一种短距离无线光通信系统的切换算法技术方案

本发明专利技术公开了一种短距离无线光通信系统的切换算法，适用于短距离无线光通信场景下，基于可见光通信技术创新提出的一种切换算法，常规可见光通信网络中通信的基础是LED照明设备实现的，而LED光照覆盖范围的限制，也限制了正常通信只能在一定光强的覆盖范围中。而一般场景下用户常处于移动状态，在不同的LED光照范围覆盖范围下移动的同时，为保障通信的连续性便尤为重要。本发明专利技术基于用户终端对所获取的能量定义获取率并设定面向网络接入点AP的判定规则，实现了用户在可见光通信场景下移动时保持通信的功能，且通信质量得到可靠保障。

【技术实现步骤摘要】
一种短距离无线光通信系统的切换算法
本专利技术属于无线光通信领域，适用于短距离无线通信场景下，涉及一种能够在不同网络接入覆盖范围内进行切换的算法。
技术介绍
目前可见光通信技术的研究备受国内外瞩目，其中美国、日本、德国等国家致力于高速调制的研究，复旦大学等课题组也已实现Gbps级别的高速可见光通信系统。随着系统速率的提升，使得可见光通信技术的应用更具备市场前景，也已有将可见光通信技术应用在交通系统中的实验案例。随着该技术的不断研究，面临的问题也逐渐复杂，比如多用户信息处理、多网络节点的协调等等。IEEE802.15.7协议对可见光通信技术的MAC层、PHY层进行了框架性的定义，包括网络拓扑结构、帧结构、传输信道、编码方式、调制方式等，但是对于提高网络性能、优化资源管理方面还未尽善尽美。例如，可见光通信网络鉴于可见光通信技术是基于LED照明设备实现，那么LED的光照覆盖范围有限，即在光照覆盖范围内才能保障正常通信，但是一般场景下用户是处于移动状态中，那么在不同的LED光照覆盖范围下走动的同时，保障通信的连续性就尤为重要。在移动通信中，切换是指移动台在与基站之间进行信息传输时，由于各种原因，需要从原来所用信道上转移到一个更适合的信道上进行信息传输的过程。需要切换的原因主要有两种：一种是移动台在与基站之间进行信息传输时，移动台从一个无线覆盖小区移动到另一个无线覆盖小区，由于原来所用的信道传输质量太差而需要切换。在这种情况下，判断信道质量好坏的依据可以是接收信号功率、接收信噪比或误帧率。另一种是移动台在与基站之间进行信息传输时，处于两个无线覆盖区之中，系统为了平衡业务而需要对当前所用的信道进行切换。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种短距离无线工通信系统的切换算法，解决移动通信中信号切换、保障信道传输质量的问题。本专利技术实现上述目的的技术解决方案为：一种短距离无线光通信系统的切换算法，基于若干网络接入点AP和各个网络接入点总覆盖范围内具备移动性的若干用户终端实现，其中所述用户终端设有能量采集模块、数据传输模块和处理模块，其特征在于包括步骤：获得用户终端能量获取率，各个用户终端以采集周期T通过能量采集模块接收并检测所接收的光能，并定义能量获取率P＝E-E’/T，其中E为当前时刻采集的能量，E’为采集周期T上一时刻采集的能量；能量获取率二次处理，各个用户终端将当前所得的能量获取率P反馈至光能来源的网络接入点AP，在网络接入点AP中计算平均能量获得率其中∑P为当前网络接入点AP下N个用户终端的能量获得率总和，N为当前网络接入点AP下用户终端的个数；切换判定，网络接入点AP将计算所得的平均能量获取率广播给各个用户终端，且用户终端的处理模块根据自身检测所得的能量获取率P和通过广播所接收到的平均能量获取率计算并判断切换门限γ>0.5不发起切换指令；γ<0.5则发起准备切换新AP网络的指令。进一步地，所述能量采集模块自定义设有能量阀值Eth，且最小能量Eth需支持信道评估能耗ECCA和最小分组传输能耗Epacket的两部分总和，用户终端当前时刻采集的能量E≥Eth时正常通信并进行光电转换恢复原始信号，而E＜Eth时通信挂起、光电转换暂停。进一步地，若干所述网络接入点AP互相相邻结合，形成区域性接入网域。进一步地，所述网络接入点AP为LED照明设备。更进一步地，所述LED照明设备中含有两个以上的LEDs阵列。进一步地，所述用户终端至少为手机、IPAD电脑或笔记本电脑，且配置有能量采集模块。进一步地，切换判定后，用户终端向邻近网络接入点AP发起接入请求，在接入新的网络接入点AP前保持与当前网络接入点AP的连接。本专利技术所提出的短距离无线光通信系统的切换算法，较之于传统切换算法具备突出的实质性特点和显著的进步性，概括来看：该切换算法可保证用户终端在移动状态下得到通信质量的保障，即，在发现用户终端处于通信质量较弱区域时就主动发起新AP网络的接入，同时保持与原AP网络的连接，从而实现通信不中断的情况下，完成相邻AP网络的切换。该切换算法可以降低用户终端能耗，该算法是使用户终端在达到切换门限时再发起切换流程，避免用户终端时时向AP发起接入请求，或时时判断当前是否属于该AP网络覆盖范围下。