CN109309927A - 无线信道信息感知窗口及调整方法 - Google Patents

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Abstract

在支持吞吐量权重优先等级的无线竞争接入信道环境中，解决不同优先等级节点采用竞争窗口获取信道状态信息不准的问题。本发明定义了一种监测统计信道状态信息和预测节点数量的感知窗口功能，包含三种主要子功能：信道状态信息的监测统计功能、网络基本参数分析预测功能和感知窗口参数自适应动态调整功能。技术方案的有益效果在于：1）提出了信道状态信息监测和预测节点数量的感知窗口功能；2）信道状态信息感知获取过程独立于节点类型和信道接入过程。在吞吐量权重优先等级网络环境，本发明内容为不同优先等级节点获取准确一致的信道状态信息和预测网络基本参数提供了一种可行的方案。

Description

无线信道信息感知窗口及调整方法
技术领域
本发明涉及无线通信数据链路层技术领域，是一种支持吞吐量权重优先等级QoS需求的无线信道信息监测统计和网络基本参数（本发明指活动节点个数）预测方法，适用于无中心基于竞争接入信道的网络环境。
背景技术
现有的无线通信协议优化方案中，都对信道状态信息进行了监测，并根据获得的网络基本参数（比如，活动节点个数和业务负载数量）数据进行相应接入参数的调整。
通常，节点在竞争窗口范围内选择退避时隙计数器，然后在退避计数器递减的过程中进行信道状态信息的监测。在同构网络环境中，由于所有节点的接入参数是一致的，因此，节点能够较好获得相同的信道状态信息数据。在支持吞吐量权重优先等级的网络环境中，不同优先等级类型节点的接入参数不同，主要是竞争窗口取值范围不同，所选择退避时隙计数器数值范围也不同，监测信道的窗口范围有差异，不同优先等级类型节点所能感知的信道状态信息不等。
在相关优化方案中，采用固定且尺寸比较大的窗口进行信道状态信息监测，并将监测的数据作为当前网络基本参数。这种方式没有预测网络基本参数，直接将监测数值作为参数使用，会导致参数波动幅度大；采用固定窗口大小的方式，只适合特定规模的网络环境，小规模网络更新周期长，大规模网络性能不理想，扩展性能较差。
在吞吐量权重优先等级网络中，在退避时隙递减过程中进行信道状态信息监测，监测得到的信道状态信息也会不同。节点根据各自的信道状态信息调整信道接入参数，则会造成误差。而且，该误差是不可纠正的，基于不准确的信道状态信息数据，即使采用相关算法对信道状态信息数据进行优化，效果依然不理想。
针对支持吞吐量权重优先等级的网络，本发明提出的方法，定义了一种感知窗口功能。在感知窗口内，节点进行信道状态信息监测统计功能，并分析预测网络基本条件信息，为不同优先等级类型节点获取准确一致的信道状态信息和预测网络基本参数提供了一种可行的方案。
发明内容
在支持吞吐量权重优先等级QoS需求的网络中，本发明定义一种感知窗口功能，完成信道状态信息监测统计功能和网络基本参数预测功能。基于无线通信环境，在感知窗口内，节点进行信道监测并获取信道状态信息和预测网络基本参数等功能，主要涵盖三种子功能：信道状态信息的监测统计功能（以下简称：监测统计功能）、网络基本参数分析预测功能（以下简称：分析预测功能）和感知窗口参数自适应动态调整功能（以下简称：参数调整功能）。
本发明采用的技术方案是，一种支持权重优先等级的感知窗口功能。通过感知窗口功能，可以有效完成无线信道状态信息监测统计和网络基本参数预测，使得不同优先等级类型节点能获得相同的信道状态信息和网络基本参数数据。感知窗口功能包含三种子功能，具体如下所描述。
1）监测统计功能。基于当前感知窗口大小，节点根据空闲时隙数量逐步递减感知窗口数值。在此过程中，节点监测信道中的数据传输活动，统计信道中成功传输事件数量ES和碰撞事件数量EC。
