CN110121177B - LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法 - Google Patents
LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110121177B CN110121177B CN201910378845.7A CN201910378845A CN110121177B CN 110121177 B CN110121177 B CN 110121177B CN 201910378845 A CN201910378845 A CN 201910378845A CN 110121177 B CN110121177 B CN 110121177B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wifi
- network
- lte
- base station
- node
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000007774 longterm Effects 0.000 title abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 34
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 21
- 101100172132 Mus musculus Eif3a gene Proteins 0.000 claims abstract description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims 1
- GVVPGTZRZFNKDS-JXMROGBWSA-N geranyl diphosphate Chemical compound CC(C)=CCC\C(C)=C\CO[P@](O)(=O)OP(O)(O)=O GVVPGTZRZFNKDS-JXMROGBWSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
- H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W74/00—Wireless channel access
- H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
- H04W74/0808—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using carrier sensing, e.g. carrier sense multiple access [CSMA]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，其中，LTE基站和WiFi节点共用非授权频带，WiFi节点包含WiFi无线访问接入点和WiFi用户节点，WiFi节点使用CSMA/CA协议接入信道，LTE基站使用LBT和退避机制接入信道，LTE基站和WiFi节点根据各自观察得到的信息分布式调节各自的初始退避窗口大小以满足3GPP公平限制条件下最大化LTE和WiFi共存网络的吞吐量。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法。
背景技术
目前，6GHz以下频段的授权频谱日益紧张，但是另一方面，非授权频段并没有被完全利用，因此，将授权频段的数据流量卸载到非授权频段日益受到产业界的关注。在过去数十年中，移动运营商已经将部分数据流量由蜂窝网络转移到基于WiFi无线访问接入点的非授权频带中以降低蜂窝网络的负载。然而，这样就要求移动运营商解决两个独立网络(即LTE网络和WiFi网络)之间复杂的交互。最近，借助LTE的载波聚合技术，业界提出了非授权LTE技术以同时处理授权频带和非授权频带。
但是由于LTE通信的特征是在授权频谱中连续同步独占式接入，LTE在非授权频带的出现不可避免的会影响WiFi网络的性能。因此，必须对利用非授权频段传输数据的LTE通信进行修改以降低对WiFi网络的影响。为此，3GPP在release 13中提出了一种名为LAA的标准以提供一种符合各地法律法规的全球性解决方案框架。特别地，LAA标准包括LBT规则、信道占用时间要求以及传输功率谱密度。当应用LBT规则时，LTE基站在非授权频带中传输数据前需首先侦听信道。目前，3GPP组织已经定义了4中关于LBT的信道接入机制，第一类无LBT机制，第二类为固定帧长度的无随机退避LBT，第三类为固定长度退避窗口的随机退避LBT，第四类为非固定长度退避窗口的随机退避LBT。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，LTE基站和WiFi节点共用非授权频带，其中，WiFi节点包含WiFi无线访问接入点和WiFi用户节点，WiFi节点使用CSMA/CA协议接入信道，LTE基站使用LBT和退避机制接入信道，LTE基站和WiFi节点根据各自观察得到的信息分布式调节各自的初始退避窗口大小以满足3GPP公平限制条件下最大化LTE和WiFi共存网络的吞吐量，所述的分布式调整方法包括如下步骤：
