基于串行干扰消除和功率控制的无线网络调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于串行干扰消除和功率控制的无线网络调度方法，主要解决传统基于串行干扰消除调度算法整体频谱利用率低的问题，其技术方案是：1.网络中的中心节点接收所有节点的第一数据包Pkt-1，建立网络拓扑和与之对应的冲突图；2.中心节点调整发送节点传输功率，使得接收端能够使用串行干扰消除技术对多个有用信号同时进行接收；3.中心节点更新冲突图，以满意度最小的链路优先调度为原则，遍历更新后的冲突图，找到能够与该链路在相同时隙进行传输的链路集合，并通知相应节点在相应链路上进行数据传输。本发明专利技术在提高频谱利用率的同时保证了网络资源的公平分配，可用于无线网络的资源分配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，主要涉及一种无线网络调度方法，可用于无线网 络的资源分配。
技术介绍
在无线网络中，由于无线信道的广播特性，工作在同一信道上的无线链路会相互 干扰。当网络中的干扰没有得到有效控制时，会引起传输中断、网络拥塞，最终导致网络的 频谱利用率大幅度下降。通过给不同信号分配不同的网络资源，例如时间、空间、频带资源 可以避免信号间的相互干扰。 现有的无线网络调度算法中的绝大多数都基于干扰避免机制，即在调度决策过程 中考虑干扰对链路性能的影响，尽可能给相互干扰的链路分配正交的网络资源，从而减轻 干扰对网络频谱利用率的影响。但是这类调度方法只能被动地给干扰的链路分配正交的网 络资源，干扰避免的执行往往会以引起网络空间、带宽等资源的额外消耗，进而导致网络频 谱利用率的降低。在这样一种背景下，需要一种新的调度机制能够适当的利用物理层技术 来消除干扰，可以在很大程度上避免多个并发传输信号的碰撞和重叠及由此带来的传输中 断等不利影响，从而极大地提高频谱的使用效率。 近年来，随着物理层技术的发展，串行干扰消除SIC技术得到了广泛的研宄和应 用° 文献"Squeezing The Most Out of Interference:An Optimization Framework for Joint Interference Exploitation and Avoidance"提出了一种基于串行干扰消除技术的 调度策略，证明了串行干扰消除技术对网络频谱利用率的增益。链路接收节点通过使用串 行干扰消除技术不仅可以对多个目标信号同时进行接收，还可以消除一部分干扰信号对目 标信号的影响，这样使得原本相互干扰的链路得以同时传输，从而提高了无线网络的空间 复用程度。在无线网络中使用串行干扰消除技术，一方面可以减轻干扰对无线传输的影响， 从而在一定程度上降低了在同一信道上传输的链路间的干扰；另一方面可以减少链路传输 所消耗的空间资源，从而使更多的链路中能够在同一信道上进行传输。 但是，由于上述方法中的各个发送节点的传输功率在调度过程中固定不变，不能 主动地调整传输信号功率使其满足串行干扰消除条件，因此，接收节点只能被动地进行干 扰消除和信号接收，很难使得网络的频谱利用率获得进一步的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对传统无线网络中基于串行干扰消除技术的调度方法的不足， 提出一种，在有效消除干扰的同时，提 高网络的频谱利用率。 本专利技术的技术方案是：通过调整发送端的传输功率，主动创造干扰消除机会，利于 接收端使用串行干扰消除技术进行干扰消除和信号接收，其实现步骤如下： (1)初始化L个链路及其序列号为数列（1，2，...，L)，初始化N个节点坐标位置为 ((Xp y)，（x2, y2)，? ? ?，（xL，yL))、节点序列号为数列（1，2, ? ? ?，N)，初始化调度长度为T个 等长的时隙，初始化时隙序列号为数列（1，2, ...，T)，初始化时隙数计数器为0,初始化所 有链路上数据传输所需求的时隙数分别为D1, D2, ...