二阈值TH2然后针对每个阶段而严格地低于第一阈值TH1。以等效的方式，第二阈值TH2可以是数据损失率阈值，其中，超出所述数据损失率阈值时，服务器130决定停止或重新初始化所述优化，第二阈值TH2然后针对每个阶段而严格地高于第一阈值TH1。
第五列针对被分析的一系列N个帧提供表示最差接收信号强度指示RSSI的数量K的信息，这些最差接收信号强度指示RSSI应被拒绝以便确定被分析的所述一系列N个帧的最小接收信号强度指示RSSI。
第六列提供表示第一边界M1的信息，该第一边界M1将保持在所确定的最小接收信号强度RSSI以及与(根据图4中的表)在切换到后面阶段时通过优化所选择的扩频因子SF对应的接收灵敏度水平SL之间。
第七列提供表示第二边界M2的信息，该第二边界M2将保持在所确定的最小接收信号强度RSSI以及(根据图4中的表)与当优化保持当前阶段时通过优化所选择的扩频因子SF对应的接收灵敏度水平SL之间。
图5中的表包括多个阶段，且说明性地包括四个阶段。这些阶段是按可以通过优化来切换所述阶段的次序列出的。
首先，图5中的表包括初始化阶段(其标识符ID具有值“1”)，对于所述初始化阶段而言，不存在第二帧传递比率阈值TH2的定义，其中，低于所述第二帧传递比率阈值TH2时，服务器130决定停止或重新初始化所述优化。在变体中，对于所述初始化阶段而言，也可以具体地根据所述初始化阶段的参数N来定义第二帧传递比率阈值TH2。在图5中的示例中，对于初始化阶段而言：参数N具有值“1”，因此第一阈值TH1为100％，参数K具有值“0”，第一边界M1具有值20dB，且第二边界M2具有值10dB。
接下来，图5中的表包括两个中间阶段(其标识符ID分别具有值“2”和“3”)。在图5中的示例中，对于标识符ID的值为“2”的中间阶段而言：参数N具有值“10”，第一阈值TH1具有值90％，第二阈值TH2具有值“70％”，参数K具有值“1”，第一边界M1具有值12dB，且第二边界M2具有值6dB。在图5中的示例中，对于标识符ID的值为“3”的中间阶段而言：参数N具有值“100”，第一阈值TH1具有值95％，第二阈值TH2具有值75％，参数K具有值“3”，第一边界M1具有值“6”dB，第二边界M2具有值3dB。
最后，图5中的表包括最后阶段(其标识符ID具有值“4”)，对于所述最后阶段而言，在切换到后面阶段时不使用第一边界M1(因为不存在超出最后阶段的任何阶段)，但第一边界M1被用于决定请求所关注的终端设备降低由所述终端设备使用的传输功率水平。在变体中，最后阶段不包括第一边界M1的任何定义，而是仅包括第二边界M2的定义。当确定由所述终端设备应用的传输配置文件时，服务器130然后关于最后阶段系统性地应用第二边界M2(见下文参照图6的细节)。如图5中所示出，一种等效方法包括将第一边界M1和第二边界M2固定于相同的值。在图5中的示例中，对于最后阶段而言：参数N具有值“300”，第一阈值TH1具有值98％，第二阈值TH2具有值“75％”，参数K具有值“10”，第一边界M1具有值3dB，且第二边界M2具有值3dB。
因此，对于每个终端设备(服务器130被致使控制所述终端设备以便应用自适应数据速率策略ADR)而言，服务器130存储表示所述终端设备能否对其传输参数进行动态调适这一事实的信息。并且，当所述终端设备使得能够对其传输参数进行此类动态调适时，服务器130存储当前已达到的对所述终端设备的传输参数进行优化的阶段的标识符以及当前由所述终端设备使用的扩频因子SF，并且可选地存储当前由所述终端设备使用的传输功率水平TxPower。另外，服务器130将缓冲器分配用于存储被分析的一系列帧的K+1个(因此取决于实际已达到的对所述终端设备的传输参数进行优化的阶段)最差接收信号强度指示RSSI，以便使得服务器130能够最终仅保留对于被分析的整个系列的帧而言相关的一个接收信号强度指示RSSI。
应当注意的是：每个阶段的所述数量N小于或等于后面阶段的所述数量N；每个阶段的所述第一边界M1小于或等于后面阶段的所述第一边界M1；并且每个阶段的所述第二边界M2小于或等于后面阶段的所述第二边界M2。另外，除了用来发起优化的初始化阶段之外，每个阶段的第一帧传递比率阈值TH1都低于或等于后面阶段的第一帧传递比率阈值TH1，并且每个阶段的第二帧传递比率阈值TH2都低于或等于后面阶段的第一帧传递比率阈值TH2。因此，随着优化在阶段当中的进展，用于实现阶段切换的标准越来越严格。