S1、LTE基站和WiFi节点共享非授权频带传输数据；
S2、WiFi无线访问接入点侦听信道忙的时间间隔，测量出LTE基站在成功发送数据包的情况下占用的信道时间
并依据3GPP公平性限制条件和与WiFi无线访问接入点通信的WiFi用户节点的数量计算出WiFi节点的最优初始退避窗口大小W(W)；然后，WiFi无线访问接入点将计算出的最优初始退避窗口大小W(W)广播至网络中；
S3、每个WiFi节点接收到WiFi无线访问接入点广播的最优初始退避窗口大小W(W)后独立调整各自初始退避窗口大小；
S4、LTE基站侦听当LTE基站未发送数据时信道忙的时间间隔，并依此计算出WiFi节点在成功发送数据包的情况下占用的信道时间
S5、LTE基站基于侦听到的WiFi节点在发送数据时的数据有效传输时间及网络的已知参数依据3GPP公平性限制条件独立计算并调整本地初始退避窗口大小W(L)；
S6、当WiFi无线访问接入点检测到WiFi网络中节点数量发生变化时重复步骤S2至步骤S5。
进一步地，所述的步骤S1中，对于WiFi网络，WiFi用户节点和WiFi无线访问接入点分别利用非授权频带进行上行数据传输和下行数据传输，WiFi节点采用载波侦听机制，若WiFi节点侦听到信道中有LTE基站或其他WiFi节点发送数据，则停止信道接入；对于LTE网络，只考虑LTE基站利用非授权频带进行下行数据传输，LTE基站在传输数据时采用LBT机制，即如果侦听到非授权频带中有WiFi节点在发送数据则不尝试接入信道。
进一步地，所述的步骤S1中，假设网络处于饱和状态，即WiFi节点和LTE基站一直有数据包等待发送，并且假设WiFi节点和LTE基站能互相侦听到对方的数据传输；
对于WiFi网络，所有WiFi节点使用RTS/CTS机制进行信道接入，即需要传输数据时，WiFi节点首先发送RTS帧，并根据是否能收到其他WiFi节点发送的CTS帧判断信道是否空闲，当WiFi节点侦听到信道忙时不会尝试接入信道，该CTS帧能被LTE基站接收，LTE基站据此判断信道是否空闲，当LTE基站侦听到网络中有WiFi节点发送数据时不会尝试接入信道；
假设在传输数据前，LTE基站向WiFi无线访问接入点发送RTS帧，若信道空闲，则WiFi无线访问接入点广播CTS帧，据此WiFi节点判断信道是否空闲；
对于WiFi节点，若发送失败，使用IEEE 802.11DCF协议规定的基于窗口退避机制，对于新的数据包，WiFi节点首先在{0,...,W(W)}中随机选择一个值并且每经过一个空闲时隙将选定的值减1，直至减至0后请求发送，若有两个或两个以上节点同时尝试接入，则接入失败，在经过i次失败后，WiFi节点的退避窗口大小变为Wi (W)；
对于LTE网络，根据3GPP规定的LBT机制，在第i次传输失败后，在{0,...,Wi (L)}中随机选择一个值延迟数据包发送请求，Wi (L)为LTE基站第i次发送请求失败后的退避窗口大小。
进一步地，LTE基站和WiFi节点的初始退避窗口大小W(L)和W(W)可设为任意值，在第i次传输失败后，LTE基站和WiFi节点的退避窗口的大小分别变为Wi (L)和Wi (W)，Wi (L)和Wi (W)分别根据(1)式和(2)式得到，
Wi (L)＝W(L)·ζ(i) (1)
Wi (W)＝W(W)·ω(i) (2)
其中，ζ(i)和ω(i)均为关于i的初值为1的单调非减函数，即ζ(0)＝1，ζ(i)≥ζ(i-1)；ω(0)＝1，ω(i)≥ω(i-1)。当i≥K(L)时，ζ(i)＝ζ(K(L))；当i≥K(W)时，ω(i)＝ω(K(W))，其中K(L)和K(W)为截止阈值。
进一步地，所述的步骤S2中，3GPP公平性限制条件是指由于LTE网络共享原本用于WiFi网络的频带，为保护WiFi网络，规定LTE网络对现有WiFi网络的影响不应大于新增一个WiFi网络对于现有WiFi网络的影响，假设
和
分别表示在LTE与WiFi共存网络中LTE网络和WiFi网络的吞吐量，
和
分别表示在将LTE网络更换成WiFi网络后原WiFi网络和新增WiFi网络的吞吐量，将原WiFi网络记为WiFi网络1，新增WiFi网络记为WiFi网络2，
所述的3GPP公平性限制条件的数学表达式表示为
为保证一直满足(3)式，则共存网络中WiFi网络吞吐量需满足
其中
为将LTE网络更换成WiFi网络后WiFi网络1的最大吞吐量，当使用相同接入参数时，WiFi网络1和WiFi网络2中各个节点吞吐量相同，因此
其中，η表示WiFi网络1和WiFi网络2中节点数量的比值，即
n和n2分别为WiFi网络1中所有节点的数量和WiFi网络2中总的节点数量，
表示将LTE网络更换成WiFi网络后WiFi网络1和WiFi网络2的总最大吞吐量，即
τF为WiFi节点或LTE基站接入失败时的时间间隔，接入失败原因在于多个节点同时发送RTS帧，因此，τF决定于RTS帧的长度，W0(·)为Lambert W函数的主要分支；
