CN108847888B - 一种可见光通信网络切换方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可见光通信网络切换方法及装置,能够提高切换准确性及VLC网络服务利用率。所述方法包括:接入当前可见光通信小区;基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端;计算数据传输时间,其中,所述数据传输时间为发送端发送MPDU到接收端发送反馈信号为止,所述MPDU表示通知接收端开始传输数据;判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区。本发明适用于可见光通信网络切换操作。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,特别是指一种可见光通信网络切换方法及装置。
背景技术
在室内环境中,通常采用多个LED(Light Emitting Diode)灯来满足室内照明需求,每个LED灯组成一个可见光通信(Visible Light Communication,VLC)小区,每个VLC小区的覆盖面积较小。当用户在VLC小区内进行通信时,可能会因为外来遮挡或用户移动到小区边缘从而导致信号质量差,甚至通信中断,需要触发切换。
现有的切换算法,主要以接收到的可见光强为触发切换的判断标准,可见光强受信道环境影响较大,当信道环境恶劣时(如信道衰减较大甚或链路受到遮挡时),接收端无法正常接收信号,也难以将反馈信号传输给发送端,将造成切换触发延迟甚至无法触发切换。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可见光通信网络切换方法及装置,以解决现有技术所存在的将接收到的可见光强为触发切换的判断标准,会导致切换触发延迟甚至无法触发切换的问题。
为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种可见光通信网络切换方法,包括:
接入当前可见光通信小区;
基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端;
计算数据传输时间,其中,所述数据传输时间为发送端发送MPDU到接收端发送反馈信号为止,所述MPDU表示通知接收端开始传输数据;
判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区。
进一步地,所述基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端包括:
将待传输的数据分成K个数据包;
利用度分布函数选取数据包进行异或,将异或处理后的数据包发送至接收端;
在接收端接收N个数据包后进行译码,译码成功后发送反馈信号到发送端,其中,N>K。
进一步地,若丢包率为0,则N=(1+ε)·K,其中,ε表示度分布译码开销。
进一步地,数据传输时间表示为:
Ttrans=N·TPDU+TM+Tprop
其中,Ttrans表示数据传输时间,N表示接收端接收到的数据包的数目,TPDU表示每个数据包传输需要的时间,TM表示发送端发送数据到接收端开始接收数据的时间,Tprop表示单向传输路径传输时延。
进一步地,所述预设的水平切换阈值为:
Dth1=Nmax·TPDU+TM+Tprop1
其中,Dth1表示水平切换阈值,Nmax表示接收端接收到的数据包的数目的最大值,TPDU表示每个数据包传输需要的时间,TM表示发送端发送数据到接收端开始接收数据的时间,Tprop1表示为单向传输路径传输时延,r表示当前可见光通信小区的覆盖半径,h表示接收端的接收机与LED灯的距离,c表示光速。
进一步地,所述方法还包括:
在切换到目的可见光通信小区后,则当前可见光通信小区停止发送数据。
8.根据权利要求1所述的可见光通信网络切换方法,其特征在于,在判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区之后,所述方法还包括:
判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的垂直切换阈值,若是,则触发垂直切换至毫米波网络。
进一步地,所述预设的垂直切换阈值为:
Dth2=Dth1+Tprop2
Tprop2=Tk+2·L/c
其中,Dth2表示垂直切换阈值,Dth1表示水平切换阈值,Tprop2表示相邻两个LED的通信时间,L表示LED灯间距,Tk表示LED灯指令处理时间。
本发明实施例还提供一种可见光通信网络切换装置,包括:
接入模块,用于接入当前可见光通信小区;
传输模块,用于基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端;
计算模块,用于计算数据传输时间,其中,所述数据传输时间为发送端发送MPDU到接收端发送反馈信号为止,所述MPDU表示通知接收端开始传输数据;
切换模块,用于判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
上述方案中,通过接入当前可见光通信小区;基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端;计算数据传输时间,其中,所述数据传输时间为发送端发送MPDU到接收端发送反馈信号为止,所述MPDU表示通知接收端开始传输数据;判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区;这样,能够提高切换准确性及VLC网络服务利用率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的可见光通信网络切换方法的流程示意图;
图2为本发明实施例提供的基于喷泉码的可见光通信网络切换方法的流程示意图;
图3为本发明实施例提供的基于喷泉码的数据传输示意图;
