预测网络拥塞程度并将链路接入信道的方法及设备技术

本公开的实施例公开了一种预测网络拥塞程度并将链路接入信道的方法，包括：多个新的链路在同时接入到具有至少一个已有链路的共享信道之前，每个所述新链路的发射机在所述共享信道上同时发送各自的探测信号；根据已有链路对所述探测信号的探测功率的响应，确定每个新的链路的第一信干比；以及基于所确定的每个新的链路的第一信干比，来预测当所有新的链路和已有链路在所述共享信道上同时传输数据时的网络拥塞程度，并根据所预测的网络拥塞程度来确定是否将所述多个新的链路同时接入到所述共享信道中。

Method and apparatus for predicting network congestion level and link access channel

The disclosed embodiment discloses a prediction of the degree of network congestion and link channel access method, which comprises: a plurality of new links before and access to the shared channel has at least one existing link transmitter, each of the new shared link in the channel at the same time sending detection signal respectively; according to the response to the link to the detection power of the detection signal, determining the first letter of each new link and dry; and based on the first letter of each of the new link and dry, to predict when all new and existing link link shared channel and transmission network congestion when the data in the and, according to the degree of network congestion prediction to determine whether the number of new links and access to the shared channel.

【技术实现步骤摘要】
预测网络拥塞程度并将链路接入信道的方法及设备
本公开的实施例涉及无线通信领域，并更为具体地涉及一种预测网络拥塞程度并将链路接入信道的方法及设备。
技术介绍
具有全局资源重用能力的网络密集化被认为是5G技术不可替代的解决方案之一。超密集网络(UDN)被寄望于能够容纳具有不同服务质量(QoS)要求的多种链路，这种QoS要求的多样性是由应用需求的多样性所决定的。实际上，网络密集化是网络不断扩展空间复用能力的过程，其设计目的是在同一信道中激活尽可能多的链路并为所有运行的链路分配适当的功率量，使得各个链路的信干噪比(SINR)不低于他们各自所要求的阈值。在工程实践中，较短的激活持续时间往往是必须的。可允许的激活过程的时间长度通常是由相互重叠的无线链路的动态性和不稳定性所决定的，这种动态性和不稳定性是由衰落、阴影效应、移动性以及网络拓扑的时变性所导致的。为了这个目的，实际的网络密集化是通过以成组的方式激活可行并满足要求的并发传输链路来实现的。在密集化过程中网络拥塞预测设计是必须的，其用于校验当多个新的用户被添加到系统中时是否存在可行的功率分配方案。通过利用预测结果，网络可以做出满足非侵入式先决条件的正确接入决定。相应地，扩展后的网络总能够遵循一定的功率分配，以确保当以优选的SINR水平激活所有新的链路的传输时，所有在相同信道中已激活链路的SINR都保持有不小于它们各自被预先分配的目标SINR值。传统的网络拥塞预测方式是基于单链路(single-link)的探测方法，即，以逐一的方式通过一系列的单链路探测来执行信道探测。然而，这存在随着待添加至信道的候选链路数目的增加而不可避免地会延长探测周期的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本公开提出了一种分布式的预测网络拥塞程度并将链路接入信道的方法。该方法可用于实现网络密集化过程，以通过成组地在同一个信道中自动添加链路的方式，使得网络朝具有更高的空间复用能力方向扩展。每个链路组包含有多个链路。本专利技术的基本理念在于一种分布式的算法，其使用本地测量结果来验证一组新的链路接入共享信道的可允许性。本公开提出的分布式网络拥塞预测方法通过允许包含多个链路(multiple-link)的链路组在同一时间段中同时执行信道探测来实现快速网络扩展，而不是通过一系列的单链路探测来执行信道探测，如上所述，单链路探测的探测周期会随着增加的候选链路数目而不可避免地延长。