所述的3GPP公平性限制条件表示为
进一步地，所述的步骤S2中，WiFi无线访问接入点侦听WiFi信道忙的时间间隔时，其得到的时间间隔有三种数值：1)其他WiFi节点接入成功，此时信道忙的时间间隔为
2)LTE基站接入成功，此时信道忙的时间间隔为
3)其他WiFi节点或LTE基站接入失败，此时信道忙的时间间隔均为τF；
由于
且
并且对于WiFi无线访问接入点来说，
是已知的，因此WiFi无线访问接入点选择较大的两个数值中和
不同的一个数值作为
的值，此外，WiFi无线访问接入点还应记录WiFi网络节点数量n并根据(8)式计算采用3GPP公平限制条件时WiFi节点的最优初始退避窗口大小W3GPP,(W)，
其中pγ,(W)，pγ,(L)和γ由(9)(10)(11)式联立求解得到，
其中pγ＝η,(W)，pγ＝η,(L)是将γ＝η带入(10)和(11)式得到。
p*可由(13)式得到，
进一步地，所述的步骤S3中，当LTE基站未发送数据时，其侦听信道忙的时间间隔，其得到的时间间隔有两种数值：1)WiFi节点接入成功，此时信道忙的时间间隔为
2)WiFi节点接入失败，此时信道忙的时间间隔为τF，由于数据包长度远远大于RTS帧的长度，即
因此LTE基站选择长的时间间隔作为
的值。
进一步地，所述的步骤S4中，LTE基站根据(14)式调整采用3GPP公平限制条件时LTE基站最优初始退避窗口参数W3GPP,(L)，
进一步地，所述的步骤S2和步骤S5中，在3GPP公平性限制条件下，LTE基站和WiFi节点最优初始退避窗口大小是(15)式中最优化问题的解。
其中，
和
分别表示在LTE和WiFi共存网络中WiFi网络和LTE网络的吞吐量。
进一步地，所述的步骤S2和步骤S5中，WiFi无线访问接入点和LTE基站仅仅需要通过观测信道忙的时间间隔得到对方在成功发送数据包的情况下占用的信道时间，WiFi无线访问接入点和LTE基站的最优初始退避窗口大小是分布式地确定的，不需要WiFi网络和LTE网络之间的信息交互。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
目前随着6GHz以下频谱的资源的日益枯竭，将LTE网络应用于非授权频谱显得日益紧迫，但是当LTE网络和WiFi网络共存时会对WiFi网络的性能造成巨大的影响。亟待解决如何在保证公平性条件下最优化LTE和WiFi共存网络的吞吐量问题。
在本发明中提出了一种基于3GPP公平限制条件的LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法。结果表明，通过调整LTE基站和WiFi节点的初始退避参数，LTE与WiFi共存网络的总吞吐量能够在满足3GPP公平限制条件的前提下达到最大值。相比于其他方法，本方法的优点是能够同时实现：1)LTE网络和WiFi网络的吞吐量能够满足3GPP规定的公平限制条件；2)LTE网络和WiFi网络的总吞吐量能够达到最优值。
附图说明
图1是本发明实例中使用的LTE/WiFi共存网络通信模型图；
图2是本发明实例中3GPP公平限制条件示意图；
图3是本发明实施例中公开的LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
实施例
随着频谱资源的日益紧缺，LTE和WiFi共享非授权频带因其能够有效缓解频谱短缺而越来越受到人们的重视。本实施例提出一种LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，从而在满足3GPP公平限制条件下最大化LTE和WiFi共存网络的吞吐量。
图1是本发明实施例中使用的LTE/WiFi共存网络通信模型图，如图1所示，本发明适用于“LTE网络+WiFi网络”的机器通信网络场景，该类型通信网络场景具有的特点包括：
1、LTE网络和WiFi网络公用非授权频带。
2、节点在网络中随机分布，LTE基站和LTE用户节点单向通信，WiFi节点包括WiFi用户节点和WiFi无线访问接入点，WiFi无线访问接入点和WiFi用户节点双向通信。
3、WiFi节点使用CSMA协议通信，LTE基站使用LBT机制进行通信。
本发明实例中，适用于LTE和WiFi网络共用非授权频段的最优初始退避参数分布式调整方法包括多个步骤。如图3所示，一种LTE和WiFi网络共用非授权频段的最优初始退避参数分布式调整方法的具体实施过程有如下步骤：
第一步、LTE基站和WiFi节点(包括WiFi用户节点和WiFi无线访问接入点)共享非授权频带传输数据。
第二步、WiFi无线访问接入点侦听信道忙的时间间隔，测量出LTE基站在成功发送数据包的情况下占用的信道时间
并依据3GPP公平性限制条件和与WiFi无线访问接入点通信的WiFi用户节点的数量计算出WiFi节点的最优初始退避窗口大小W(W)。然后，WiFi无线访问接入点将计算出的最优初始退避窗口大小W(W)广播至网络中。
第三步、每个WiFi节点接收到WiFi无线访问接入点广播的最优初始退避窗口大小W(W)后独立调整各自初始退避窗口大小。
