一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法技术

一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，本发明专利技术涉及基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法。本发明专利技术的目的是解决当干扰节点到接收机距离未知或为不定值时，由于其到达接收机功率的不确定性，通过现有计算方法很难给出误包率具体数值的问题。步骤一、根据干扰WLAN发射机与期望SUN接收机之间的距离分布以确定干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数步骤二、确定期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数；步骤三、确定误码率上限的概率分布函数；步骤四、确定误包率的概率分布函数；步骤五、求出误包率的平均值。本发明专利技术应用于通信领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法
本专利技术涉及基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法。
技术介绍
智能电网是一种融合了电力、控制和通信技术的复杂而又精细的系统，它能够监测和优化从发电站到终端用户的整个电力传输服务。智能电网的一个主要特点是能够对电能和各种数据信息进行实时的双向传输，从而使得电能供应和用户的需求达到平衡。与电力传输配套的、无处不在的通信网络是实现电网智能化的基础。就目前通信技术发展情况来看，无线通信与网络技术的应用电网智能化是必然选择。为推动无线通信技术在智能电网信息接入与传输中的应用，IEEE标准化组织成立专门的工作组——IEEE802.15.4g智能公用事业网(SmartUtilityNetwork,SUN)标准化工作组。该工作组所制定的新的无线网络标准IEEE802.15.4g是一个针对大范围智能控制应用的全球网络标准，其主要功能是通过较大地理范围内数据信息的实时传输实现整个系统的检测和控制。该标准定义了一种低功耗、低数据传输速率、低成本的多跳无线网络，其主要应用场景是智能电网中的邻域数据接入与传输网。IEEE802.15.4g标准所规定的SUN工作频段是免许可的公共频段，最典型的频段是ISM2.4GHz频段。在智能电网邻域组网应用中，SUN主要用于连接智能电表间的信息接入与传输，将一定地理范围内的智能电表组成无线多跳网络。对于一种工作在免许可频段上的新的无线网络标准，研究其在公共频段上与其他共存网络的相互干扰特性是组网时必须考虑的问题，例如同样应用于邻域网的WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)网络也工作在2.4GHz的频段上，因而WLAN网络对SUN网络的干扰是不可避免的。由于SUN是一种新的网络标准，目前还没有专门针对存在随机分布的WLAN网络干扰时SUN网络工作性能的相关研究。一般通过数据包传输的误包率(PER)、平均接收时间、平均传输时延以及网络吞吐量来评价网络的干扰特性，而网络的PER性能也直接决定了吞吐量、时延等其他性能。因此，通过分析SUN网络节点的PER特性，可以从理论上得出SUN网络内部的干扰特性。通常在计算PER时，若一个数据包中至少存在一个错误比特，则称其为一个差错数据包。误包率大小不仅与数据包传输的误码率有关也与数据包的长度有关。求系统误包率的传统方法可以用下面的式子表示Pp＝1-(1-Pb)N式中，Pp表示误包率，Pb表示系统的误码率，N为数据包的总比特数。该误包率计算模型是一个非常粗糙的模型，在计算过程中只考虑了系统误码率特性，并没有考虑两个系统的数据包传输模式，因而并不能准确地反映系统的误包率性能。传统的包碰撞模型在分析误包率方面有很大的局限性，仅适用于分析干扰节点到接收机距离固定时的系统工作性能。而在实际中，作为SUN网络的部署人员，我们很难明确地给出其异构网络(即WLAN网络)节点位置的具体信息，并且干扰节点的位置也可能是可变的，因而很难应用传统的包碰撞模型计算出SUN系统的误包率。例如，在图2所示的SUN与WLAN的共存情况中，作为SUN系统的部署人员，期望SUN发射机Td与期望SUN接收机的位置Vr是已知的，因而之间的距离rsun是可以获得的，而实际情况中我们很难获得WLAN干扰源Ti的位置信息，因而其与Vr之间的距离r是未知的，但大部分情况下，可以分析出干扰源分布的大致区域(即图中的灰色圆环区域)，进而得到干扰源与接收机距离的变化范围[Rmin,Rmax]，在无法获得干扰源真实位置的情况下，可以假设干扰源在该区域内是随机存在的，即距离r是区间[Rmin,Rmax]上均匀分布的随机变量。