图5中的表的参数值通常凭经验和/或通过模拟来定义，并且是固定的以便限制所关注的终端设备的任何不合时宜的重新配置。
还应当注意的是，服务器130有可能具有多个阶段参数定义表，并且服务器130例如根据所述终端设备的类型(容量、功能等)将其中一个表用于优化一个或多个终端设备的传输参数以及将另一个表用于优化一个或多个其他终端设备的传输参数。
图6示意性地示出了在本发明的具体实施方式中由服务器130实现的用于动态调适终端设备的传输数据速率的算法。作为说明，让我们考虑服务器130希望在图1中的通信系统的情况下优化终端设备110的传输参数。
在开始图6中的算法时，考虑服务器130和终端设备110能够执行对终端设备110的传输参数的优化。通信系统使得服务器130和所附接的所有终端设备能够执行对所述终端设备的传输参数的优化；或者考虑通信系统是非均质的，这意味着其可包括不能够执行此类优化的设备。在后一种情况下，每个帧头部FH包括字段FH.ADR(例如，呈单个比特的形式)，所述字段指示设备(服务器或终端设备)是能够(比特处于“1”)还是不能够(比特处于“0”)执行此类优化。因此，帧的交换使得服务器130和每个所关注的终端设备能够知道是否有可能动态调适传输数据速率。
在步骤601中，服务器130激活对终端设备110的传输参数的优化。因此，初始化阶段被选择用于终端设备110。
在后面的步骤602中，服务器130初始化对终端设备110的传输参数的优化。具体地，服务器130使缓冲器可用于存储未来一系列的帧的K+1个最差接收信号强度指示RSSI(在图5中的阶段参数定义表中，K被选择为对应于初始化阶段)。如果终端设备110当前使用(例如，默认情况下)不为服务器130先验已知的传输速率值(即，扩频因子值SF)，则服务器130向终端设备110发送请求终端设备110应用由服务器130选择(例如，默认情况下)的传输配置文件的命令。在LoRaWAN协议中，此命令采取LinkADRReq类型的MAC(介质存取控制)消息的形式。例如，终端设备110应用预定义的传输配置文件与相应的接收灵敏度水平SL之间的查找表中与最低数据速率相关的传输参数(例如，在图4的情况下的SF12)。此外，服务器130将计数器Nb_Rx_Frames初始化为零，所述计数器旨在对从终端设备110接收的不同的帧的数目进行计数。
在后面的步骤603中，服务器130检查所述服务器130是否已从终端设备110接收到新的帧。如已经说明的，在LPWAN类型的通信的情况下，至少一个采集网关用作终端设备110与服务器130之间的中继器。因此，服务器130能够接收由终端设备110发送的同一个帧的多个副本。每个帧包括由所述帧的发送者选择的序列号，以允许在由所述发送者发送的其他帧当中区分出所述帧。序列号可以是传输帧计数器值。然后，服务器130能够消除从用作中继器的采集网关接收的帧中的成对物(doublet)。然后，服务器130自此以后保留这些成对物当中的最差接收信号强度指示RSSI。为此，在由采集网关从终端设备接收的每个帧处，所述采集网关确定所述帧的接收信号强度，并向服务器130供应与所述帧相关联的对应的接收信号强度指示RSSI。因此，如果服务器130已从终端设备110接收到新的帧，则执行步骤604；否则，重复步骤603，直到从终端设备110接收到新的帧。
在步骤604中，服务器130将计数器Nb_Rx_Frames递增一个单位。
在后面的步骤605中，服务器130检查步骤603处接收的帧的接收信号指示RSSI是否在所分析的一系列帧的K+1个最差接收信号强度指示RSSI当中。如果是这样的话，则执行步骤606；否则，执行步骤607。
在步骤606中，服务器130将从步骤603处接收的帧中获得的接收信号强度指示RSSI存储在可用于此目的的缓冲器中。如果所述缓冲器现在包含K+1个接收信号强度指示RSSI，则服务器130从所述缓冲器中移除存储在其中的最佳接收信号强度指示RSSI，然后将针对步骤603处接收的帧所获得的接收信号强度指示RSSI存储在所述缓冲器中。接下来，执行步骤607。
在步骤607中，服务器130检查是否已达到针对当前阶段要分析的一系列N个帧的终点。服务器130可以通过以下步骤来确定已由终端设备110发送了多少个帧：将包括在由服务器130接收的对于一系列N个帧而言的第一个帧中的传输帧计数器值与包括在由服务器130从终端设备110接收的最后一个帧中的传输帧计数器值相比较。在LoRaWAN协议中，传输帧计数器的这些值被输入到所述帧的相应帧头部FH的字段FH.FCNT中。如果已达到针对当前阶段要分析的一系列N个帧的终点，则执行步骤608；否则，重复步骤603直到从终端设备110接收到新的帧。