第四步、LTE基站侦听当LTE基站未发送数据时信道忙的时间间隔，并依此计算出WiFi节点在成功发送数据包的情况下占用的信道时间
第五步、LTE基站基于侦听到的WiFi节点在发送数据时的数据有效传输时间及网络的已知参数依据3GPP公平性限制条件独立计算并调整本地初始退避窗口大小W(L)。
第六步、当WiFi无线访问接入点检测到WiFi网络中节点数量发生变化时重复步骤二至步骤五。
本发明中LTE基站和WiFi节点基于由3GPP组织提出的LTE和WiFi共存网络公平限制条件及各自已知参数分布式独立调整初始退避窗口参数W(L)和W(W)。
在第一步中，对于WiFi网络，WiFi用户节点和WiFi无线访问接入点分别利用非授权频带进行上行数据传输和下行数据传输。对于LTE网络，LTE网络的上行数据传输使用授权频段，因此只考虑LTE基站利用非授权频带进行下行数据传输。
为保护非授权频带中WiFi节点的数据传输，LTE基站在传输数据时采用LBT机制，即如果侦听到非授权频带中有WiFi节点在发送数据则不尝试接入信道。对于WiFi节点，采用载波侦听机制，类似地，若WiFi节点侦听到信道中有LTE基站或其他WiFi节点发送数据，则停止信道接入。
在本发明实施例中，假设网络处于饱和状态，即WiFi节点和LTE基站一直有数据包等待发送，并且假设WiFi节点和LTE基站能互相侦听到对方的数据传输。在实际网络中会出现隐藏节点问题。为避免这个问题，对于WiFi网络，所有WiFi节点使用RTS/CTS机制进行信道接入，即需要传输数据时，WiFi节点首先发送RTS帧，并根据是否能收到其他WiFi节点发送的CTS帧判断信道是否空闲，当WiFi节点侦听到信道忙时不会尝试接入信道。该CTS帧同样能被LTE基站接收，因此LTE基站也能据此判断信道是否空闲，当LTE基站侦听到网络中有WiFi节点发送数据时不会尝试接入信道。为避免WiFi节点不能侦听到LTE数据传输，本发明假设在传输数据前，LTE基站同样需要向WiFi无线访问接入点发送RTS帧，若信道空闲，则WiFi无线访问接入点广播CTS帧，据此WiFi节点可以准确判断信道是否空闲。
对于WiFi节点，若发送失败，使用IEEE 802.11DCF协议规定的基于窗口退避机制。对于新的数据包，WiFi节点首先在{0,...,W(W)}中随机选择一个值并且每经过一个空闲时隙将选定的值减1，直至减至0后请求发送。W(W)为WiFi节点的初始退避窗口大小。若有两个或两个以上节点同时尝试接入，则接入失败，在经过i次失败后(即未收到CTS帧)，WiFi节点的退避窗口大小变为Wi (W)。对于LTE网络，根据3GPP规定的LBT机制，和WiFi节点类似，在第i次传输失败后，在{0,...,Wi (L)}中随机选择一个值延迟数据包发送请求。Wi (L)为LTE基站第i次发送请求失败后的退避窗口大小。
LTE基站和WiFi节点的初始退避窗口大小W(L)和W(W)可以设为任意值，在第i次传输失败后，LTE基站和WiFi节点的退避窗口的大小分别变为Wi (L)和Wi (W)。Wi (L)和Wi (W)分别根据(1)式和(2)式得到，
Wi (L)＝W(L)·ζ(i) (1)
Wi (W)＝W(W)·ω(i) (2)
其中，ζ(i)和ω(i)均为关于i的初值为1的单调非减函数，即ζ(0)＝1，ζ(i)≥ζ(i-1)；ω(0)＝1，ω(i)≥ω(i-1)。当i≥K(L)时，ζ(i)＝ζ(K(L))；当i≥K(W)时，ω(i)＝ω(K(W))，其中K(L)和K(W)为截止阈值。
在第二步中，3GPP公平性限制条件是指由于LTE网络共享了原本用于WiFi网络的频带，为了保护WiFi网络，规定LTE网络对现有WiFi网络的影响不应大于新增一个WiFi网络对于现有WiFi网络的影响。如图2所示，
和
分别表示在LTE与WiFi共存网络中LTE网络和WiFi网络的吞吐量，
和
分别表示在将LTE网络更换成WiFi网络后原WiFi网络(即WiFi网络1)和新增WiFi网络(即WiFi网络2)的吞吐量。3GPP公平性限制条件的数学表达式可表示为
为保证一直满足(3)式，则共存网络中WiFi网络吞吐量需满足
其中
为将LTE网络更换成WiFi网络后WiFi网络1的最大吞吐量。当使用相同接入参数时，WiFi网络1和WiFi网络2中各个节点吞吐量相同。因此
其中，η表示WiFi网络1和WiFi网络2中节点数量的比值，即
n1和n2分别为WiFi网络1中所有节点的数量(包含WiFi无线访问接入点和WiFi用户节点)和WiFi网络2中总的节点数量。
表示将LTE网络更换成WiFi网络后WiFi网络1和2的总最大吞吐量，即
τF为WiFi节点或LTE基站接入失败时的时间间隔，接入失败原因在于多个节点同时发送RTS帧，因此，τF决定于RTS帧的长度。W0(·)为LambertW函数的主要分支。
那么3GPP公平性限制条件可以表示为
在LTE和WiFi共存网络中η决定于实际的吞吐量要求，是LTE基站和WiFi接入点给定的参数。例如当η＝1时，根据(7)式可知，3GPP公平性限制条件要求在LTE和WiFi共存网络中WiFi网络的吞吐量不应小于WiFi独立网络总吞吐量的一半。