在这种共存场景中，原有的包碰撞模型由于其无法适应变化的误码率而失去了解决问题的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决当干扰节点到接收机距离未知或为不定值时，由于其到达接收机功率的不确定性，通过现有计算方法很难给出误包率具体数值的问题，而提供一种通过结合概率论和现有包碰撞模型建立的平均误包率以及误包率分布函数的计算方法，其具体方法按照以下步骤进行：上述的专利技术目的是通过以下技术方案实现的：步骤一、根据干扰WLAN发射机与期望SUN接收机之间的距离分布以确定干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数步骤二、根据干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数以确定期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数；步骤三、根据期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数确定误码率上限的概率分布函数；步骤四、结合包碰撞模型以及误码率上限的概率分布函数，确定误包率的概率分布函数；步骤五、求出误包率的平均值。专利技术效果本专利技术提出的误包率算法相比传统数据包碰撞模型误包率计算方法，在考虑数据包碰撞的基础上同时考虑了干扰源到接收机距离不固定的情况对数据包误包率的影响，从概率论的角度分析出存在随机分布干扰源的异构网络中，干扰信号到达接收机的功率分布情况，进而得到误码率的分布情况，结合原有包碰撞模型得到的碰撞时间的分布，得到更精确的系统误包率数值。基于数据包碰撞的误包率模型，不仅考虑了系统的误码率特性，而且考虑两个相互干扰的数据包传输的定时关系，即数据包的平均碰撞时间。例如，当有且仅有一个WLAN干扰节点工作时，在一个SUN数据包持续时间内仅有不与WLAN干扰数据包碰撞以及与WLAN干扰数据包碰撞这两种情况存在。若用N0，N1分别表示在SUN数据包内未与WLAN发生碰撞以及与WLAN发生碰撞的比特数，则误包率的计算公式可进一步完善为其中Pb,0，Pb,1分布表示无干扰以及单干扰存在时的误码率。本专利技术不仅能较好的分析存在干扰网络时主网络的工作性能，而且在主网络布置方面有指导意义。如图3-4所示，考虑到SUN系统在正常工作的情况下所能容忍的最大误包率为0.1，为保证SUN系统的正常工作，干扰WLAN发射机至少要分布在距离SUN接收机47m～77m的区域外，从而为SUN系统的部署提供指导；WLAN干扰源分布于距离SUN接收机50m～100m的环形区域内时，应用本专利技术求得的系统误包率均值、误包率概率分布函数以及该条件下的仿真结果，从误包率的概率分布函数曲线可以看出，误包率较小的概率比较大，而误包率大于0.6的情况很难发生，也就是说，SUN系统工作的大部分时间内受到WLAN的干扰都很少，同时可以看出，应用本专利技术求得的系统误包率均值与仿真结果之间的差距较小，证明了本专利技术算法的正确性和有效性。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为SUN与WLAN共存时的拓扑结构图，Vr、Td和Ti分别代表期望SUN接收机，期望SUN发射机，干扰WLAN发射机；图3为本专利技术算法与仿真结果以及传统算法的比较；图4为误包率的概率分布函数以及平均误包率。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，具体是按照以下步骤制备的：步骤一、根据干扰WLAN发射机与期望SUN接收机之间的距离分布以确定干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数步骤二、根据干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数以确定期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数；步骤三、根据期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数确定误码率上限的概率分布函数；步骤四、结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、根据干扰WLAN发射机与期望SUN接收机之间的距离分布以确定干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数步骤二、根据干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数以确定期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数；步骤三、根据期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数确定误码率上限的概率分布函数；步骤四、结合包碰撞模型以及误码率上限的概率分布函数，确定误包率的概率分布函数；步骤五、求出误包率的平均值。

【技术特征摘要】
