CN111526519B

CN111526519B - 一种子网融合的工作频带选择方法

Info

Publication number: CN111526519B
Application number: CN202010354945.9A
Authority: CN
Inventors: 张文健; 李萍; 杨文珺
Original assignee: Wuxi Institute of Technology
Current assignee: Wuxi Institute of Technology
Priority date: 2020-04-29
Filing date: 2020-04-29
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2040-04-29
Also published as: CN111526519A

Abstract

本发明公开了一种子网融合的工作频带选择方法，分别工作在各自连续工作频带上的两个子网融合为一个自组网时，融合后的自组网在由两个工作频带组成的连续频带中进行工作频带选择，工作频带的带宽为不大于该连续频带带宽且系统能够支撑的最大工作带宽；预设一工作带宽之比门限；若带宽之比大于门限，则选择带宽大的频带作为工作频带；若带宽之比低于或等于门限，则选择测量结果指标高的工作频带；本发明解决了在不同工作频带上工作的子网相互融合时工作频带选择的问题，将不同的工作频带分为是否存在重合两种情况，从而更方便工作频带的选择，提高融合效率，让融合后自组网保持较高的网络吞吐量。

Description

一种子网融合的工作频带选择方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种子网融合的工作频带选择方法。

背景技术

无线自组网是一种与传统无线蜂窝网络完全不同新型无线网络架构，包含多个通信节点。网络中的节点之间都是对等的，每个节点每个通信节点都具有发送、转发和接收功能，因此网络中任意两个节点可以通过直接链路或多跳链路进行通信。相比传统蜂窝网络，无线自组网不需要依赖基础设施，具有组网灵活简便、网络可靠性高以及覆盖范围大等优点，广泛应用在公共安全、军事战场、灾后重建和急救任务等领域；

随着多媒体业务的快速发展和OFDM-MIMO(正交频分多址和多输入多输出)技术的成熟应用，基于宽带通信技术的无线自组网应需而生。由于无线自组网没有一个统一的标准，网络节点之间的通信通常采用现有的无线通信协议。目前，主流的无线宽带自组网主要基于WiFi协议、4G LTE协议和5G相关技术进行定制设计的；

在一些使用场景下，例如在军事战场，若干个单兵自组网节点组成一个子网，多个子网的拓扑结构随着位置移动不断发生变化。当多个子网相互靠近时，将融合成一个大的自组网络，如图1所示。每个子网在融合前，都工作在自己的工作频带上，这些工作频带的频点和带宽可能各不相同，也可能部分相同。在子网融合时，新融合的自组网络需要确定新的工作频带，所有网络节点之间的传输都在新的工作频带上进行；

目前，现有技术都是在不同子网采用相同工作频带的假设下研究子网融合流程以及子网融合过程中的时隙资源分配和路由管理等，不适用于工作频带不同的子网融合时工作频带的选择。

发明内容

本发明提供一种子网融合的工作频带选择方法，可以解决不同工作频带的子网进行融合时工作频带选择的问题。

一种子网融合的工作频带选择方法，该工作频带选择方法通过区分待融合的两个子网对应的工作频带是否存在重合的两种情况进行区分处理：当存在重合的情况下，两个子网融合后的自组网在由两个工作频带组成的连续频带中进行工作频带选择；当不存在重合的情况下，通过将待融合的两个子网的工作频带带宽之比与预设门限进行比对，确定融合后的自组网工作频带。

较佳的，分别工作在各自连续工作频带上的两个子网融合为一个自组网时，融合后的自组网选择工作频带具有如下两种情况：

情况一：两个子网对应的工作频带存在重合；

融合后的自组网在由两个工作频带组成的连续频带中进行工作频带选择，工作频带的带宽为不大于该连续频带带宽且系统能够支持的最大工作带宽；

情况二：两个子网对应的工作频带不存在重合；

预设一工作带宽之比门限；

若两个子网的工作频带带宽之比大于该预设门限，则融合后的自组网选择带宽大的频带作为工作频带；

若两个子网的工作频带带宽之比低于或等于该预设门限，则两个子网内的所有节点分别在两个工作频带上进行物理层测量，融合后的自组网的工作频带为测量结果指标高的工作频带。

较佳的，对于上述情况一：若融合后的自组网的工作频带带宽等于其中一个子网的工作频带带宽，则融合后的自组网直接选择该子网的工作频带。

较佳的，对于上述情况一：若其中一个子网的工作频带带宽为系统能够支持的预设最大带宽等级，则融合后的自组网直接选择该子网的工作频带。

较佳的，对于上述情况一：若两个子网的工作频带带宽均为系统能够支持的预设最大带宽等级，则融合后的自组网选择任一子网的工作频带。

较佳的，对于上述情况二：若两个子网节点支持并采用载波聚合技术，融合后的自组网的工作频带将两个子网的工作频带作为成员载波，且带宽较大的工作频带作为主载波，带宽较小的工作频带为辅载波。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了在不同工作频带上工作的子网相互融合时工作频带选择的问题，将不同的工作频带分为是否存在重合两种情况，从而更方便工作频带的选择，提高融合效率，让融合后自组网保持较高的网络吞吐量。