，^个时隙，初始化所有发送节点的传 输功率为最大传输功率Pniax; (2)网络中每个链路1的发送节点以最大传输功率pmax向中心节点发送自己的数 据包Pkt-1，该数据包Pkt-I中包括自己的链路序列号、数据传输所需求的时隙数D 1以及 本链路收发节点的序列号和坐标位置信息； (3)网络中的中心节点提取出所有数据包Pkt-I的信息，确定当前网络中的链路 和节点信息，并根据所有获取的信息建立当前网络拓扑及其对应的冲突图G = (V，E)，其中 V为冲突图G中所有顶点的集合，每个顶点与网络中的链路一一对应，E为冲突图G中所有 边的集合，所有边均为无向边； (4)中心节点判断冲突图G中任意两个顶点间是否存在一条无向边：若任意两个 顶点对应的两个链路间存在以下三种情况中的任意一种时，则这两个顶点间存在一条无向 边，否则，这两个顶点间不存在无向边： 第一种是：一条链路的发送节点是另外一条链路的接收节点； 第二种是：两条链路拥有同一个发送节点； 第三种是：两条链路拥有同一个接收节点； (5)对于属于第三种情况而出现两个顶点间存在的一条无向边，中心节点根据当 前网络拓扑找到该两个顶点对应的拥有同一接收节点的两条链路，并对这两条链路发送节 点的传输功率进行调整，如果调整后这两个链路上的传输信号能够在接收端满足串行干扰 消除条件，则去掉这两个链路在冲突图G中对应的顶点间的边，否则，保留这两个链路在冲 突图G中对应的顶点间的边； (6)中心节点根据功率调整的结果，向调整了传输功率的发送节点u发送数据包 Pkt-2,该数据包Pkt-2中包括发送节点的序列号及其调整后的传输功率，发送节点u接收 到数据包Pkt-2后，核对节点序列号后调整发射功率，同时，中心节点更新所有的节点信 息、链路信息以及信道信息，得到一个新的冲突图G* = (V*，E*)，其中V*为新的冲突图G* 中所有顶点的集合，每个顶点与网络中的链路一一对应，E*为新的冲突图G中所有边的集 合，所有边均为无向边；(7)中心节点统计新的冲突图G*中所有顶点的权重值（％，《2，. ??，《上并找出 权重值最小的顶点，每个顶点的权重值为对应的链路1已经分配到的时隙数与该链路数据 传输所需求的时隙数^的比值； (8)中心节点找出权重值最小的顶点所对应的链路z，遍历新的冲突图G*中所有 顶点所对应的链路，找出所有能够与链路z在相同时隙内传输数据的链路，将这些链路和 权重值最小的顶点所对应的链路z放入调度集合S t中，其中上标t为当前时隙的时隙序列 号； (9)中心节点向调度集合St中所有链路的发送节点发送数据包Pkt-3,该数据包 Pkt-3中包括允许传输的链路的序列号；发送节点在接收到数据包Pkt-3后，核对链路序列 号并进行数据传输； (10)数据传输结束后，中心节点将时隙数计数器加1，判断当前时隙数计数器是 否等于总时隙数T，若等于，则结束对网络资源的分配，否则，执行步骤（11); (11)对新的冲突图G*中各个顶点的权重值（％，《2，. ..，《 J进行更新，判断是 否有顶点的权重值为1，若有顶点的权重值为1，则中心节点从新的冲突图G*中移除该顶点 以及和该顶点相关联的无向边，返回步骤（5)，若无顶点的权重值为1，返回步骤（7)。 本专利技术与现有技术相比，具有如下优点： 1)本专利技术在物理层中同时应用串行干扰消除技术和功率控制技术，利用功率控制 技术来弥补串行干扰消除技术的局限性，改变了传统串行干扰消除技术只能被动利用网络 中的干扰消除机会的现状，更有利于接收节点利用串行干扰消除技术进行信号接收和干扰 消除。 2)本专利技术从MAC层的角度联合应用串行干扰消除技术和功率控制技术，将物理层 技术串行干扰消除和功率控制融入到基于干扰避免机制的调度算法中，从而降低了干扰对 无线网络吞吐量的限制。相比于现有基于串行干扰消除技术的调度算法，本专利技术从提高频 谱利用率的角度，减轻了干扰对无线链路上数据传输的影响，进而提高了网络的频谱利用 率。 