本公开所提出的方案允许新加入的链路发射机能够发送各自的探测信号，每个探测信号的功率在一个子时间段期间保持恒定，并以迭代方式跨子时间段变化。在一个子时间段期间，对于探测链路所引发的刺激性干扰，每个活动链路根据精巧设计的规则以迭代方式作出功率响应，即，仅根据自身的目标SINR与本地信干比(SIR)的比值来更新其传输功率。在与活动链路相关联的迭代稳定之后，每个新的链路的发射机采取与活动链路类似的方式，计算各自的目标SINR与本地SIR的比值。所得的与所有新的链路相关联的比值通过数据融合，可以生成两个可收敛到一个恒定值的序列。这个恒定值等同于干扰矩阵的谱半径(spectralradius)，其可以用来衡量当所有新的链路和已有链路在同一共享信道上同时传输数据时的网络拥塞程度。可以证明的是，其中一个序列是单调递减，其可以作为谱半径的上界值；另一个是单调递增，其可以作为谱半径的下界值。因此，一旦两个序列之一跨过已知的阈值，则新的链路可以快速检验该谱半径是否大于或小于1，这能显著地加快了验证新链路接入共享信道可行性的探测过程。本公开考虑到网络密集化过程，网络密集化是通过以成组的方式激活可行的、且符合QoS需求的共存的传输链路来实现的。以高频谱效率运行的活动网络希望以相互重叠(underlaid)的方式来共享共用的无线信道。如图1所示，一个活动的网络在同一个信道中已经容纳有由{1,2,…,L}标识的L个相互干扰的链路，其能支持每个链路具有在其目标信干噪比(SINR)水平之上的工作SINR。由{L+1,L+2,…,L+K}标识的K个链路的链路组为新加入到该活动网络的链路组。尽管新加入的链路组期望以其自身优选的SINR水平来接入该同一个信道中，但该活动网络仅仅接受非侵入式(noninvasive)的链路，使得包括了新的链路的扩展后的网络仍然能够满足之前的活动链路保护(ActiveLinkProtection,ALP)的先决条件。因此，新的链路需要首先预测网络的拥塞程度，以此校验网络扩展的可行性。根据前述规则，可以成组方式顺序地允许新的非侵入式的链路叠加在与活动网络共享的同一信道上，直到扩展后的网络达到其临界点。本公开提出了分布式网络拥塞预测方法。这种自主式算法的核心思想在于如何校验一个包含各种SINR目标值的可行性等价条件。网络密集化中的网络拥塞预测问题考虑到由以成组的方式激活可行的并且符合QoS需求的并发传输链路而实现网络密集化过程。活动网络希望以相互重叠的方式共享同一无线信道。如图1所示，在同一信道中活动网络已经容纳有由{1,2,…,L}标识的L个干扰链路，支持每个链路具有在其目标SINR水平之上的SINR水平。由{L+1,L+2,…,L+K}标识的包含K个链路的链路组作为加入到该活动网络的新的链路组。尽管新的链路组期望以其优选地SINR接入同一信道，但活动网络只接受非侵入式的链路，以使得包括了新的链路的扩展后的网络仍然满足之前的活动链路保护的先决条件。因此，针对新的链路，需要首先预测网络拥塞程度，网络拥塞程度表示了网络扩展的可行性。根据该可行性条件，新的非侵入式链路可以成组地顺序被允许，添加到与活动网络共享的同一信道中，直到扩展的网络达到其临界点。下面对上述可行性条件进行详细地说明。可行性条件(Feasibilitycondition)：我们称一个网络的L+K个链路在同一时频资源上传送数据是可行的，当且仅当存在非负功率矢量p＝[p1p2…pL+K]T以使得下列的不等式组成立时：其中：pl表示链路l的传输功率；βl表示链路l的目标SINR；Glk表示从链路k的发射机到链路l的接收机的信道增益；nl表示在链路l的接收机处的背景噪声的功率，其中包含了热噪声以及由外部链路引起的干扰的总效应。该可行性条件可以表示为如下矩阵的形式其中●≥和＞表示按各个分量方向的比较；●β＝[β1β2…βL+K]T；●diag(·)表示由矢量分量形成的对角矩阵，其对角线上元素依次等于所述矢量的各个分量；●ο表示Schur乘积运算；●●n＝[n1n2…nL+K]T；●F表示(L+K)×(L+K)的矩阵,表示跨信道干扰,并且在数学上，保证可行性条件有效的充要条件可以表示为：Feasibilitycondition:ρ(A)＜1其中Α＝diag(βοv)F并且ρ(·)表示非负矩阵的谱半径，即Perron-Frobenius特征值。因此，ρ(Α)可以被视为反应即将出现的由L+K个链路组成的网络的拥塞程度。具体来说，当ρ(Α)≥1时，网络是拥塞的，反之，网络为不拥塞的。网络拥塞预测并非要预测ρ(Α)的值，而是校验ρ(Α)＜1这一条件成立与否。值得注意的是，当具有L个链路的已有网络展现出下列情况时：ρ(diag(βLοvL)FL)≥1其中●βL＝[β1β本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测网络拥塞程度并将链路接入信道的方法，包括：多个新的链路在同时接入到具有至少一个已有链路的共享信道之前，每个所述新链路的发射机在所述共享信道上同时发送各自的探测信号；根据已有链路对所述探测信号的探测功率的响应，确定每个新的链路的第一信干比；以及基于所确定的每个新的链路的第一信干比，来预测当所有新的链路和已有链路在所述共享信道上同时传输数据时的网络拥塞程度，并根据所预测的网络拥塞程度来确定是否将所述多个新的链路同时接入到所述共享信道中。