1.一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、根据干扰WLAN发射机与期望SUN接收机之间的距离分布以确定干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数步骤二、根据干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数以确定期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数；步骤三、根据期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数确定误码率上限的概率分布函数；步骤四、结合包碰撞模型以及误码率上限的概率分布函数，确定误包率的概率分布函数；步骤五、求出误包率的平均值。2.根据权利要求1所述一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：所述步骤一中干扰WLAN发射机与期望SUN接收机之间的距离r为圆环内均匀分布随机变量，则r的概率分布函数Fr(x)为结合干扰信号发射功率，根据信号传输的路径损耗模型，得到干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的分布：若干扰信号发射功率用Pt表示，则干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr为其中b为路径损耗系数；距离r的取值范围为[Rmin,Rmax]，[Rmin,Rmax]为干扰源与期望SUN接收机距离的变化范围，则Pr对应的取值范围用闭合区间[Pr,min,Pr,max]来表示，其中根据距离r的分布得到干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数为3.根据权利要求2所述一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：所述路径损耗系数b的取值为4。4.根据权利要求3所述一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：所述步骤二中期望SUN接收机的信干噪比的表达式为其中SINR为信干噪比，Nr为接收端接收到的高斯白噪声的功率，Pde为期望信号到达接收机的功率；同理，若信干噪比的取值范围用[SINRmin,SINRmax]表示，则根据干扰信号到达期望SUN接收机的功率Pr的概率分布函数，得到期望SUN接收机的信干噪比的概率分布函数为5.根据权利要求4所述一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：所述Pde值根据选定的路径损耗模型和所设定的发射功率求得。6.根据权利要求5所述一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：所述步骤三中在求得到达期望SUN接收机的信干噪比后，即可根据SUN接收机的调制解调方式，得出信干噪比与误码率之间的计算关系式；单干扰源存在时的误码率Pb，1为：其中，Q(x)为高斯分布的Q函数；高斯分布的Q函数具有如下所示的关系从而可以得到误码率的上限，即Pb,up同理，若Pb,up的取值范围用[Pb,up,min,Pb,up,max]表示，则根据得到的信干噪比的分布可以得到误码率上限的概率分布函数为7.根据权利要求6所述一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：所述步骤四中包碰撞模型具体为：当考虑到单干扰存在的情况下，在期望数据包持续时间内只有碰撞和不碰撞这两种情况存在；若期望数据包总时间长度为Ls，每比特持续时间为Tb，则期望数据包总比特数若用N0表示期望数据包中未与干扰数据包发生碰撞的比特数，N1表示期望数据包中与干扰数据包发生碰撞的比特数，则显然有等式关系N＝N1+N0成立；结合期望数据包的比特数以及对应比特的误码率，可以得到期望数据包的误包率Pp为其中Pb,1，Pb,0分布表示单干扰以及无干扰存在时的误码率。8.根据权利要求7所述一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：所述步骤四中Pb,0的计算与步骤三中Pb,1的计算方法相同，将其中干扰信号到达接收机的功率Pr的数值带入0；在信干噪比大于1的情况下，单干扰存在时的误码率上限值与实际值间的绝对误差小，且随着信噪比的增大误差迅速减小；在实际工作情况中，信干噪比总是大于1的，因而可用误码率的上限代替中的误码率，从而得到误包率的表达式，即9.根据权利要求8所述一种基于概率论及包碰撞模型的误包率计算方法，其特征在于：利用变量代换的方式求出误包率的概率分布函数：(1)首先令则Pp,up＝1-P；继而令Z＝lnP，则有Z＝(N-N1)ln(1-Pb,0)+...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓华，陈舒怡，马若飞，孟维晓，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23