3)现有的基于串行干扰消除技术的调度算法在调度决策过程中大多只注重于最 大化吞吐量，这往往会导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于串行干扰消除和功率控制的无线网络调度方法，包括：(1)初始化L个链路及其序列号为数列(1,2，...，L)，初始化N个节点坐标位置为((x1，y1)，(x2，y2)，...，(xL，yL))、节点序列号为数列(1,2，...，N)，初始化调度长度为T个等长的时隙,初始化时隙序列号为数列(1,2，...，T)，初始化时隙数计数器为0，初始化所有链路上数据传输所需求的时隙数分别为D1，D2，...，DL个时隙，初始化所有发送节点的传输功率为最大传输功率pmax；(2)网络中每个节点向中心节点发送自己的第一数据包Pkt‑1,该数据包Pkt‑1中包括自己所关联的链路序列号，该链路数据传输所需求的时隙数，本节点的序列号和坐标位置信息以及本节点在链路中所处的位置；(3)网络中的中心节点提取出所有第一数据包Pkt‑1的信息，确定当前网络中的链路、节点信息以及各个节点间的信道增益，并根据所有获取的信息建立当前网络拓扑及其对应的冲突图G＝(V，E)，其中V为冲突图G中所有顶点的集合，每个顶点与网络中的链路一一对应，E为冲突图G中所有边的集合，所有边均为无向边；(4)中心节点判断冲突图G中任意两个顶点间是否存在一条无向边：若任意两个顶点对应的两个链路间存在以下三种情况中的任意一种时，则这两个顶点间存在一条无向边，否则，这两个顶点间不存在无向边：第一种是：一条链路的发送节点是另外一条链路的接收节点；第二种是：两条链路拥有同一个发送节点；第三种是：两条链路拥有同一个接收节点；(5)对于属于第三种情况而出现两个顶点间存在的一条无向边，中心节点根据当前网络拓扑找到该两个顶点对应的拥有同一接收节点的两条链路，并对这两条链路发送节点的传输功率进行调整，如果调整后这两个链路上的传输信号能够在接收端满足串行干扰消除条件，则去掉这两个链路在冲突图G中对应的顶点间的边，否则，保留这两个链路在冲突图G中对应的顶点间的边；(6)中心节点根据功率调整的结果，向调整了传输功率的发送节点u发送第二数据包Pkt‑2，该数据包Pkt‑2中包括发送节点的序列号及其调整后的传输功率，发送节点u接收到第二数据包Pkt‑2后，核对节点序列号后调整发射功率，同时，中心节点更新所有的节点信息、链路信息以及信道信息，得到一个新的冲突图G*＝(V*，E*)，其中V*为新的冲突图G*中所有顶点的集合，每个顶点与网络中的链路一一对应，E*为新的冲突图G中所有边的集合，所有边均为无向边；(7)中心节点统计新的冲突图G*中所有顶点的权重值(ω1，ω2，...，ωL)，并找出权重值最小的顶点，每个顶点的权重值为对应的链路l已分配到的时隙数与该链路数据传输所需求的时隙数Dl的比值；(8)中心节点找出权重值最小的顶点所对应的链路z，遍历新的冲突图G*中所有顶点所对应的链路，找出所有能够与链路z在相同时隙内传输数据的链路，将这些链路和权重值最小的顶点所对应的链路z放入调度集合St中，其中上标t为当前时隙的时隙序列号；(9)中心节点向调度集合St中所有链路的发送节点发送第三数据包Pkt‑3，该数据包Pkt‑3中包括允许传输的链路的序列号；发送节点在接收到第三数据包Pkt‑3后，核对链路序列号并进行数据传输；(10)数据传输结束后，中心节点将时隙数计数器加1，判断当前时隙数计数器是否等于总时隙数T，若等于，则结束对网络资源的分配，否则，执行步骤(11)；(11)将调度集合St中所有链路在新的冲突图G*中对应的顶点的权重值的分子项加1，其中顶点权重值的分子项为对应链路已分配到的时隙数，判断是否有顶点的权重值为1，若有顶点的权重值为1，则中心节点从新的冲突图G*中移除该顶点以及和该顶点相关联的无向边，返回步骤(5)，若无顶点的权重值为1，返回步骤(7)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：盛敏，李轩，王玺钧，张琰，李建东，徐超，韩维佳，郭彦涛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61