WiFi无线访问接入点侦听WiFi信道忙的时间间隔时，其得到的时间间隔有三种数值：1)其他WiFi节点接入成功，此时信道忙的时间间隔为
2)LTE基站接入成功，此时信道忙的时间间隔为
3)其他WiFi节点或LTE基站接入失败，此时信道忙的时间间隔均为τF。由于
且
并且对于WiFi无线访问接入点来说，
是已知的，因此WiFi无线访问接入点选择较大的两个数值中和
不同的一个数值作为
的值。此外，WiFi无线访问接入点还应记录WiFi网络节点数量n并根据(8)式计算在3GPP公平限制条件下WiFi节点的最优初始退避窗口大小W(W)。
其中pγ,(W)，pγ,(L)和γ由(9)(10)(11)式联立求解得到，
p*可由(13)式得到，
在第三步中，各WiFi节点根据WiFi无线访问接入点广播的最优初始退避参数调整各自的初始退避窗口大小W(W)。
在第四步中，当LTE基站未发送数据时，其侦听信道忙的时间间隔，其得到的时间间隔有两种数值：1)WiFi节点接入成功，此时信道忙的时间间隔为
2)WiFi节点接入失败，此时信道忙的时间间隔为τF。由于数据包长度远远大于RTS帧的长度，即
因此LTE基站选择长的时间间隔作为
的值。
在第五步中，LTE基站根据(14)式调整在3GPP公平限制条件下最优初始退避窗口参数，
在第六步中，间隔一段时间后，各WiFi节点和LTE基站重复步骤二到步骤五。
在第二步和第五步中，在3GPP公平性限制条件下，LTE基站和WiFi节点最优初始退避窗口大小是(15)式中最优化问题的解。
其中，
和
分别表示在LTE和WiFi共存网络中WiFi网络和LTE网络的吞吐量。
在第二步和第五步中，WiFi无线访问接入点和LTE基站仅仅需要通过观测信道忙的时间间隔得到对方在成功发送数据包的情况下占用的信道时间。WiFi无线访问接入点和LTE基站的最优初始退避窗口大小是分布式地确定的，不需要WiFi网络和LTE网络之间的信息交互。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，LTE基站和WiFi节点共用非授权频带，其中，WiFi节点包含WiFi无线访问接入点和WiFi用户节点，WiFi节点使用CSMA/CA协议接入信道，LTE基站使用LBT和退避机制接入信道，LTE基站和WiFi节点根据各自观察得到的信息分布式调节各自的初始退避窗口大小以满足3GPP公平限制条件下最大化LTE和WiFi共存网络的吞吐量，其特征在于，所述的分布式调整方法包括如下步骤：
S1、LTE基站和WiFi节点共享非授权频带传输数据；
S2、WiFi无线访问接入点侦听信道忙的时间间隔，测量出LTE基站在成功发送数据包的情况下占用的信道时间
并依据3GPP公平性限制条件和与WiFi无线访问接入点通信的WiFi用户节点的数量计算出WiFi节点的最优初始退避窗口大小W(W)；然后，WiFi无线访问接入点将计算出的最优初始退避窗口大小W(W)广播至网络中；该步骤S2中，3GPP公平性限制条件是指由于LTE网络共享原本用于WiFi网络的频带，为保护WiFi网络，规定LTE网络对现有WiFi网络的影响不应大于新增一个WiFi网络对于现有WiFi网络的影响，假设
和
分别表示在LTE与WiFi共存网络中LTE网络和WiFi网络的吞吐量，
和
分别表示在将LTE网络更换成WiFi网络后原WiFi网络和新增WiFi网络的吞吐量，将原WiFi网络记为WiFi网络1，新增WiFi网络记为WiFi网络2，
所述的3GPP公平性限制条件的数学表达式表示为
为保证一直满足(3)式，则共存网络中WiFi网络吞吐量需满足
其中
为将LTE网络更换成WiFi网络后WiFi网络1的最大吞吐量，当使用相同接入参数时，WiFi网络1和WiFi网络2中各个节点吞吐量相同，因此
其中，η表示WiFi网络1和WiFi网络2中节点数量的比值，即
n1和n2分别为WiFi网络1中所有节点的数量和WiFi网络2中总的节点数量，
表示将LTE网络更换成WiFi网络后WiFi网络1和WiFi网络2的总最大吞吐量，即
τF为WiFi节点或LTE基站接入失败时的时间间隔，接入失败原因在于多个节点同时发送RTS帧，因此，τF决定于RTS帧的长度，W0(·)为Lambert W函数的主要分支；
所述的3GPP公平性限制条件表示为
S3、每个WiFi节点接收到WiFi无线访问接入点广播的最优初始退避窗口大小W(W)后独立调整各自初始退避窗口大小；
S4、LTE基站侦听当LTE基站未发送数据时信道忙的时间间隔，并依此计算出WiFi节点在成功发送数据包的情况下占用的信道时间
S5、LTE基站基于侦听到的WiFi节点在发送数据时的数据有效传输时间及网络的已知参数依据3GPP公平性限制条件独立计算并调整本地初始退避窗口大小W(L)；
S6、当WiFi无线访问接入点检测到WiFi网络中节点数量发生变化时重复步骤S2至步骤S5。