【技术特征摘要】
1.一种预测网络拥塞程度并将链路接入信道的方法，包括：多个新的链路在同时接入到具有至少一个已有链路的共享信道之前，每个所述新链路的发射机在所述共享信道上同时发送各自的探测信号；根据已有链路对所述探测信号的探测功率的响应，确定每个新的链路的第一信干比；以及基于所确定的每个新的链路的第一信干比，来预测当所有新的链路和已有链路在所述共享信道上同时传输数据时的网络拥塞程度，并根据所预测的网络拥塞程度来确定是否将所述多个新的链路同时接入到所述共享信道中。2.根据权利要求1所述的方法，其中在多个新的链路同时接入到具有至少一个已有链路的共享信道之前，每个所述新链路的发射机在所述共享信道上同时发送各自的探测信号包括：在第一探测时间段的开始时刻，每个新的链路的发射机分别同时确定所发送的探测信号的探测功率，其中所述探测功率在所述第一探测时间段内保持不变。3.根据权利要求1所述的方法，其中根据已有链路对所述探测信号的探测功率的响应，确定每个新的链路的第一信干比包括：每个已有链路的发射机根据各自接收机所测量到的第二信干比和对应的第二目标信干噪比，随时间更新每个已有链路传输数据的第二功率值；当所述第二信干比到达恒定值时，基于每个已有链路传输数据的第二功率值和所述探测功率的值，确定每个新的链路中的所述第一信干比；并且每个新的链路的发射机根据所确定的第一信干比和第一目标信干噪比，来更新将用于在随后的第二探测时间段内的探测功率。4.根据权利要求1所述的方法，其中基于所确定的每个新的链路的第一信干比，来预测当所有新链路和已有链路在所述共享信道上同时传输时的网络拥塞程度，并根据所预测的网络拥塞程度来确定是否将所述多个新的链路同时接入到所述共享信道中包括：在探测时间段的结束时刻，基于每个新链路的第一目标信干噪比和其第一信干比，确定当所有新链路和已有链路在所述共享信道上同时传输时的干扰矩阵的谱半径的上界值和下界值，并且当所述干扰矩阵的谱半径的上界值小于1时，允许将所述多个新的链路同时接入到所述信道中；当所述干扰矩阵的谱半径的下界值大于等于1时，拒绝将所述多个新的链路同时接入到所述信道中；当所述干扰矩阵的谱半径的上界值大于等于1且下界值小于1时，所有新链路在第二探测时间段内采用更新后的探测功率进一步精确预测当所有新链路和已有链路在所述共享信道上同时传输时的网络拥塞程度，重新确定是否将所述多个新的链路同时接入到所述信道中。5.根据权利要求3所述方法，其中每个已有链路的发射机根据各自接收机所测量到的第二信干比和对应的第二目标信干噪比，随时间更新每个已有链路传输数据的第二功率值包括：每个已有链路的发射机在下一时刻的第二功率值是其当前时刻的第二功率值与对应的第二目标信干噪比和其接收机在当前时刻所测量到的第二信干比的比值的乘积。6.根据权利要求3所述方法，其中每个新的链路的发射机根据所确定的第一信干比和所述第一目标信干噪比，来更新将用于在随后的第二探测时间段内的探测功率包括：每个新的链路在第二探测时间段内的探测功率是第一探测时间段内的探测功率与其第一目标信干噪比和其第一信干比的比值的乘积。7.根据权利要求4所述的方法，其中在探测时间段的结束时刻，基于每个新链路的第一目标信干噪比和其第一信干比，确定所述干扰矩阵的谱半径的上界值和下界值包括：每个新链路分别计算相对应的第一目标信干噪比和第一信干比的比值，其中所述比值中的最大值作为所述干扰矩阵的谱半径的上界值，所述比值中的最小值为所述干扰矩阵的谱半径的下界值。8.根据权利要求1所述的方法，还包括：为所有同时接入到所述共享信道中的多个新的链路和已有链路重新分配功率，以使得每个链路的工作信干噪比都分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海友，佘锋，
申请(专利权)人：上海贝尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31