网络接入类型决策方法、装置、切换控制装置及存储介质制造方法及图纸

技术编号:20657604 阅读:128 留言:0更新日期:2019-03-23 08:59
一种网络接入类型决策方法,包括:获取用户端当前状态下可见光通信信道未遮挡时的数据传输速率,并根据已知的前一状态的信道阻塞参数及当前状态可见光通信信道未遮挡时的数据传输速率,按照预先训练好的非线性支持向量机模型确定等效数据速率最大的接入类型作为当前状态用户端的接入类型。本发明专利技术还提供一种网络接入类型决策装置、网络切换控制装置及计算机可读存储介质。本发明专利技术在由可见光通信和传统射频通信组成的混合室内无线通信网络环境中,使得用户在实际信道阻塞参数未知的情况下可以较为准确地选择当前状态等效数据速率最大的接入类型,有效应对频繁切换和遮挡阻塞带来的负面影响,满足用户对于传输速率和通信质量的需求。

Decision-making methods, devices, switching control devices and storage media for network access types

A network access type decision-making method includes: acquiring the data transmission rate of the visible light communication channel in the current state of the client without occlusion, and determining the maximum connection of the equivalent data rate according to the pre-trained non-linear support vector machine model according to the known channel blocking parameters of the previous state and the data transmission rate of the visible light communication channel in the current state without occlusion. Input type is the access type of the current state client. The invention also provides a network access type decision device, a network switching control device and a computer readable storage medium. In a hybrid indoor wireless communication network environment consisting of visible light communication and traditional radio frequency communication, the invention enables users to select the access type with the maximum current state equivalent data rate more accurately when the actual channel blocking parameters are unknown, effectively copes with the negative effects caused by frequent handover and occlusion blocking, and satisfies the user's requirements for transmission rate and communication quality. Demand.