2.根据权利要求1所述的LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，其特征在于，所述的步骤S1中，对于WiFi网络，WiFi用户节点和WiFi无线访问接入点分别利用非授权频带进行上行数据传输和下行数据传输，WiFi节点采用载波侦听机制，若WiFi节点侦听到信道中有LTE基站或其他WiFi节点发送数据，则停止信道接入；对于LTE网络，只考虑LTE基站利用非授权频带进行下行数据传输，LTE基站在传输数据时采用LBT机制，即如果侦听到非授权频带中有WiFi节点在发送数据则不尝试接入信道。
3.根据权利要求1所述的LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，其特征在于，所述的步骤S1中，假设网络处于饱和状态，即WiFi节点和LTE基站一直有数据包等待发送，并且假设WiFi节点和LTE基站能互相侦听到对方的数据传输；
对于WiFi网络，所有WiFi节点使用RTS/CTS机制进行信道接入，即需要传输数据时，WiFi节点首先发送RTS帧，并根据是否能收到其他WiFi节点发送的CTS帧判断信道是否空闲，当WiFi节点侦听到信道忙时不会尝试接入信道，该CTS帧能被LTE基站接收，LTE基站据此判断信道是否空闲，当LTE基站侦听到网络中有WiFi节点发送数据时不会尝试接入信道；
假设在传输数据前，LTE基站向WiFi无线访问接入点发送RTS帧，若信道空闲，则WiFi无线访问接入点广播CTS帧，据此WiFi节点判断信道是否空闲；
对于WiFi节点，若发送失败，使用窗口退避机制，对于新的数据包，WiFi节点首先在{0,...,W(W)}中随机选择一个值并且每经过一个空闲时隙将选定的值减1，直至减至0后请求发送，若有两个或两个以上节点同时尝试接入，则接入失败，在经过i次失败后，WiFi节点的退避窗口大小变为Wi (W)；
对于LTE网络，根据LBT机制，在第i次传输失败后，在{0,...,Wi (L)}中随机选择一个值延迟数据包发送请求，Wi (L)为LTE基站第i次发送请求失败后的退避窗口大小。
4.根据权利要求3所述的LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，其特征在于，LTE基站和WiFi节点的初始退避窗口大小W(L)和W(W)可设为任意值，在第i次传输失败后，LTE基站和WiFi节点的退避窗口的大小分别变为Wi (L)和Wi (W)，Wi (L)和Wi (W)分别根据(1)式和(2)式得到，
Wi (L)＝W(L)·ζ(i) (1)
Wi (W)＝W(W)·ω(i) (2)
其中，ζ(i)和ω(i)均为关于i的初值为1的单调非减函数，即ζ(0)＝1，ζ(i)≥ζ(i-1)；ω(0)＝1，ω(i)≥ω(i-1)，当i≥K(L)时，ζ(i)＝ζ(K(L))；当i≥K(W)时，ω(i)＝ω(K(W))，其中K(L)和K(W)为截止阈值。
5.根据权利要求1所述的LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，其特征在于，所述的步骤S2中，WiFi无线访问接入点侦听WiFi信道忙的时间间隔时，其得到的时间间隔有三种数值：1)其他WiFi节点接入成功，此时信道忙的时间间隔为
2)LTE基站接入成功，此时信道忙的时间间隔为
3)其他WiFi节点或LTE基站接入失败，此时信道忙的时间间隔均为τF；
由于
且
并且对于WiFi无线访问接入点来说，
是已知的，因此WiFi无线访问接入点选择较大的两个数值中和
不同的一个数值作为
的值，此外，WiFi无线访问接入点还应记录WiFi网络节点数量n并根据(8)式计算采用3GPP公平限制条件时WiFi节点的最优初始退避窗口大小W3GPP,(W)，
其中pγ,(W)，pγ,(L)和γ由(9)(10)(11)式联立求解得到，ω(i)为关于i的初值为1的单调非减函数，
其中pγ＝η,(W)，pγ＝η,(L)是将γ＝η带入(10)和(11)式得到，
p*可由(13)式得到，
6.根据权利要求1所述的LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，其特征在于，所述的步骤S3中，当LTE基站未发送数据时，其侦听信道忙的时间间隔，其得到的时间间隔有两种数值：1)WiFi节点接入成功，此时信道忙的时间间隔为
2)WiFi节点接入失败，此时信道忙的时间间隔为τF，由于数据包长度远远大于RTS帧的长度，即
因此LTE基站选择长的时间间隔作为
的值。
7.根据权利要求5所述的LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，其特征在于，所述的步骤S4中，LTE基站根据(14)式调整采用3GPP公平限制条件时LTE基站最优初始退避窗口参数W3GPP,(L)，
8.根据权利要求1所述的LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，其特征在于，所述的步骤S2和步骤S5中，在3GPP公平性限制条件下，LTE基站和WiFi节点最优初始退避窗口大小是(15)式中最优化问题的解，
其中，
和
分别表示在LTE和WiFi共存网络中WiFi网络和LTE网络的吞吐量。