图4为本发明实施例提供的基于喷泉码的传输时间示意图;
图5为本发明实施例提供的不同传输方案成功传输所需平均传输时间示意图;
图6为本发明实施例提供的不同度分布的译码性能示意图;
图7为本发明实施例提供的不同传输方案的切换频率示意图;
图8为本发明实施例提供的不同传输方案的VLC网络服务率示意图;
图9为本发明实施例提供的可见光通信网络切换装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的将接收到的可见光强为触发切换的判断标准,会导致切换触发延迟甚至无法触发切换的问题,提供一种可见光通信网络切换方法。
实施例一
如图1所示,本发明实施例提供的可见光通信网络切换方法,包括:
S101,接入当前可见光通信小区;
S102,基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端;
S103,计算数据传输时间,其中,所述数据传输时间为发送端发送MPDU到接收端发送反馈信号为止,所述MPDU表示通知接收端开始传输数据;
S104,判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区。
本发明实施例所述的可见光通信网络切换方法,接入当前可见光通信小区;基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端;计算数据传输时间,其中,所述数据传输时间为发送端发送MPDU到接收端发送反馈信号为止,所述MPDU表示通知接收端开始传输数据;判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区;这样,基于数据传输时间的切换机制与基于可见光强的切换机制相比,能够提高切换准确性及VLC网络服务利用率。
如图2所示,首先,用户可以通过VLC网络接入当前VLC小区,然后,可以采用基于喷泉码的差错控制方案,将发送端待传输的数据传输至接收端,具体的:
A1,将发送端待传输的数据分成K个数据包;
A2,利用度分布函数选取数据包进行异或,将异或处理后的数据包发送至接收端;
A3,在接收端接收N个数据包后进行译码,译码成功后发送反馈信号(例如,ACK信息)到发送端,表示此次传输任务完成,其中,N>K。
基于喷泉码的差错控制方法具有反馈信息数据量少、信道适应性好及系统复杂度低等优点,因此更适合可见光通信信道。结合图2-图3对基于喷泉码的数据传输过程进行描述:首先对分成的K个原始数据包进行编码,生成源源不断的编码数据包进行发送;在接收端随机收到一定数量编码数据包之后,可恢复出原始数据包。本实施例中,接收端接收编码数据包的数量N由喷泉码特性决定,和度分布、错误译码率、译码开销相关。
本实施例中,优选地,所述喷泉码为基于鲁棒孤波度分布的喷泉码。
本实施例中,如图4所示,在传输过程中,接收端一直处于开启状态,无需触发打开。接收端在接收到发送端发送的MPDU数据包之后,则传输进程启动。当接收端发送反馈信号到发送端,表示此次传输任务完成。从发送端发送MPDU到接收端发送ACK信息的这段时间,为基于喷泉码的数据传输时间,所述数据传输时间表示为:
Ttrans=N·TPDU+TM+Tprop
其中,Ttrans表示数据传输时间,N表示接收端接收到的数据包的数目,TPDU表示每个数据包传输需要的时间,TM表示发送端发送数据到接收端开始接收数据的时间,Tprop表示单向传输路径传输时延。
本实施例中,数据包的个数N是影响传输时间的主要因素,而数据包的个数N很大程度受度分布译码开销ε所影响。
在前述可见光通信网络切换方法的具体实施方式中,进一步地,所述预设的水平切换阈值为:
Dth1=Nmax·TPDU+TM+Tprop1
其中,Dth1表示水平切换阈值,Nmax表示接收端接收到的数据包的数目的最大值,TPDU表示每个数据包传输需要的时间,TM表示发送端发送数据到接收端开始接收数据的时间,Tprop1表示为单向传输路径传输时延,r表示当前可见光通信小区的覆盖半径,h表示接收端的接收机与LED灯的距离,c表示光速。
在前述可见光通信网络切换方法的具体实施方式中,进一步地,所述方法还包括:
在切换到目的可见光通信小区后,则当前可见光通信小区停止发送数据。
本实施例中,优选地,所述目的可见光通信小区为当前可见光通信小区的相邻VLC小区。
在前述可见光通信网络切换方法的具体实施方式中,进一步地,在判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区之后,所述方法还包括:
判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的垂直切换阈值,若是,则触发垂直切换至毫米波网络。
在异构网络中,为保证用户持续通信并节约能耗,用户通信尽可能采用VLC链路。当用户信道环境恶劣时(如信道衰减较大甚或链路受到遮挡时),会发生通信质量受损甚至通信中断。此时,优先考虑将用户切换至相邻VLC小区,若相邻小区也不能满足通信要求,则切换至毫米波网络。且为了实现可见光和毫米波的异构网络无缝连接,本发明实施例使用喷泉码差错控制传输方案。
本发明实施例所述的可见光通信网络切换机制主要基于发射端,以能否在规定时间内接收到传输成功的反馈信号为依据,对是否需要进行切换进行判断。其中,切换分为水平切换和垂直切换:从一个VLC小区切换到另一个VLC小区称为水平切换,从VLC网络切换到毫米波网络称为垂直切换。
在前述可见光通信网络切换方法的具体实施方式中,进一步地,所述预设的垂直切换阈值为:
Dth2=Dth1+Tprop2
Tprop2=Tk+2·L/c
其中,Dth2表示垂直切换阈值,Dth1表示水平切换阈值,Tprop2表示相邻两个LED的通信时间,L表示LED灯间距,Tk表示LED灯指令处理时间。
