一种抗传输干扰的无线通信链路自适应方法技术

本发明专利技术公开了一种抗传输干扰的无线通信链路自适应方法，包括步骤：发送节点以A-MPDU聚合帧方式向接收节点传输帧的过程中，实时捕获PHY头以及MPDU子帧的传输状态信息，计算同步干扰发生概率和异步干扰发生概率，一旦有PHY头或MPDU子帧丢失，则根据同步干扰发生概率和异步干扰发生概率与其门限的关系，估计通信链路中的干扰因素，马上执行相应的抗传输干扰措施，保证帧的可靠传输。本发明专利技术以发送端的角度估计链路中的干扰，一方面，节省了协议开销，降低了帧长度；另一方面，结合B-ACK帧实时采集并统计帧传输状态，推理出链路中存在的同步干扰和异步干扰，辅助发送端执行最佳的抗传输干扰措施，选择适当的帧传输速率，避免了同步干扰或异步干扰估计不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种抗传输干扰的无线通信链路自适应方法
本专利技术涉及无线通信链路传输研究领域，特别涉及一种抗传输干扰的无线通信链路自适应方法。
技术介绍
帧在无线链路传输过程中会因为链路干扰而导致传输失败，影响帧传输的主要因素有同步干扰和异步干扰，通常指碰撞和隐藏节点。由于AP间的基本服务集(BBS)重叠以及无线网络中节点数和数据包的增加，致使通信链路质量低下，造成无线宽带利用率低。为保证帧成功传输，发送端通常依据链路的信号与干扰加噪声比(SINR)选择适当的速率保证帧的可靠传输，即速率与可靠性之间的权衡。在同步干扰严重的链路环境下，发送端通过二进制退避指数算法延迟帧发送，降低帧碰撞概率；在异步干扰严重的链路环境下，发送端启动RTS/CTS方式传输帧，避免隐藏节点干扰。然而，发送端如何预测链路的干扰程度以及执行抗传输干扰措施以达到最优的链路吞吐量一直是研究热点。发送端执行抗传输干扰措施前，需估计通信链路干扰情况，然后根据通信链路情况执行抗干扰措施，选择最优的帧传输速率，使得丢包率降到最低。能否准确地估计通信链路干扰情况是研究难点。目前，一类方法是基于接收端反馈通信链路传输质量，即在接收端通过B-ACK帧携带更多的通信链路信息反馈给发送端，以更加准确地判断链路环境，发送端根据接收端的反馈信息，能够迅速调节参数避免干扰，获取更高的网络吞吐量，但这类方法对同步干扰问题估计不足，没有充分考虑到发送端本身所处的通信链路环境，另外，由于正向链路与反向链路的不对称性，使得接收端难以估计发送端的通信链路情况，从而使得基于接收端的方法无法更准确估计通信链路干扰情况。在执行抗传输干扰措施过程中，若通过接收端估计通信链路环境，不可避免地需要额外的控制开销，增加帧长度；另外，接收端虽可较为准确估计链路异步干扰，但其主要的困难之处在于同步干扰估计难以估计。因此，如何节省控制开销，避免不必要的传输时延，同时能够针对无线通信链路中存在的干扰自适应采取干扰措施，具有重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种抗传输干扰的无线通信链路自适应方法，该方法在IEEE802.11协议下，以发送端的角度估计链路中的干扰，节省协议开销，避免不必要的传输时延，且可以准确地估计出通信链路传输干扰，进而自适应地执行有效的抗传输干扰措施。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种抗传输干扰的无线通信链路自适应方法，包括步骤：发送节点以A-MPDU聚合帧方式向接收节点传输帧的过程中，实时捕获PHY头以及MPDU子帧的传输状态信息，计算同步干扰发生概率和异步干扰发生概率一旦有PHY头或MPDU子帧丢失，则判断是否超过相应的门限，确定干扰情况，然后执行相应的抗传输干扰措施；设任一节点i，所述同步干扰发生概率的计算公式为：其中，Bi为链路忙碌时隙数量，Ii为通信链路中总时隙数量，Ti为传输回路数量，ρ为一定值，表示受到物理干扰影响而导致帧传输失败的概率，与通信链路物理环境相关；所述异步干扰发生概率的计算公式为：其中，α表示和之间的影响因子，表示导致PHY头丢失的异步干扰发生概率，表示导致MPDU子帧丢失的异步干扰发生概率，其具体计算公式为：其中，Ni,PHY表示节点i共发送的PHY头的个数，表示PHY头成功传输的个数。