在步骤608中，服务器130确定当前阶段要分析的一系列N个帧上的数据损失率或帧传递比率FDR。通过将实际接收的帧的数量(如由计数器Nb_Rx_Frames的当前值来表示)除以N来确定帧传递比率FDR。通过用将N与实际接收的帧的数量(如由计数器Nb_Rx_Frames的当前值来表示)之间的差除以N来确定就其本身而言的数据损失率。
在后面的步骤609中，服务器130检查在步骤608处所确定的帧传递比率FDR是否小于或等于针对当前阶段所定义的第二阈值TH2。应当注意的是，如果考虑数据损失率，则服务器130检查所述数据损失率是否高于或等于针对当前阶段所定义的第二阈值TH2。如果在步骤608处所确定的帧传递比率FDR小于或等于针对当前阶段所定义的第二阈值TH2，则执行步骤610；否则，执行步骤611。应当注意的是，当未针对初始化阶段定义第二阈值TH2并且当前阶段是初始化阶段时，算法直接从步骤608移到步骤611。
在步骤610中，服务器130停用(或停止)对终端设备110的传输参数的优化，并且释放已被分配用于所述优化的资源，具体地，释放旨在存储在每一系列N个帧中从终端设备110接收的帧当中的K+1个接收信号强度指示RSSI的缓冲器。然后，在检查到终端设备110应用由服务器130选择(例如，默认情况下)的传输配置文件之后，终止图6中的算法。在变体实施方式中，服务器130重新初始化从第一阶段开始的优化，并且执行步骤602。
在步骤611中，服务器130检查在步骤608处所确定的帧传递比率FDR是否低于针对当前阶段所定义的第一阈值TH1。应当注意的是，如果考虑数据损失率，则服务器130检查所述数据损失率是否高于针对当前阶段所定义的第一阈值TH1。如果在步骤608处所确定的帧传递比率FDR低于针对当前阶段所定义的第一阈值TH1，则执行步骤612；否则，执行步骤613。
在步骤612中，服务器130选择对应于传输参数的传输配置文件，使得对应的接收灵敏度SL(根据预定义的传输配置文件与相应的接收灵敏度水平SL之间的查找表)满足以下关系：
RSSIK+1-M2≤SL
其中，RSSIK+1表示在存储于上述缓冲器中的K+1个接收信号强度指示RSSI当中的最佳接收信号强度指示RSSI，且K和M2取决于当前阶段。为了获得RSSIK+1，使服务器130从上述缓冲器中移除存储在其中的K个最差接收信号强度指示RSSI已足够。传输配置文件优选地被选择为使得预定义传输配置文件的接收灵敏度SL当中的对应的接收灵敏度SL(根据传输参数与相应的接收灵敏度水平SL之间的查找表)满足以上关系并且与RSSIK+1-M2具有最小差异。然后，如果所选择的预定义的传输配置文件不同于当前正由终端设备110使用的传输配置文件，则服务器130将在步骤612处所选择的预定义的传输配置文件通知给所述终端设备110。在LoRaWAN协议的情况下，服务器130使用linkADRReq类型的消息来完成此通知。接下来重复步骤602，从而保持相同的阶段。将旨在存储K+1个最差接收信号强度指示RSSI的缓冲器清空，将计数器Nb_Rx_Frames重置为零，并且分析新系列的N个帧。
在步骤613中，服务器130检查是否已达到最后阶段(图5中的表的最后一行)。如果已达到最后阶段，则执行步骤616；否则，执行步骤614。
在步骤614中，服务器130选择对应于传输参数的传输配置文件，使得对应的接收灵敏度SL(根据预定义的传输配置文件与相应的接收灵敏度水平SL之间的查找表)满足以下关系：
RSSIK+1-M1≤SL
其中，K和M1取决于当前阶段。传输配置文件优选地被选择为使得预定义传输配置文件的接收灵敏度SL当中的对应的接收灵敏度SL(根据预定义的传输参数与相应的接收灵敏度水平SL之间的查找表)满足以上关系并且与RSSIK+1–M1具有最小差异。然后，如果所选择的预定义的传输配置文件不同于当前正由终端设备110使用的传输配置文件，则服务器130将在步骤614处所选择的预定义的传输配置文件通知给所述终端设备110。在LoRaWAN协议的情况下，服务器130使用linkADRReq类型的消息来完成此通知。