该切换算法属于动态参数计算方法，适用于各种光强度调制下的场景，不会因光能量强弱而改变判决条件，不受用户终端移动轨迹的影响，因此该算法具备实时性、可移植性。附图说明图1为本专利技术切换算法一优选实施例的应用场景示意图。图2是本专利技术在图1所示应用场景下计算所得的切换区域示意图。具体实施方式以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握，从而对本专利技术的保护范围做出更为清晰的界定和支持。本专利技术适用于短距离无线光通信场景下，基于目前国内外研究的可见光通信技术的基础上提出的一种切换算法。它实现了移动服务的连续性，在网络节点之间来回移动时保障通信质量。本专利技术的收发系统采用可见光通信系统，但在具体实施时可以不局限于该系统，一切以光强度调制方式的通信系统均可以采用本专利技术的切换算法。本专利技术的发射端采用阵列LEDs作为信号源。数据信号通过强度调制方式加载至LED器件上，以光强度形式传输，即“1”对应高电平、“0”对应低电平。且每一个阵列LEDs为一个网络接入点AP(AccessPoint，AP)。本专利技术的接收端为具备移动性的用户终端，如：手机、IPAD、笔记本电脑等。接收端配有光能量采集器。本专利技术的光能量采集器具备实现将光能转换成电流的功能。光能量采集器具有两个独立的模块，分别是能量采集模块、数据传输模块，当然作为用户终端，必然含有基于自身处理器的处理模块。能量采集模块，用于接收并检测当前用户终端所接收的LED光能。数据传输模块，用于接收LED的光强度调制信息，并进行光电转换，将光信号转换为电信号，即光强强值计为“1”、光强弱值计为“0”，从而恢复原始信号。能量采集模块中，定义Eth为能量阈值。该Eth表示一个用户终端在激活状态下发送一个数据包的最小能量。该最小能量Eth需支持信道评估能耗ECCA和最小分组传输能耗Epacket，即Eth≥ECCA+Epacket。并且能量采集模块中，每隔单位时间T，采集一次当前能量，计为E。当检测到的能量E≥Eth时，则表示当前用户终端可以进行正常通信，进入数据采集传输模块。否则，用户终端当前采集到的光能过弱，不能支持正常通信功能，不进入数据采集模块，一直在能量采集模块中检测光能，直到符合条件为止。在上述基础上，本专利技术的切换算法概述主要包括如下三个主要步骤。一、获得用户终端能量获取率，各个用户终端以采集周期T通过能量采集模块接收并检测所接收的光能，并定义能量获取率P＝E-E’/T，其中E为当前时刻采集的能量，E’为采集周期T上一时刻采集的能量。二、能量获取率二次处理，各个用户终端将当前所得的能量获取率P反馈至光能来源的网络接入点AP，在网络接入点AP中计算平均能量获得率其中∑P为当前网络接入点AP下N个用户终端的能量获得率总和，N为当前网络接入点AP下用户终端的个数；三、切换判定，网络接入点AP将计算所得的平均能量获取率广播给各个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短距离无线光通信系统的切换算法，基于若干网络接入点AP和各个网络接入点总覆盖范围内具备移动性的若干用户终端实现，其中所述用户终端设有能量采集模块、数据传输模块和处理模块，其特征在于包括步骤：获得用户终端能量获取率，各个用户终端以采集周期T通过能量采集模块接收并检测所接收的光能，并定义能量获取率P＝E‑E’/T，其中E为当前时刻采集的能量，E’为采集周期T上一时刻采集的能量；能量获取率二次处理，各个用户终端将当前所得的能量获取率P反馈至光能来源的网络接入点AP，在网络接入点AP中计算平均能量获得率

【技术特征摘要】
1.一种短距离无线光通信系统的切换算法，基于若干网络接入点AP和各个网络接入点总覆盖范围内具备移动性的若干用户终端实现，其中所述用户终端设有能量采集模块、数据传输模块和处理模块，其特征在于包括步骤：获得用户终端能量获取率，各个用户终端以采集周期T通过能量采集模块接收并检测所接收的光能，并定义能量获取率P＝E-E’/T，其中E为当前时刻采集的能量，E’为采集周期T上一时刻采集的能量；能量获取率二次处理，各个用户终端将当前所得的能量获取率P反馈至光能来源的网络接入点AP，在网络接入点AP中计算平均能量获得率其中∑P为当前网络接入点AP下N个用户终端的能量获得率总和，N为当前网络接入点AP下用户终端的个数；切换判定，网络接入点AP将计算所得的平均能量获取率广播给各个用户终端，且用户终端的处理模块根据自身检测所得的能量获取率P和通过广播所接收到的平均能量获取率计算并判断切换门限γ>0.5不发起切换指令；γ<0.5则发起准备切换新AP网络的指令。2.根据权利要求1所述短距离无线光通信系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪文昕，许嘉琪，王炯乾，宋官泽，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32