图5为不同传输方案成功传输所需平均传输时间的示意图。丢包率较小时(约小于0.1),采用反馈重传技术的传统传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)传输方式,重传的信息较少;采用ISD度分布的喷泉码接收端实现成功译码所需的编码数据包个数要远远大于源数据包个数;采用BED度分布的喷泉码由于产生大度值的概率接近于0,因此易出现译码过程中断或译码失败。因此,信道丢包率低时,基于TCP的数据传输的性能较好。当信道环境恶劣甚至通信中断时(如遇到障碍物阻挡),采用反馈重传技术需要大量的反馈信息,传输延迟较大;喷泉码只要没有接收到确认信息,发送端就可以从相同的源数据包中持续不断的产生数据包,只有当发送的信息被成功恢复,反馈信息才会传送到发送端。因此,随着丢包率的增加,采用卢比变换码(Luby Transform,LT)喷泉码的传输方案与TCP传输方案相比优势越明显。采用不同的度分布,例如,理想孤波度分布(Ideal SolitionDistribution,ISD)、鲁棒孤波度分布(Robust Solition Distribution,RSD)、二进制指数度分布(Binary Exponential Distribution,BED),数据的平均传输时间差距较大,其中基于RSD的数据平均传输时间最短,这是因为基于RSD的喷泉码译码开销最小。
图6为不同度分布的译码开销性能示意图,要达到相同的译码成功率,基于RSD的喷泉码译码开销最小。译码开销越小,平均传输时间越短,因此基于RSD的数据平均传输时间最短。图7为不同传输方案的切换频率示意图。图8为不同传输方案的VLC网络服务率示意图。
综上,通过对采用不同传输方案的切换方法进行了比较分析,经实验表明,基于鲁棒孤波度分布的喷泉码切换方法性能更好,可以实现切换频率不超过0.4,VLC网络服务率达到83%,可有效减少系统开销,降低乒乓效应,提高切换准确性及VLC网络服务利用率。
实施例二
本发明还提供一种可见光通信网络切换装置的具体实施方式,由于本发明提供的可见光通信网络切换装置与前述可见光通信网络切换方法的具体实施方式相对应,该可见光通信网络切换装置可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的,因此上述可见光通信网络切换方法具体实施方式中的解释说明,也适用于本发明提供的可见光通信网络切换装置的具体实施方式,在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。
如图9所示,本发明实施例还提供一种可见光通信网络切换装置,包括:
接入模块11,用于接入当前可见光通信小区;
传输模块12,用于基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端;
计算模块13,用于计算数据传输时间,其中,所述数据传输时间为发送端发送MPDU到接收端发送反馈信号为止,所述MPDU表示通知接收端开始传输数据;
切换模块14,用于判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区。
本发明实施例所述的可见光通信网络切换装置,接入当前可见光通信小区;基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端;计算数据传输时间,其中,所述数据传输时间为发送端发送MPDU到接收端发送反馈信号为止,所述MPDU表示通知接收端开始传输数据;判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区;这样,基于数据传输时间的切换机制与基于可见光强的切换机制相比,能够提高切换准确性及VLC网络服务利用率。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种可见光通信网络切换方法,其特征在于,包括:
接入当前可见光通信小区;
基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端;
计算数据传输时间,其中,所述数据传输时间为发送端发送MPDU到接收端发送反馈信号为止,所述MPDU表示通知接收端开始传输数据;
判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区;
其中,所述基于接入的当前可见光通信小区,将待传输的数据传输至接收端包括:
将待传输的数据分成K个数据包;
利用度分布函数选取数据包进行异或,将异或处理后的数据包发送至接收端;
在接收端接收N个数据包后进行译码,译码成功后发送反馈信号到发送端,其中,N>K;
其中,若丢包率为0,则N=(1+ε)·K,其中,ε表示度分布译码开销;
2.根据权利要求1所述的可见光通信网络切换方法,其特征在于,数据传输时间表示为:
Ttrans=N·TPDU+TM+Tprop
其中,Ttrans表示数据传输时间,N表示接收端接收到的数据包的数目,TPDU表示每个数据包传输需要的时间,TM表示发送端发送数据到接收端开始接收数据的时间,Tprop表示单向传输路径传输时延。
4.根据权利要求1所述的可见光通信网络切换方法,其特征在于,所述方法还包括:
在切换到目的可见光通信小区后,则当前可见光通信小区停止发送数据。
5.根据权利要求1所述的可见光通信网络切换方法,其特征在于,在判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的水平切换阈值,若是,则触发水平切换至目的可见光通信小区之后,所述方法还包括:
判断计算得到的数据传输时间是否大于预设的垂直切换阈值,若是,则触发垂直切换至毫米波网络。
6.根据权利要求5所述的可见光通信网络切换方法,其特征在于,所述预设的垂直切换阈值为:
Dth2=Dth1+Tprop2
Tprop2=Tk+2·L/c
其中,Dth2表示垂直切换阈值,Dth1表示水平切换阈值,Tprop2表示相邻两个LED的通信时间,L表示LED灯间距,Tk表示LED灯指令处理时间。
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