附图说明

图1为两个子网融合的示意图；

图2为载波聚合的示意图；

图3为多个子网融合的流程示意图；

图4为子网工作频带重合情况下的工作频带选择示意图；

图5为工作频带之比超过预设门限情况下的工作频带选择示意图；

图6为采用载波聚合技术情况下的工作频带选择示意图；

图7为子网融合工作频带选择方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1至图7所示，本发明实施例提供的一种子网融合的工作频带选择方法，该工作频带选择方法通过区分待融合的两个子网对应的工作频带是否存在重合的两种情况进行区分处理：当存在重合的情况下，两个子网融合后的自组网在由两个工作频带组成的连续频带中进行工作频带选择；当不存在重合的情况下，通过将待融合的两个子网的工作频带带宽之比与预设门限进行比对，确定融合后的自组网工作频带；

进一步的，分别工作在各自连续工作频带上的两个子网融合为一个自组网时，融合后的自组网选择工作频带具有如下两种情况：

情况一：两个子网对应的工作频带存在重合；

融合后的自组网在由两个工作频带组成的连续频带中进行工作频带选择，工作频带的带宽为不大于该连续频带带宽且系统能够支撑的最大工作带宽；

在多个子网的融合成一个大自组网的过程中，多个子网并不是同时融合的，而是按照时间先后顺序两个子网先融合成一个较大的自组网，然后该较大的自组网再与另外一个子网融合，以此类推，直到所有子网融合成一个大自组网。因此，对于每一次融合，融合过程都是在两个子网之间发生的，如图3所示；

在本发明方案中，假设存在M个无线宽带自组网子网{SN₁，SN₂，…，SN_M}，每个子网内的节点在一段连续的工作频带上进行数据传输；一段连续的工作频带包括频点和带宽两个要素，对于两个子网来说，工作频带不同意味着频点和 /或带宽不同；假设所有子网的工作频点表示为{F₁，F₂，…，F_M}，工作带宽表示为{B₁，B₂，…，B_M}；

对于一段连续的工作频带，中心频点位于工作频带的中心位置；因此，如果两个连续的工作频带存在重合的话，两个频点之间的带宽应不大于两个工作带宽之和的一半；特别地，如果两个工作频带完全重合，则频点和带宽完全相同，频点之间的带宽为零；

对于无线宽带通信系统来说，综合考虑系统的灵活性和复杂度，可采用的工作带宽通常会预定义多个等级，例如3MHz/5MHz/10MHz/20MHz等；因此，对于由两个重合的工作频带组成的连续工作频带，其工作带宽为 |F_i-F_j|+(B_i+B_j)/2，即频点之间的带宽加上两个工作带宽之和的一半；融合后的自组网在这该连续工作频带上选择工作频带，且工作带宽B_W为不大于 |F_i-F_j|+(B_i+B_j)/2的最大预设带宽等级；考虑B_W≤|F_i-F_j|+(B_i+B_j)/2，融合后的自组网的工作频点取值为一个范围，如果k和m分别代表min(F_i,F_j)和max(F_i,F_j) 对应的子网编号，那么工作频点最小为F_k-B_k/2+B_W/2(即低频点工作频段的起始频点与新工作带宽一半之和)，最大为F_m+B_m/2-B_W/2(即高频点工作频段的结束频点与新工作带宽一半之差)，如图4所示；

如果工作带宽B_W＝max(B_i,B_j)，则融合后的自组网的工作频带为max(B_i,B_j) 对应的工作频带；

特别地，对于两个重合的工作频带组成的连续工作频带，如果其工作带宽 |F_i-F_j|+(B_i+B_j)/2≥max(B_i,B_j)，但小于比max(B_i,B_j)更高一级的预定义带宽等级 (即带宽更大一级)，这时候融合后的自组网选择的工作频带满足B_W＝ max(B_i,B_j)，在这种情况下，融合后的自组网直接采用max(B_i,B_j)对应的工作频带，即若融合后的自组网的工作频带带宽等于其中一个子网的工作频带带宽，则融合后的自组网直接选择该子网的工作频带；