2）分析预测功能。根据监测统计功能中得到的数据，分析成功传输帧的信息，得到 网络活动节点个数以及每个活动节点发送数据帧的次数信息。计算得到当前信道状态信 息，即空闲时隙间隔n，n = ED / ( ES + EC - ∑m i=1 ( ESi- 1))，m表示监测到的活动节点 数量；ED表示感知窗口时隙数量；ESi表示第i个节点成功进行了传输的次数信息。结合当前 使用的活动节点数量信息Ncur，预测网络中的活动节点数量Nnew，Nnew= ( nopt/n)·Ncur，，表示可以计算得到的最优空闲时隙间隔数值；其中， TC表示数据传输碰撞所需要判断时间，TEIFS表示信道中发生碰撞后，节点需要等待的空闲时 间，TSLOT表示时隙长度；当预测的活动节点数值Nnew小于实测节点数量m，令Nnew= m。
3）参数调整功能。根据节点预测的网络中活动节点数量，调整感知窗口的尺寸ED= (βH / βL) ·θ·(Nnew- 1)，θ = 2·nopt表示感知窗口指数；βH / βL表示最高优先等级吞吐量与最低优先等级吞吐量比率。然后转入1）统计功能的步骤。所预测的活动节点数量可根据数据传输情况直接用于竞争窗口的调整规则中。
附图说明
图1 信道状态信息测量方法流程图。
图2 信道状态信息感知阶段功能图。
具体实施方式
本发明主要针对的网络环境如下：网络中每个节点仅产生一种优先等级类型的数据。不同优先等级节点具有不同的业务等级，即吞吐量权重优先等级。本实施方式中，以三种不同吞吐量权重优先等级进行专利内容阐述，分别为吞吐量高优先等级节点NodeH、吞吐量中等优先等级节点NodeM和吞吐量低优先等级节点NodeL。高优先等级节点比中等优先等级节点和低优先等级节点占用更多的信道资源。采用数据传输事件（数据传输碰撞事件或者数据发送成功事件）之间平均的空闲时隙间隔作为信道状态信息的度量参数。
本发明中信道状态信息计算方法并不限于优先等级业务类型的数量。
设定高优先等级业务SH（对应吞吐量高优先等级节点NodeH）、中等优先等级业务SM（对应吞吐量中等优先等级节点NodeM）与低优先等级业务SL（对应吞吐量低优先等级节点NodeL）的比例关系如下：SH : SM : SL = βH : βM : βL。
如（SH : SM : SL = βH : βM : βL）所示，在一次传输周期内，假如数据帧长度相等，当NodeL发送了一次数据，NodeH则需要进行了βH / βL次数据的发送，NodeM则需要进行βM/ βL次数据的发送。
本发明中设定节点的吞吐量权重优先等级可以通过节点地址信息进行识别。本发明中，节点监测并接收了信道中成功传输的数据帧，解析所接收的数据帧信息，得到相应的发送源节点地址，根据地址信息可以判断发送节点的吞吐量权重优先等级。假如信道中发生了碰撞，则仅需统计碰撞事件次数。判断节点吞吐量权重优先等级信息并不约束本发明的使用范围。
基于公式（SH : SM : SL = βH : βM : βL）给出的吞吐量优先等级，本发明设计了一种自适应的感知窗口功能及调整方法，其特征在于：本方案包括以下步骤。
第一步，监测统计功能。在感知窗口的时隙递减过程中，节点监测信道中其它节点的数据传输活动。在感知时间范围ED内，通过监测信道中其它节点的数据传输情况，节点判断信道数据传输状态信息。如果信道中发送碰撞，则统计碰撞事件次数EC。如果信道中成功进行数据传输，则从数据帧中，提取发送源节点地址信息，统计第i个节点成功进行数据传输的总次数ESi，以及在ED内接收到的总的成功数据传输次数ES。
第二步，分析预测功能。信道状态分析。当信道状态信息感知过程结束，节点进行信道状态信息分析计算。节点根据在第一步中获得的信道中数据传输事件信息，计算两次事件之间的平均空闲时隙间隔数量n，n=ED / (ES + EC - ∑m i=1 (ESi- 1))，m表示监测到的活动节点数量。