9.根据权利要求1所述的LTE和WiFi共享非授权频带时节点初始退避窗口的分布式调整方法，其特征在于，所述的步骤S2和步骤S5中，WiFi无线访问接入点和LTE基站仅仅需要通过观测信道忙的时间间隔得到对方在成功发送数据包的情况下占用的信道时间，WiFi无线访问接入点和LTE基站的最优初始退避窗口大小是分布式地确定的，不需要WiFi网络和LTE网络之间的信息交互。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910378845.7A CN110121177B (zh) | 2019-05-08 | 2019-05-08 | LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910378845.7A CN110121177B (zh) | 2019-05-08 | 2019-05-08 | LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110121177A CN110121177A (zh) | 2019-08-13 |
| CN110121177B true CN110121177B (zh) | 2022-12-27 |
Family
ID=67521883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910378845.7A Active CN110121177B (zh) | 2019-05-08 | 2019-05-08 | LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110121177B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113490226B (zh) * | 2021-07-05 | 2022-06-07 | 华中科技大学 | 5G新空口与WiFi网络在未授权频段共存优化方法及系统 |
| CN113473505B (zh) * | 2021-07-05 | 2022-06-10 | 华中科技大学 | 一种多链路同步接入吞吐量优化方法、系统终端及介质 |
| CN116437364B (zh) * | 2022-11-25 | 2024-01-30 | 华中科技大学 | 一种非授权频段5g新空口多址接入机制切换方法及系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102395147A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-03-28 | 上海交通大学 | 基于自适应退避窗和退避速度的节点优化接入方法 |
| CN105472753A (zh) * | 2016-02-15 | 2016-04-06 | 重庆邮电大学 | 一种基于lte的认知小蜂窝双重资源分配和干扰管理方法 |
| CN108601091A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-09-28 | 西安电子科技大学 | 一种LTE-U/WiFi共用未授权频段避免碰撞的办法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9907085B2 (en) * | 2014-09-26 | 2018-02-27 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | WIFI-coordinated LAA-LTE |
| CN106304386B (zh) * | 2015-05-18 | 2020-11-06 | 上海诺基亚贝尔股份有限公司 | 在lte laa中用于触发lbt的随机退避机制的方法 |
-
2019
- 2019-05-08 CN CN201910378845.7A patent/CN110121177B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102395147A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-03-28 | 上海交通大学 | 基于自适应退避窗和退避速度的节点优化接入方法 |
| CN105472753A (zh) * | 2016-02-15 | 2016-04-06 | 重庆邮电大学 | 一种基于lte的认知小蜂窝双重资源分配和干扰管理方法 |
| CN108601091A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-09-28 | 西安电子科技大学 | 一种LTE-U/WiFi共用未授权频段避免碰撞的办法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| IEEE802.16中一种基于初始退避窗的冲突解决方案;曹路;《广东技术师范学院学报》;20080625(第06期);全文 * |