如果max(B_i,B_j)对应的工作带宽为系统支持的最大工作带宽，则融合后的自组网的工作频带为max(B_i,B_j)对应的工作频带；若其中一个子网的工作频带带宽为系统能够支持的预设最大带宽等级，则融合后的自组网直接选择该子网的工作频带，若两个子网的工作频带带宽均为系统能够支持的预设最大带宽等级，则融合后的自组网选择任一子网的工作频带；

情况二：两个子网对应的工作频带不存在重合；

预设一工作带宽之比门限；

若两个子网的工作频带带宽之比大于上述预设门限，则融合后的自组网选择带宽大的频带作为工作频带；

若两个子网的工作频带带宽之比低于或等于上述预设门限，则两个子网内的所有节点分别在两个工作频带上进行物理层测量，融合后的自组网的工作频带为测量结果指标高的工作频带；

例如，对于两个进行融合的子网SN_i和SN_j(i≠j)，在两个子网对应的工作频带不存在重合，即|F_i-F_j|>(B_i+B_j)/2的情况下，如果两个子网对应的工作带宽之比超过预定门限T_B，即max(B_i,B_j)/min(B_i,B_j)＞T_B，则融合后的自组网的工作频带为max(B_i,B_j)对应的工作频带；

在一般情况下，子网的工作带宽与网络规模相对应，网络规模越大(即包含的节点数目越多)，工作带宽也越大；对于两个要融合的子网来说，如果二者的工作带宽相差较大的话，网络规模也相差较大；

如果T_B值设置的非常大，则意味着较大工作带宽远远大于较小工作带宽，这也意味着较大工作带宽对应的子网规模远远超过较小工作带宽对应的子网规模；当两个子网进行融合时，较小规模子网直接融入到较大规模子网中即可，较小规模子网内的传输切换到较大规模子网对应的工作频带；从技术角度看，工作频带选择和融合流程都相对简单；

如果两个子网对应的工作带宽之比未超过预定门限，则两个子网内的所有节点分别在两个工作频带上进行物理层测量，融合后的自组网的工作频带为测量结果指标高的工作频带；

如果两个工作带宽之比低于预设门限，特别对于两个工作带宽相差不大的情况，融合后的自组网无法直接选择工作频带；即使选择带宽较大的工作频带，融合后的自组网的网络吞吐量不一定大；此时，可以根据物理层测量结果作为选择；

对于两个子网的所有节点，每个分别在针对两个工作频带进行物理层测量；在进行物理层测量时，每个节点作为接收节点，可以测量整个工作频带的平均信噪比(SNR)、或信道质量指示信息(CQI)、或某种调制方式下的互信息量(MI)、或其他可以衡量整个工作频带传输能力的指标等，物理层测量可以采用无线蜂窝网络的现有技术；然后将每个节点的测量结果进行平均，分别获得两个工作频带对应的物理层测量结果；对于物理层测量结果指标较高的工作频带，融合后的自组网能够获得更高的网络吞吐量，因此融合后的自组网选择物理层测量结果指标较高的工作频带；

上述工作频带选择方法都是针对未支持或未采用载波聚合技术的情况；如果两个子网的所有节点都支持并采用载波聚合技术，两段不重合的连续工作频带作为成员载波进行载波聚合，聚合后作为融合后的自组网的工作频带；在采用载波聚合技术时，带宽较大的工作频带作为主载波，带宽较小的工作频带作为副载波，如图6所示；

工作频带选择在子网融合的过程中进行，待子网融合完成后，融合后的自组网在新的工作频带上进行数据传输；

工作原理：假设对于无线宽带自组网系统，定义六个工作带宽等级包括 1.4MHz/3MHz/5MHz/10MHz/15MHz/20MHz；为描述简单，以进行一次融合的两个子网为例，假设子网A的工作频点为F_A，子网B的工作频点为F_B，且 F_A<F_B；

(1)假设子网A和子网B的工作频带的带宽均为10MHz，且二者的工作频带存在重合，重合后形成的一段连续频带的带宽为17MHz，即 F_B-F_A+(10+10)/2＝17MHz，起始频点为(F_A-10/2)MHz，结束频点为 (F_B+10/2)MHz；由于这一段连续频带的带宽位于带宽等级15MHz和带宽等级 20MHz之间，那么融合后的自组网选择带宽为15MHz的工作频带；当在17MHz 连续频带内选择15MHz工作频带时，15MHz工作频带的中心频点取值是一个范围，最小值为(F_A-10/2+15/2)MHz，最大值为(F_B+10/2-15/2)MHz；