【技术实现步骤摘要】
网络接入类型决策方法、装置、切换控制装置及存储介质
本专利技术涉及室内无线通信
,具体涉及一种由可见光通信和传统射频通信组成的混合室内无线通信网络环境中的网络接入类型决策方法、装置、切换控制装置及计算机可读存储介质。
技术介绍
可见光通信(VisibleLightCommunication,VLC)技术被认为是未来室内无线通信系统的重要技术之一,引起了学术界和工业界的广泛关注。由于移动终端数量和服务需求的不断增长,室内无线网络数据流量正在迅速增加,射频(RadioFrequency,RF)通信可用频谱受限的弊端逐渐显现。近年来,VLC技术得到迅速发展,该技术借助室内覆盖的照明发光二极管(LED)设施进行通信,利用LED发出的高频可见光波作为通信信息载体,对信息进行强度调制和传输,在用户端由光电检测器件检测接收到的光载波信号。VLC系统支持室内环境中的数据通信和照明,可以使用大量不受限的自由频谱在空气中传输光信号,已经成为克服高度局域化通信系统无线电频谱拥挤的一种可行手段。与传统射频通信技术相比,可见光通信具有高数据速率、绿色低碳、布设方便和高保密性的优势,可以满足室内无线通信场景对高接入速率的需求。然而,可见光通信技术在实际系统的应用中仍然存在一些亟待解决的问题。首先相比于其他无线通信的穿透性,可见光通信很容易受到遮挡物的影响,造成光通信链路的不稳定,无法保证移动用户获得持续有效的通信服务。此外,可见光波长太短导致受散射、反射、多径的影响较大,因此该技术具有一定的局限性和适用场景。总之,VLC技术需要突破的瓶颈问题是如何有效处理光束被障碍物的阻塞,这也是当前研究的热点问题。目前一种合理的解决方案是把VLC技术和其他无线接入方式结合,为实际环境下的移动用户提供较好的网络服务。通常在室内场所中,采用无线保真(WirelessFidelity,WiFi)进行全覆盖,保证用户接入的持续性,而针对WiFi技术带宽不足的缺点,引入VLC技术形成室内异构通信网络。VLC-WiFi混合网络可以结合光保真(LightFidelity,LiFi)的高速传输特性和无处不在的WiFi覆盖特性,为室内环境中的用户提供更好的接入选择来提高传输性能,改善用户体验。在VLC-WiFi混合网络中,由于不透明的障碍物阻碍视距(LineofSight,LoS)信道,LiFi容易受到信道堵塞的影响,为了防止通信出现长时间中断,将LiFi用户切换到WiFi提供替代接入。但是,用户在两个网络之间频繁切换会大幅减少用于传输数据的时间,降低等效传输速率。为了避免出现乒乓效应,用户应该在失去LiFi连接时,有选择地切换到WiFi。室内场景下,障碍物的移动导致信道阻塞的频率和时长都很难确定,切换开销和遮挡效应都是需要考虑的问题,这极大地增加了用户选择合适接入类型的难度。简化问题起见,室内可见光通信信道可建模为LoS信道模型,光信道增益可以表示为:其中,朗伯指数m是半强度辐射角θ1/2的函数,可以用公式m=-1/log2(cos(θ1/2))表示,AP是光电二极管的接收端物理区域,d是从LiFi接入点(AP)到用户光接收器之间的距离,ψ是照射角度,θ是入射角;ΘF是接收器视场角(FieldofView,FoV)的半角,TS(θ)是光学滤波器的增益,集中器增益g(θ)可表示为:其中n是折射率。用户端μ连接到LiFiAPα时,其信号干扰加噪声比(SINR)可表示为:其中γ是光电转换效率,Pt是每个LiFiAP的发射光功率,N0是噪声功率谱密度,B是LED灯的调制带宽,Hμ,α是用户端μ与LiFiAPα之间的光信道增益,Hμ,else是用户端μ与其他干扰的LiFiAP之间的光信道增益。在可见光通信中通常采用正交频分复用技术(OFDM),由于LiFi传输中使用的强度调制和直接检测,只有实数值信号才能传输到接收机,至少有一半的子载波被用于实现调制后复数符号的厄米共轭。因此用户端μ与其他干扰的LiFiAP之间利用一半带宽可达到的数据速率表示为:在机器学习中,支持向量机(SVM)是一种与相关学习算法有关的监督学习模型,被广泛应用于数据分析和模式识别,主要用来解决分类和回归等问题。当训练样本线性可分时,通过硬间隔最大化进行学习,对于近似线性可分的样本,可以根据软间隔最大化进行学习。而在实际应用情况中,更为常见的是线性不可分的样本集,此时通过核函数进行非线性变换,将非线性问题转化为线性问题。核函数可以把训练样本从原始空间映射到高维空间,使其在这个空间中线性可分,因此在解决非线性问题时需要选择合适的核函数。
技术实现思路
鉴于以上问题,本专利技术提出一种网络接入类型决策方法、装置、切换控制装置及计算机可读存储介质,在由可见光通信和传统射频通信组成的混合室内无线通信网络环境中,使得用户可以较为准确地选择等效数据速率最大的接入类型,有效应对频繁切换和遮挡阻塞带来的负面影响,满足用户对于传输速率和通信质量的需求。本申请的第一方面提供一种网络接入类型决策方法,应用于由可见光通信和传统射频通信组成的混合室内无线通信系统中,所述室内无线通信系统包括至少一网络切换控制装置、至少一可见光通信设备、至少一无线射频通信设备、及至少一用户端,所述方法包括:以固定时间间隔持续监测用户端在每个时间间隔的可见光通信信道阻塞参数,其中,每一时间间隔被定义为一个状态,所述信道阻塞参数包括信道阻塞发生率和占用率,所述发生率对应所述时间间隔内发生的信道阻塞次数,所述占用率是用户端遇到信道阻塞的时间占所述时间间隔的比例;获取所述用户端当前状态下可见光通信信道未遮挡时的数据传输速率,并根据已知的前一状态的信道阻塞参数以及当前状态可见光通信信道未遮挡时的数据传输速率,按照预先训练好的非线性支持向量机模型确定等效数据速率最大的接入类型作为当前状态用户端的接入类型。优选地,所述预先训练好的非线性支持向量机模型的训练方法包括:建立用户端接入类型决策的初始数据集,所述初始数据集中包括用户端在前一状态的信道阻塞发生率和占用率,以及当前状态下可见光通信信道未遮挡时数据传输速率;在所述初始数据集上采用径向基核函数训练所述非线性支持向量机模型,其中,训练样本数据集为所述初始数据集,标签为三种用户网络接入类型,其中,第一种标签类型y=1代表仅连WiFi,第二种标签类型y=2代表仅连LiFi,第三种标签类型y=3代表LiFi/WiFi,即用户端在发生可见光信道阻塞时从LiFi切换到WiFi保证数据传输,并且当LiFi连接恢复时切换回LiFi;获取测试样本数据集,对所述训练好的非线性支持向量机模型决策效果进行测试,所述测试样本数据集包括用户端在前一状态的信道阻塞发生率和占用率,以及当前状态下可见光通信信道未遮挡时数据传输速率。优选地,所述标签的计算方法包括:利用预设时间长度内已经测得的当前实际信道阻塞参数计算当前状态用户端的等效速率并选取等效速率最大的网络接入类型作为训练样本数据集标签。优选地,所述计算当前状态用户端的等效速率并选取等效速率最大的网络接入类型作为训练样本数据集标签包括:1)计算当前状态用户端的等效速率:设κ表示用户端的接入类型,TH表示用户端进行网络切换的垂直切换时间占所述时间间隔比例,在当前状态下用户端使用Wi本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种网络接入类型决策方法,应用于由可见光通信和传统射频通信组成的混合室内无线通信系统中,所述室内无线通信系统包括至少一网络切换控制装置、至少一可见光通信设备、至少一无线射频通信设备、及至少一用户端,其特征在于,所述方法包括:以固定时间间隔持续监测用户端在每个时间间隔的可见光通信信道阻塞参数,其中,每一时间间隔被定义为一个状态,所述信道阻塞参数包括信道阻塞发生率和占用率,所述发生率对应所述时间间隔内发生的信道阻塞次数,所述占用率是用户端遇到信道阻塞的时间占所述时间间隔的比例;获取所述用户端当前状态下可见光通信信道未遮挡时的数据传输速率,并根据已知的前一状态的信道阻塞参数以及当前状态可见光通信信道未遮挡时的数据传输速率,按照预先训练好的非线性支持向量机模型确定等效数据速率最大的接入类型作为当前状态用户端的接入类型。

【技术特征摘要】
1.一种网络接入类型决策方法,应用于由可见光通信和传统射频通信组成的混合室内无线通信系统中,所述室内无线通信系统包括至少一网络切换控制装置、至少一可见光通信设备、至少一无线射频通信设备、及至少一用户端,其特征在于,所述方法包括:以固定时间间隔持续监测用户端在每个时间间隔的可见光通信信道阻塞参数,其中,每一时间间隔被定义为一个状态,所述信道阻塞参数包括信道阻塞发生率和占用率,所述发生率对应所述时间间隔内发生的信道阻塞次数,所述占用率是用户端遇到信道阻塞的时间占所述时间间隔的比例;获取所述用户端当前状态下可见光通信信道未遮挡时的数据传输速率,并根据已知的前一状态的信道阻塞参数以及当前状态可见光通信信道未遮挡时的数据传输速率,按照预先训练好的非线性支持向量机模型确定等效数据速率最大的接入类型作为当前状态用户端的接入类型。2.如权利要求1所述的网络接入类型决策方法,其特征在于,所述预先训练好的非线性支持向量机模型的训练方法包括:建立用户端接入类型决策的初始数据集,所述初始数据集中包括用户端在前一状态的信道阻塞发生率和占用率,以及当前状态下可见光通信信道未遮挡时数据传输速率;在所述初始数据集上采用径向基核函数训练所述非线性支持向量机模型,其中,训练样本数据集为所述初始数据集,标签为三种用户网络接入类型,其中,第一种标签类型y=1代表仅连WiFi,第二种标签类型y=2代表仅连LiFi,第三种标签类型y=3代表LiFi/WiFi,即用户端在发生可见光信道阻塞时从LiFi切换到WiFi保证数据传输,并且当LiFi连接恢复时切换回LiFi;获取测试样本数据集,对所述训练好的非线性支持向量机模型决策效果进行测试,所述测试样本数据集包括用户端在前一状态的信道阻塞发生率和占用率,以及当前状态下可见光通信信道未遮挡时数据传输速率。3.如权利要求2所述的网络接入类型决策方法,其特征在于,所述标签的计算方法包括:利用预设时间长度内已经测得的当前实际信道阻塞参数计算当前状态用户端的等效速率并选取等效速率最大的网络接入类型作为训练样本数据集标签。4.如权利要求3所述的网络接入类型决策方法,其特征在于,所述计算当前状态用户端的等效速率并选取等效速率最大的网络接入类型作为训练样本数据集标签包括:1)计算当前状态用户端的等效速率:设κ表示用户端的接入类型,TH表示用户端进行网络切换的垂直切换时间占所述时间间隔比例,在当前状态下用户端使用WiFi的数据传输效率为:其中,κ=WiFi代表用户端的接入类型为仅连接WiFi,κ=LiFi代表用户端的接入类型为仅连接LiFi,κ=LiFi/WiFi代表用户端的接入类型为用户端在发生可见光信道阻塞时从LiFi切换到WiFi保证数据传输,并且当LiFi连接恢复时切换回LiFi;用户端使用LiFi的数据传输效率为:其中,κ=WiFi代表用户端的接入类型为仅连接WiFi,κ=LiFi代表用户端的接入类型为仅连接LiFi,κ=LiFi/WiFi代表用户端的接入类型为用户端在发生可见光信道阻塞时从LiFi切换到WiFi保证数据传输,并且当LiFi连接恢复时切换回LiFi;rLiFi为用户端实际接收到的当前状态LiFi传输速率,rWiFi为WiFi恒定传输速率,则用户端等效速率r为:2)在所述用户端等效速率中选取等效速率最大的网络接入类型作为训练样本数据集标签。5.如权利要求2所述的网络接入类型决策方法,其特征在于,所述初始数据集是由用户端收集的预设时间长度内的信道阻塞参数及可见光数据传输速率构成的。6.一种网络接入类型决策装置,其特征在于,所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:王昭诚吉开轩权进国金爽董宇涵
申请(专利权)人:清华大学深圳研究生院
类型:发明
国别省市:广东,44

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