| 非授权频段中LTE和Wi-Fi共存系统性能研究;蔡凤恩等;《电信工程技术与标准化》;20151015(第10期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110121177A (zh) | 2019-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7309030B2 (ja) | マルチリンク通信方法及び装置 | |
| US20220225406A1 (en) | Frame transmission method and device using multiple random backoff operation in broadband wireless communication network | |
| Huang et al. | Recent advances of LTE/WiFi coexistence in unlicensed spectrum | |
| US10834758B2 (en) | Media access control for license-assisted access | |
| US9693369B2 (en) | Radio communication in unlicensed band | |
| KR100914940B1 (ko) | 경쟁 윈도우 크기를 조정하고 선택된 이동국을 연관해제하여 무선 매체 혼잡을 제어하는 방법 및 장치 | |
| WO2016145601A1 (zh) | 一种退避窗口的调整方法和装置 | |
| US20140064257A1 (en) | Method of establishing a first and a second association which are decoupled | |
| CN110121177B (zh) | LTE与WiFi共存网络的退避窗口分布式调整方法 | |
| US11510104B2 (en) | Method of transmitting data and apparatus thereof | |
| US9736702B2 (en) | System and method for quality of service control | |
| WO2015013923A1 (zh) | 数据帧的发送、接收方法和装置 | |
| TW201628432A (zh) | Ｗｉ－ｆｉ相容通道存取（二） | |
| JP6793744B2 (ja) | ワイヤレス通信ネットワークにおいて干渉を低減するための方法 | |
| Ma et al. | MAC-layer coexistence analysis of LTE and WLAN systems via listen-before-talk | |
| US10070329B2 (en) | Device and method | |
| Haghshenas et al. | NR-U and Wi-Fi coexistence enhancement exploiting multiple bandwidth parts assignment | |
| WO2017033788A1 (ja) | 無線通信システムおよび無線通信方法 | |
| Bazzi et al. | Performance analysis of IEEE 802.11 p preamble insertion in C-V2X sidelink signals for co-channel coexistence | |
| da Silva et al. | Mac protocols for ieee 802.11 ax: Avoiding collisions on dense networks | |
| Wang et al. | A new MAC scheme in cognitive network for different priority of secondary users | |
| Abdolahi et al. | Performance of IEEE 802.11 bd Channel Bonding with Fallback | |
| Santos et al. | Dyn-ARF: A rate adaptation mechanism sensitive to the network load over 802.11 WLANs | |
| Queiroz et al. | Translating full duplexity into capacity gains for the high-priority traffic classes of IEEE 802.11 | |
| KR101565707B1 (ko) | 차량 단말기의 데이터 송수신 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |