一种室内VLC-WiFi混合通信系统接入选择方法技术方案

本发明专利技术涉及一种室内VLC‑WiFi混合通信系统接入选择方法，属于光通信技术领域。该方法基于引力理论改进收‑发端的关联关系，在级联VLC与WiFi构成的混合系统中，基于引力理论优化用户的接入选择决策。利用WiFi作为VLC的补充技术，为所有可用VLC AP均被遮挡和处于视距链路盲区的极端VLC信道状况下用户设计优先接入原则；为剩余用户在发射端设计动态负载评估公式以及基于自适应QoS权重的接入点质量评估公式。在接收端设计用户质量评估权重公式；评估权值改进引力理论确定接入点和用户的双向通信选择。本发明专利技术能有效改善VLC‑WiFi混合通信系统的吞吐量，优化室内VLC‑WiFi通信用户接入选择决策。

An Access Selection Method for Indoor VLC-WiFi Hybrid Communication System

The invention relates to an access selection method for indoor VLC WiFi hybrid communication system, which belongs to the field of optical communication technology. Based on gravity theory, this method improves the relationship between receipt and origin. In the hybrid system composed of cascaded VLC and WiFi, it optimizes user access decision-making based on gravity theory. WiFi is used as a supplementary technology of VLC to design the priority access principle for users in extreme VLC channel conditions where all available VLC APs are occluded and in the blind area of line-of-sight links; dynamic load evaluation formula and access point quality evaluation formula based on adaptive QoS weight are designed for the remaining users at the transmitter. At the receiving end, the weight formula of user quality evaluation is designed, and the weight is evaluated to improve the gravity theory to determine the access point and the user's two-way communication choice. The invention can effectively improve the throughput of VLC WiFi hybrid communication system and optimize the access selection decision of indoor VLC WiFi communication users.

【技术实现步骤摘要】
一种室内VLC-WiFi混合通信系统接入选择方法
本专利技术属于光通信
，涉及一种室内VLC-WiFi混合通信系统接入选择方法。
技术介绍
可见光通信(VisibleLightCommunication，VLC)由于其低功耗、高安全性、无需频谱认证等优势，近年受到日益广泛的关注和研究。VLC利用发光二极管(LightEmittingDiode，LED)实现信号传输，为保证室内照明需求，VLC网络常采用光照范围相互重叠的接入点(AccessPoint，AP)布局方案，使用户接收视场角(FieldofView，FOV)内能接收到来自多个VLCAP的光信号，合理的AP接入点选择方案可以降低小区间干扰对用户的影响，平衡AP间负载，使网络资源被充分利用。此外，单一VLC网络存在光链路易被遮挡、上行链路实现困难等缺陷，使VLC网络急需利用其他无线接入技术作为有效补充。现有研究表明：在VLC网络中引入无线保真(WirelessFidelity，WiFi)AP形成异构VLC/WiFi网络，能增强网络覆盖面积和提高系统吞吐量。因此，在异构VLC/WiFi网络中根据用户信道状况，考虑VLCAP信号是否被遮挡，在多AP重叠覆盖下使用户接入合理接入点是研究的重点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种室内VLC-WiFi混合通信系统接入选择方法，该方法基于引力理论改进收-发端的关联关系。为抑制VLC级联系统发射光路易被遮挡问题以及光视距链路盲区，根据VLC信道状况，为VLC极端信道状况下的用户设计优先接入原则；为加强用户与AP之间的相互选择，基于引力理论改进收-发端的关联关系，设计改进的用户质量评估权重与接入点AP质量评估权重，找到用户与AP之间的最强吸引来优化用户的AP接入决策。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种室内VLC-WiFi混合通信系统接入选择方法，为抑制VLC级联系统发射光路易被遮挡问题以及光视距链路盲区，根据VLC信道状况，为VLC极端信道状况下的用户设计优先接入原则；为加强用户与AP之间的相互选择，基于引力理论改进收-发端的关联关系，设计改进的用户质量评估权重与接入点AP质量评估权重，找到用户与AP之间的最强吸引来优化用户的AP接入决策；包括以下步骤：步骤1：输入室内系统参数包括：根据室内环境的尺寸、发射端LED阵列的数目、初始的LED发射功率、LED被遮挡概率、LED阵列的器件参数、接收机位置、接收机的参数和接收点数目参数，为每个用户统计可用VLCAP集合，并计算信道增益，接收功率，信干噪比等室内VLC-WiFi混合通信系统参数；输入算法执行所需要的参数包括：混合通信系统服务质量QoS衡量个数和干扰指示系数门限值；步骤2：依据用户在VLC系统下信道增益与用户位置，将用户进行分类，将用户分为：极端VLC信道状况下用户，即可用VLC发射光路全部被遮挡或处于光视距链路盲区以及用户不受VLC相邻小区间干扰，以及剩余用户，并为极端VLC信道状况下用户优先选择接入点；步骤3：为剩余用户在接收端建立面向系统服务质量QoS的加权信息矩阵，为用户评估可用AP质量评估权重，根据用户的偏好，提供高信干噪比、高接收功率和低负载、低历史中断概率的VLCAP，在发射端为VLCAP设计可服务用户的用户质量评估权重，使VLCAP偏好选择抗干扰性强的用户服务；步骤4：由AP质量评估权重和用户质量评估权重计算用户与AP之间的相互吸引力；步骤5：由用户与AP之间的最大相互吸引力，为用户选择合理VLC接入点。进一步，所述步骤2具体通过以下方式实现：结合VLCAP与WiFiAP覆盖范围与用户位置，划分两类极端信道；第一种为VLC信道极差情况，此类用户受遮挡干扰影响或用户处于VLC视距链路盲区，导致不能接收到VLC信号，为使此类用户在调度过程中不被抛弃，此类用户在初始分配过程中执行弱者保护原则即选择WiFiAP接入；第二种为VLC信道极好情况，若在考虑遮挡状况后，用户接收信号仅来自单一VLCAP或WiFiAP，表明该用户在当前网络中信道状况最优，不受VLC相邻小区间干扰，此类用户是潜在的精英用户，此时分析单一VLC信号形成原因，将精英用户分为两类，若去除被遮挡VLCAP后用户满足精英条件，但实际上距可用剩余VLCAP较远，处于WiFiAP覆盖中心处，此时WiFiAP可能提供更强SINR，精英优先准则为此类用户评估接收到的VLC等效信噪比和WiFi信噪比，若VLC等效信干噪比ξWiFi(VLC)＞WiFi信噪比ξWiFi，则为用户选择VLCAP接入；反之，选择WiFiAP接入；第二类用户在可用VLCAP覆盖中心，此类用户利用精英优先准则直接接入VLCAP，抢占资源。进一步，所述步骤3中，在接收端为用户uj检测出在当前调度周期N的可用AP集合Sj，并根据可用AP集合为待分配用户uj收集系统服务质量QoS信息，建立面向系统服务质量QoS的信息矩阵为：n＝4为步骤1输入QoS衡量个数，APi所提供各QoS越大，APi就越优秀；每行VLCAPi属于uj的可用AP集合；矩阵中元素为步骤1计算出的参数，ξ是APi为用户uj提供的信干噪比；Pr为接收功率；设计为uj可用VLCAPi历史中断概率Phb的倒数，由各调度周期VLCAP中断概率可确定AP被遮挡状况，统计前N-1个调度周期中uj可用VLCAPi发生中断的次数可得历史中断概率Phb，驱使用户选择不易发生中断的VLCAP进行接入；L为VLCAP负载依据动态负载权重公式确定：其中Sj为用户uj检测出在当前调度周期N的可用AP集合，Fi表示VLCAPi负载用户数，Li,j值越大，APi的负载越轻；当Fi＝0也即APi空载时，Li,j被赋予大于当前分配阶段全局最大Li,j的权重值；动态负载权重公式能保证在接入点选择后期，用户能获得自适应加重的负载Li,j权重，且随着(Li,j)global逐渐增大，空载AP会获得线性增加的权重值，以达到接入点选择后期为低分配等级用户优先选择空载AP，达到均衡AP负载的效果。进一步，所述步骤3中，考虑到AP提供的各QoS对信道状况不同的接收端用户表现出差异化影响程度，为自适应修正各QoS对用户的不同影响，提出能根据用户所受干扰状况自适应修正的QoS权重wn，对面向系统服务质量QoS的信息矩阵进一步进行加权：式中，en表示QoSn的信息熵；max(en)、avg(en)分别为最大QoS信息熵和平均QoS信息熵；PIj为用户uj的干扰指示系数，PIj被定义为：其中Ij表示用户uj的干扰AP总数，用户信道质量越好，Ij值越小；M为VLCAP总数；限制最大干扰指示系数PIj小于门限值Pth；自适应修正的QoS权重wn保证若QoSn信息熵大于平均值，则wn根据用户所受干扰状况能进一步放大该QoSn对接入决策的影响；若QoSn信息熵小于平均值，则直接采用干扰指示系数PIj根据用户受干扰状况缩小QoSn对接入决策的影响。进一步，所述步骤3中，在发射端为VLCAP偏好选择抗干扰性强的用户服务，定义用户抗干扰系数PPIRi,j：其中PPIRi,j为接收功率Pri,j对抗干扰Ij，PPIRi,j值越大，用户uj的抗VLCAPi临近小区干扰的性能越强；将用户抗干扰性能作为评价本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内VLC‑WiFi混合通信系统接入选择方法，其特征在于：为抑制VLC级联系统发射光路易被遮挡问题以及光视距链路盲区，根据VLC信道状况，为VLC极端信道状况下的用户设计优先接入原则；为加强用户与AP之间的相互选择，基于引力理论改进收‑发端的关联关系，设计改进的用户质量评估权重与接入点AP质量评估权重，找到用户与AP之间的最强吸引来优化用户的AP接入决策；包括以下步骤：步骤1：输入室内系统参数包括：根据室内环境的尺寸、发射端LED阵列的数目、初始的LED发射功率、LED被遮挡概率、LED阵列的器件参数、接收机位置、接收机的参数和接收点数目参数，为每个用户统计可用VLC AP集合，并计算信道增益，接收功率，信干噪比等室内VLC‑WiFi混合通信系统参数；输入算法执行所需要的参数包括：混合通信系统服务质量QoS衡量个数和干扰指示系数门限值；步骤2：依据用户在VLC系统下信道增益与用户位置，将用户进行分类，将用户分为：极端VLC信道状况下用户，即可用VLC发射光路全部被遮挡或处于光视距链路盲区以及用户不受VLC相邻小区间干扰，以及剩余用户，并为极端VLC信道状况下用户优先选择接入点；步骤3：为剩余用户在接收端建立面向系统服务质量QoS的加权信息矩阵，为用户评估可用AP质量评估权重，根据用户的偏好，提供高信干噪比、高接收功率和低负载、低历史中断概率的VLC AP，在发射端为VLC AP设计可服务用户的用户质量评估权重，使VLC AP偏好选择抗干扰性强的用户服务；步骤4：由AP质量评估权重和用户质量评估权重计算用户与AP之间的相互吸引力；步骤5：由用户与AP之间的最大相互吸引力，为用户选择合理VLC接入点。...