更具体的，包括以下步骤：(1)实时捕获PHY头的传输信息，计算同步干扰发生概率检测PHY头是否丢失，如果丢失，则执行步骤(3)，否则，按照与发送PHY头一致的发送策略发送MPDU子帧，执行步骤(2)；(2)实时捕获MPDU子帧的传输信息，计算异步干扰发生概率检测MPDU子帧是否丢失，如果丢失，则执行步骤(4)，否则，按照当前的发送策略继续传送信息；(3)判断当前是否大于设定的同步干扰门限η(syn)，如果是，则执行步骤(5)，否则执行步骤(6)；(4)判断当前是否大于设定的异步干扰门限η(asy)，如果是，则执行步骤(7)，否则执行步骤(6)；(5)执行应对同步干扰的发送策略：逐步增大竞争窗口CW＝min{2(CW+1),CWmax}，执行二进制指数退避算法；(6)执行应对物理干扰的发送策略：降低MCS速率，增加信号的发送范围，提高当前传输链路的SINR；(7)执行应对异步干扰的发送策略：启动RTS/CTS方式发送帧。由于发送节点首次启动PHY头传输时没有交互，使得发送节点无法利用本专利技术所提出的方法估计链路干扰情况。为保证PHY头能无差错抵达接收节点，本专利技术在发送节点首次启动PHY头传输时，使用最低的MCS速率传输PHY头，一旦接收节点成功接收PHY头，马上返回B-ACK帧报告最佳的MCS速率给发送节点，发送节点依据该B-ACK帧中携带的信息更新链路干扰估计情况，确定当前链路的最佳发送策略后，发送MPDU子帧。采用这种基本方式发送帧，开销较小，在无干扰的情况下选择链路最佳的MCS，以获得较高的吞吐量。上述同步干扰发生概率的计算公式为理论公式，为降低偶然性的同步干扰影响，设定一同步低通滤波因子λ(0<λ<1)，通过下式得到更新后同步干扰发生概率：其中表示最近一次计算所得的同步干扰发生概率，表示更新后的同步干扰发生概率。通过上式计算出来的值变化更为平滑，更加符合实际链路环境。同样的，上述异步干扰发生概率的计算公式也为理论公式，为降低偶然性的异步干扰影响，设定一异步低通滤波因子μ(0<μ<1)，通过下式得到更新后异步干扰发生概率：其中表示最近一次计算所得的异步干扰发生概率，表示更新后PHY头发生异步干扰概率，表示更新后MPDU子帧发生异步干扰概率，表示更新后的异步干扰发生概率。通过上式计算出来的值变化更为平滑，更加符合实际链路环境。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术在发送端实时采集并统计帧传输状态信息，分析链路干扰发生概率，降低接收端进行链路信息反馈，节省了协议开销，缩短B-ACK帧长度，避免不必要的网络传输时延。2、本专利技术在帧传输过程中，发送端结合帧聚合、块确认等特性实时估计链路中干扰发生的概率，不仅有效估计出链路中存在的同步与异步干扰，还具备较高的干扰判断准确率。3、本专利技术不需要修改IEEE802.11协议标准，仅需增加底层软件模块即可实现干扰估计功能以及自动执行抗干扰传输措施。4、本专利技术方法除了能较准确估计出通信链路传输干扰，采取有效的抗传输干扰措施之外，同时也进一步提高无线网络的吞吐量，更加充分利用无线带宽。附图说明图1为A-MPDU聚合帧的格式的示意图。图2(a)为PHY头正常传输的示意图。图2(b)为PHY头传输失败的示意图。图3(a)为MPDU子帧正常传输的示意图。图3(b)为MPDU子帧传输失败的示意图。图4为无线链路传输状态图。图5为本实施例A-MPDU聚合帧发送流程图。图6为本实施例同步干扰执行流程图。图7为本实施例异步干扰执行流程图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例利用IEEE802.11n协议中的帧聚合技术，将数据按照A-MPDU聚合帧格式分片聚合传输，参见图1，A-MPDU聚合多个包含数据的MPDU子帧，共享同一PHY头在链路中传输，图中4B、36B、64KB等均为各个部分所占的字节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗传输干扰的无线通信链路自适应方法，其特征在于，包括步骤：发送节点以A‑MPDU聚合帧方式向接收节点传输帧的过程中，实时捕获PHY头以及MPDU子帧的传输信息，计算同步干扰发生概率和异步干扰发生概率一旦有PHY头或MPDU子帧丢失，则判断是否超过相应的门限，确定干扰情况，然后执行相应的抗传输干扰措施；设任一节点i，所述同步干扰发生概率的计算公式为：Pisyn=BiIi-Ti-ρ;]]>其中，Bi为链路忙碌时隙数量，Ii为通信链路中总时隙数量，Ti为传输回路数量，ρ为一定值，表示受到物理干扰影响而导致帧传输失败的概率；所述异步干扰发生概率的计算公式为：Piasy=(1-α)·Pi,PHYasy+α·Pi,MPDUasy;]]>其中，α表示和之间的影响因子，表示导致PHY头丢失的异步干扰发生概率，表示导致MPDU子帧丢失的异步干扰发生概率，其具体计算公式为：Pi,PHYasy=1-Ni,PHYsNi,PHY(1-ρ)[(Ii-Ti-Bi)(Ii-Ti)+ρ];]]>Pi,MPDUasy=1-Ni,MPDUsNi,MPDU(1-ρ);]]>其中，Ni,PHY表示节点i共发送的PHY头的个数，表示PHY头成功传输的个数。...

【技术特征摘要】
1.一种抗传输干扰的无线通信链路自适应方法，其特征在于，包括步骤：发送节点以A-MPDU聚合帧方式向接收节点传输帧的过程中，实时捕获PHY头以及MPDU子帧的传输信息，计算同步干扰发生概率和异步干扰发生概率一旦有PHY头或MPDU子帧丢失，则判断是否超过相应的门限，确定干扰情况，然后执行相应的抗传输干扰措施；设任一节点i，所述同步干扰发生概率的计算公式为：其中，Bi为链路忙碌时隙数量，Ii为通信链路中总时隙数量，Ti为传输回路数量，ρ为一定值，表示受到物理干扰影响而导致帧传输失败的概率；所述异步干扰发生概率的计算公式为：其中，α表示和之间的影响因子，表示导致PHY头丢失的异步干扰发生概率，表示导致MPDU子帧丢失的异步干扰发生概率，其具体计算公式为：其中，Ni,PHY表示节点i共发送的PHY头的个数，表示PHY头成功传输的个数，Ni,MPDU表示节点i共发送的MPDU子帧的个数，表示MPDU子帧成功发送的个数。2.根据权利要求1所述的抗传输干扰的无线通信链路自适应方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)实时捕获PHY头的传输信息，计算同步干扰发生概率检测PHY头是否丢失，如果丢失，则执行步骤(3)，否则，按照与发送PHY头一致的发送策略发送MPDU子帧，执行步骤(2)；(2)实时捕获MPDU子帧和PHY头的传输信息，计算异步干扰发生概率检测MPDU子帧是否丢失，如果丢失，则执行步骤(4)，否则，按照当前的发送策略继续传输信息；(3)判断当前是否大于设定的同步干扰门限η(s...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌捷，柳毅，叶远航，谢锐，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44