(2)假设子网A的工作频带的带宽为10MHz，子网B的工作频带的带宽为3MHz，且二者的工作频带存在重合情况，重合后形成的一段连续频带的带宽最小为10MHz，最大为13MHz；因此，融合后的自组网选择带宽为10MHz 的工作频带；由于选择的工作频带带宽与子网A的工作带宽相同，融合后的自组网可以直接选择子网A的工作频带；

(3)假设子网A的工作频带的带宽为20MHz，且与子网B的工作频带存在重合，无论子网B的工作频带的带宽是哪个带宽等级，融合后的自组网的工作频带为20MHz；如果子网A和子网B的工作频带的带宽不相同，则融合后的自组网可以直接选择子网A的工作频带；如果子网A和子网B的工作频带的带宽相同，则融合后的自组网可以直接选择子网A或子网B的工作频带；

(4)假设子网A的工作频带的带宽为20MHz，子网B的工作频带的带宽为1.4MHz，且二者的工作频带不存在重合；假设预设工作带宽之比门限T_B＝10，子网A与子网B的工作频带之比大于预设门限，因此融合后的自组网选择子网A的工作频带；在通常情况下，子网A的节点数目远远超过子网B的节点数目，子网A的工作频带的带宽才远超过子网B的工作频带的带宽；在两个子网进行融合时，子网节点数目较少的子网B直接融入子网A即可；

(5)假设子网A的工作频带的带宽为20MHz，子网B的工作频带的带宽为15MHz，且二者的工作频带不存在重合；此时，融合后的自组网可以直接选择带宽较大的工作频带，但由于自组网节点在不同工作频带进行数据传输的信道环境不同，带宽较大的工作频带不一定带来高的网络吞吐量；因此，两个子网的所有节点可以作为接收节点分别针对两个工作频带测量整个工作频带的平均信噪比(SNR)、或信道质量指示信息(CQI)、或某种调制方式下的互信息量(MI)、或其他可以衡量整个工作频带传输能力的指标等，然后所有节点的测量结果进行平均，分别获得两个工作频带对应的物理层测量结果，融合后的自组网选择测量结果指标较高的工作频带；

(6)假设子网A和子网B的工作频带的带宽分别为10MHz和5MHz，如果子网A和子网B的所有节点均支持和采用载波聚合技术，则融合后的自组网可以将两个工作频带当做不连续的成员载波进行聚合，融合后的自组网节点在聚合频带上进行数据传输；由于子网A的工作频带的带宽大于子网B的工作频带的带宽，子网A的工作频带作为主载波，子网B的工作频带作为辅载波。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种子网融合的工作频带选择方法，其特征在于，该工作频带选择方法通过区分待融合的两个子网对应的工作频带是否存在重合的两种情况进行区分处理：当存在重合的情况下，两个子网融合后的自组网在由两个工作频带组成的连续频带中进行工作频带选择；当不存在重合的情况下，通过将待融合的两个子网的工作频带带宽之比与预设门限进行比对，确定融合后的自组网工作频带；

分别工作在各自连续工作频带上的两个子网融合为一个自组网时，融合后的自组网选择工作频带具有如下两种情况：

情况一：两个子网对应的工作频带存在重合；

情况二：两个子网对应的工作频带不存在重合；

预设一工作带宽之比门限；

若两个子网的工作频带带宽之比低于或等于该预设门限，则两个子网内的所有节点分别在两个工作频带上进行物理层测量，融合后的自组网的工作频带为测量结果指标高的工作频带；

对于上述情况一：

若融合后的自组网的工作频带带宽等于其中一个子网的工作频带带宽，则融合后的自组网直接选择该子网的工作频带；

若其中一个子网的工作频带带宽为系统能够支持的预设最大带宽等级，则融合后的自组网直接选择该子网的工作频带；

若两个子网的工作频带带宽均为系统能够支持的预设最大带宽等级，则融合后的自组网选择任一子网的工作频带。

2.如权利要求1所述的一种子网融合的工作频带选择方法，其特征在于，对于上述情况二：若两个子网节点支持并采用载波聚合技术，融合后的自组网的工作频带将两个子网的工作频带作为成员载波，且带宽较大的工作频带作为主载波，带宽较小的工作频带为辅载波。