在后面的步骤615中，服务器130选择下一个阶段。然后，重复步骤602。将旨在存储K+1个最差接收信号强度指示RSSI的缓冲器清空，如果新阶段的参数K的值不同于前一阶段的参数K的值，则更新所述存储器的大小，将计数器Nb_Rx_Frames重置为零，并且分析新系列的N个帧，参数N的值与新阶段一致。
在步骤616中，如果对应的接收灵敏度SL(根据预定义的传输配置文件与相应的接收灵敏度水平SL之间的查找表)满足以下关系，则服务器130选择对应于传输参数的预定义的传输配置文件，其中，对应的接收灵敏度SL满足的关系为：
RSSIK+1-M1≤SL
其中，RSSIK+1表示在存储于上述缓冲器中的K+1个接收信号强度指示RSSI当中的最佳接收信号强度指示RSSI，且K和M1取决于当前阶段(最后阶段)。为了获得RSSIK+1，使服务器130从该上述缓冲器中移除存储在其中的K个最差接收信号强度指示RSSI已足够。预定义的传输配置文件优选地被选择为使得预定义传输配置文件的接收灵敏度SL当中的对应的接收灵敏度SL(根据预定义的传输配置文件与相应的接收灵敏度水平SL之间的查找表)满足以上关系并且与RSSIK+1-M1具有最小差异。然后，如果所选择的预定义的传输配置文件不同于当前正由终端设备110使用的传输配置文件，则服务器130将在步骤612处所选择的预定义的传输配置文件通知给所述终端设备110。另外，服务器130请求终端设备110降低由终端设备110使用的传输功率TxPower。在LoRaWAN协议的情况下，服务器130使用linkADRReq类型的消息来完成此通知。接下来重复步骤602，从而保持相同的阶段(此时为最后阶段)。将旨在存储K+1个最差接收信号强度指示RSSI的缓冲器清空，将计数器Nb_Rx_Frames重置为零，并且分析新系列的N个帧。
如已根据图5所描述的，在变体中，服务器130可使用第二边界M2而非第一边界M1以在步骤616处确定传输配置文件。步骤612与步骤616之间的差异仅仅在于只在步骤616处调整传输功率水平，即在步骤608处所确定的帧传递比率FDR高于或等于如针对最后阶段所定义的第一帧传递比率阈值TH1。

Claims (10)

1.一种用于在无线通信网络中动态调适终端设备(110，111)的传输数据速率的方法，所述方法由所述网络中的服务器(130)执行，对应于相应数据速率的预定义的传输配置文件分别与接收灵敏度相关联，所述接收灵敏度表示用于解码分别根据所述预定义的传输配置文件传输的信号的最小信号接收水平，其特征在于：所述服务器在连续的阶段中执行对所述传输数据速率的优化；以及每个阶段定义：要分析的帧的数量N、第一帧传递比率阈值TH1、低于所述第一帧传递比率阈值TH1的第二帧传递比率阈值TH2、第一边界M1和小于或等于所述第一边界M1的第二边界M2，使得每个阶段的所述数量N小于或等于后面阶段的所述数量N，每个阶段的所述第一边界M1小于或等于后面阶段的所述第一边界M1，并且每个阶段的所述第二边界M2小于或等于后面阶段的所述第二边界M2，
以及其特征在于：当根据当前阶段执行所述优化时，所述服务器执行以下步骤：
-保留针对在由所述终端设备传输的一系列N个帧中所接收的每个帧的接收信号强度指示；
-确定(608)所述一系列N个帧的帧传递比率；
-当所确定的帧传递比率大于或等于所述当前阶段的所述第一帧传递比率阈值TH1时，选择(614)要应用于所述终端设备的所述传输配置文件，同时至少将所述当前阶段的所述第二边界M2保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间，并且切换(615)到后面阶段；
-当所确定的帧传递比率低于所述当前阶段的所述第一帧传递比率阈值TH1而高于所述当前阶段的所述第二帧传递比率阈值TH2时，选择(612)要应用于所述终端设备的所述传输配置文件，同时将所述当前阶段的所述第一边界M1保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间；以及
-当所确定的帧传递比率低于或等于所述当前阶段的所述第二帧传递比率阈值TH2时，停止(610)或重新初始化所述优化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：每个阶段进一步限定将被一系列N个帧拒绝的最差接收信号强度指示的数量K；以及为保留针对在由所述终端设备传输的一系列N个帧中所接收的每个帧的接收信号强度指示，所述服务器存储所述一系列N个帧的所述接收信号强度的K+1个最差指示，并且所述服务器保留所存储的接收信号强度指示当中的最佳接收信号强度指示。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于：所述优化以不限定任何第二帧传递比率阈值TH2的初始化阶段开始。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：所述优化以最后阶段结束，并且当根据所述最后阶段执行所述优化时：
-当所确定的帧传递比率高于或等于所述最后阶段的所述第一帧传递比率阈值TH1时，选择(616)要应用于所述终端设备的所述传输配置文件，同时至少将所述最后阶段的所述第二边界M2保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间，并且请求所述终端设备降低传输功率水平。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：所述传输数据速率由CSS调制的扩频因子来表示。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：所述无线通信网络是LPWAN类型的远程广域网络；所述无线通信网络将所述终端设备连接到用作与所述服务器连接的中继器的至少一个采集网关(120、121、122、123)；以及所述服务器接收由每个采集网关中继的每个帧，所述每个帧与在接收到所述帧时由所述采集网关确定的接收信号强度指示相关联。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述无线通信网络实现LoRaWAN协议。
8.一种包括一组指令的计算机程序，当由旨在包括于LPWAN类型的远程广域网络中的服务器(130)的处理器(201)执行所述计算机程序时，所述指令致使所述处理器执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.一种信息存储介质，其存储包括一组指令的计算机程序，当由旨在包括于LPWAN类型的远程广域网络中的服务器(130)的处理器(201)执行所述计算机程序时，所述指令致使所述处理器执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种配置为执行在无线通信网络中动态调适终端设备(110、111)的传输数据速率的服务器(130)，对应于相应数据速率的预定义的传输配置文件分别与接收灵敏度相关联，所述接收灵敏度表示用于解码分别根据所述预定义的传输配置文件传输的信号的最小信号接收水平，其特征在于：所述服务器配置为在连续的阶段中执行对所述传输数据速率的优化；以及每个阶段定义：要分析的帧的数量N、第一帧传递比率阈值TH1、低于所述第一帧传递比率阈值TH1的第二帧传递比率阈值TH2、第一边界M1和小于或等于所述第一边界M1的第二边界M2，使得每个阶段的所述数量N小于或等于后面阶段的所述数量N，每个阶段的所述第一边界M1小于或等于后面阶段的所述第一边界M1，并且每个阶段的所述第二边界M2小于或等于后面阶段的所述第二边界M2，
以及其特征在于：当根据当前阶段执行所述优化时，所述服务器配置为：
-保留针对在由所述终端设备传输的一系列N个帧中所接收的每个帧的接收信号强度指示；
-确定(608)所述一系列N个帧的帧传递比率；
-当所确定的帧传递比率大于或等于所述当前阶段的所述第一帧传递比率阈值TH1时，选择(614)要应用于所述终端设备的所述传输配置文件，同时至少将所述当前阶段的所述第二边界M2保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间，并且切换(615)到后面阶段；
-当所确定的帧传递比率低于所述当前阶段的所述第一帧传递比率阈值TH1而高于所述当前阶段的所述第二帧传递比率阈值TH2时，选择(612)要应用于所述终端设备的所述传输配置文件，同时将所述当前阶段的所述第一边界M1保持在所保留的接收信号强度指示与对应于所述传输配置文件的接收灵敏度之间；以及
当所确定的帧传递比率小于或等于所述当前阶段的所述第二帧传递比率阈值TH2时，停止(610)或重新初始化所述优化。
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