【技术特征摘要】
1.一种室内VLC-WiFi混合通信系统接入选择方法，其特征在于：为抑制VLC级联系统发射光路易被遮挡问题以及光视距链路盲区，根据VLC信道状况，为VLC极端信道状况下的用户设计优先接入原则；为加强用户与AP之间的相互选择，基于引力理论改进收-发端的关联关系，设计改进的用户质量评估权重与接入点AP质量评估权重，找到用户与AP之间的最强吸引来优化用户的AP接入决策；包括以下步骤：步骤1：输入室内系统参数包括：根据室内环境的尺寸、发射端LED阵列的数目、初始的LED发射功率、LED被遮挡概率、LED阵列的器件参数、接收机位置、接收机的参数和接收点数目参数，为每个用户统计可用VLCAP集合，并计算信道增益，接收功率，信干噪比等室内VLC-WiFi混合通信系统参数；输入算法执行所需要的参数包括：混合通信系统服务质量QoS衡量个数和干扰指示系数门限值；步骤2：依据用户在VLC系统下信道增益与用户位置，将用户进行分类，将用户分为：极端VLC信道状况下用户，即可用VLC发射光路全部被遮挡或处于光视距链路盲区以及用户不受VLC相邻小区间干扰，以及剩余用户，并为极端VLC信道状况下用户优先选择接入点；步骤3：为剩余用户在接收端建立面向系统服务质量QoS的加权信息矩阵，为用户评估可用AP质量评估权重，根据用户的偏好，提供高信干噪比、高接收功率和低负载、低历史中断概率的VLCAP，在发射端为VLCAP设计可服务用户的用户质量评估权重，使VLCAP偏好选择抗干扰性强的用户服务；步骤4：由AP质量评估权重和用户质量评估权重计算用户与AP之间的相互吸引力；步骤5：由用户与AP之间的最大相互吸引力，为用户选择合理VLC接入点。2.根据权利要求1所述的一种室内VLC-WiFi混合通信系统接入选择方法，其特征在于：所述步骤2具体通过以下方式实现：结合VLCAP与WiFiAP覆盖范围与用户位置，划分两类极端信道；第一种为VLC信道极差情况，此类用户受遮挡干扰影响或用户处于VLC视距链路盲区，导致不能接收到VLC信号，为使此类用户在调度过程中不被抛弃，此类用户在初始分配过程中执行弱者保护原则即选择WiFiAP接入；第二种为VLC信道极好情况，若在考虑遮挡状况后，用户接收信号仅来自单一VLCAP或WiFiAP，表明该用户在当前网络中信道状况最优，不受VLC相邻小区间干扰，此类用户是潜在的精英用户，此时分析单一VLC信号形成原因，将精英用户分为两类，若去除被遮挡VLCAP后用户满足精英条件，但实际上距可用剩余VLCAP较远，处于WiFiAP覆盖中心处，此时WiFiAP可能提供更强SINR，精英优先准则为此类用户评估接收到的VLC等效信噪比和WiFi信噪比，若VLC等效信干噪比ξWiFi(VLC)＞WiFi信噪比ξWiFi，则为用户选择VLCAP接入；反之，选择WiFiAP接入；第二类用户在可用VLCAP覆盖中心，此类用户利用精英优先准则直接接入VLCAP，抢占资源。3.根据权利要求1所述的一种室内VLC-WiFi混合通信系统接入选择方法，其特征在于：所述步骤3中，在接收端为用户uj检测出在当前调度周期N的可用AP集合Sj，并根据可用AP集合为待分配用户uj收集系统服务质量QoS信息，建立面向系统服务质量QoS的信息矩阵为：n＝4为步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕淋，吴兰，陈勇，朱平鑫，蒲欣，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50