在上述计算过程中，当节点没有监测到信道中的数据传输事件，则不进行信道状态信息计算，采用当前设定的参数。
节点数量预测。计算得到当前信道平均空闲时隙间隔数之后，预测得到新的节点 数量Nnew=（nopt/ n）·Ncur，Nnew表示预测的网络中活动节点数量，Ncur表示当前节点正在使用 的网络中活动节点数量；，表示最优信道状态中空闲 时隙间隔数值。
当预测的活动节点数值Nnew小于实测节点数量m，令Nnew=m。
第三步，参数调整功能。节点根据分析预测得到的网络中活动节点数值Nnew，调整感知窗口数值：DW = (βH / βL) ·θ·(Nnew- 1)，( θ = 2·nopt)。
将感知窗口数值设置成与最低优先等级节点的竞争窗口相同，和其他优先等级类型竞争窗口相比较，可以使得节点具备比较大的感知窗口。
本发明推荐一种竞争窗口调整方案如下：
-最高优先等级竞争窗口数值CWH = θ·(Nnew- 1)；
-中等优先等级竞争窗口数值CWM = ( βH / βM )·θ·(Nnew- 1)；
-最低优先等级竞争窗口数值CWL = ( βH / βL )·θ·(Nnew- 1)。
以上具体实施方式给出了比较具体可行的运用感知窗口进行信道状态信息监测和网络基本参数预测方法，里面包含的竞争窗口调整方案，节点类型判断方法，信道状态参数，节点数量增量调整预测方式等并没有限制本发明的运用方法。
以上所述仅为本发明比较典型的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种在无线通信环境中用于监测信道状态信息和预测节点数量的感知窗口功能，其特征在于，内容包括：
一种无线信道信息感知窗口功能，包含三种主要子功能：信道状态信息的监测统计功能（简称：监测统计功能）、网络基本参数分析预测功能（简称：分析预测功能）和感知窗口参数自适应动态调整功能（简称：参数调整功能）。
2.根据权利要求1所述的内容，其特征在于，所述监测统计功能内容包括：
节点根据空闲时隙逐步递减感知窗口数值，监测信道中的数据传输信息，统计信道中成功传输数据事件数量ES和碰撞事件数量EC。
3.根据权利要求1所述的内容，其特征在于，所述分析预测功能内容包括：
分析功能，分析成功传输数据帧的发送源信息，统计计算网络中的活动节点个数m以及每个活动节点成功发送数据帧的次数信息，计算信道状态信息（平均空闲时隙间隔 n），
n = ED / (ES + EC - ∑m i=1( ESi- 1))，ED表示感知窗口时隙数量；ESi表示第i个节点成功进行了传输的次数信息。
4.根据权利要求1和权利要求3所述内容，其特征在于，所述分析预测功能内容包括：
预测功能，根据平均空闲时隙间隔n，预测网络中新的节点个数Nnew， Nnew= (nopt/ n)·Ncur，Ncur表示节点当前正在使用的网络中活动节点数量；nopt表示最优空闲时隙间隔；当预测的活动节点数值Nnew小于实测节点数量m，令Nnew= m。
5.根据权利要求1所述的内容，其特征在于，所述参数调整功能内容包括：
根据预测的网络中活动节点数量，节点调整感知窗口的尺寸DW = (βH / βL)· θ·(Nnew- 1)，θ = 2·nopt表示感知窗口指数；βH / βL表示最高优先等级吞吐量与最低优先等级吞吐量比率；同时重置监测统计功能参数。
6.根据权利要求1和权利要求5所述的内容，其特征在于，所述感知窗口尺寸满足以下：
在支持吞吐量权重优先等级QoS需求的网络中，感知窗口尺寸范围应不小于所有优先等级节点所采用的最大竞争窗口数值。
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