一种5G网络中的工作站重分组方法技术

本发明专利技术属于移动通信技术领域，具体涉及到一种5G网络中的工作站重分组方法，包括将所有工作站的PS‑Poll帧开始传输时间作为隐藏节点的检查指标，检测网络中的隐藏节点关系；在接入点获得工作站的PS‑Poll帧开始传输时间后，确定工作站之间的隐藏节点关系，构建隐藏关系矩阵；接入点将工作站上报的预期业务需求量化为不同的业务级别，构建工作站的预期业务需求表；将预期业务需求表集成到隐藏节点关系矩阵中，形成对隐藏节点的潜在影响具有全面认识的隐藏业务表；在每个TBTT期间根据检测到的隐藏业务表对工作站进行重分组；本发明专利技术的STA重分组方法的吞吐量比现有的随机分组方法的吞吐量提升了40％。

【技术实现步骤摘要】
一种5G网络中的工作站重分组方法
本专利技术属于移动通信
，具体涉及到一种5G网络中的工作站重分组方法。
技术介绍
随着嵌入式设备的迅速普及，物联网(InternetofThings，IoT)通信正在成为包括智能城市、智能抄表、医疗监控、农业监测和工业自动化等在内的各种新兴智能服务的主要通信模式。这些可扩展智能系统的新应用和服务需要将大量智能设备(传感器、机器人、控制器等)连接在一起。针对大规模终端节点的物联网应用，如何有效地将大量终端连接到同一接入点(AccessPoint，AP)是研究的重点。IEEE802.11ah网络主要由工作站(Station，STA)和AP组成。一个802.11ahAP在1Km通信范围内可关联多达8192个STAs，从而形成一个关联大量设备和覆盖大面积的网络。在这样大规模的网络中，可能存在大量的隐藏设备，导致严重的冲突问题，从而限制了系统性能。在随机部署网络的情况下，任意两个节点设备相互隐藏的概率增加到40％，当部署的节点设备数量达到8000个时，隐藏节点对的期望数量将达到1311836个。此外，当节点设备进入节能(PowerSave，PS)模式时，隐藏节点问题会更加显著。由于802.11ah网络中大多数STA都在省电模式下运行，STAs会在同一时间唤醒并监听AP发送的信标，并尝试发送节能轮询(PowerSave-Polling，PS-Poll)帧请求上行链路传输，因而会导致多次冲突。为了最小化设备冲突，IEEE802.11ah在带有传输机会(TransmitOpportunity，TXOP)的增强分布式信道接入(EnhanceDistributedChannelAccess，EDCA)的基础上引入限制接入窗口(RestrictedAccessWindow，RAW)机制来实现基于分组的竞争方案。其中，AP将STA划分成组，并给每个组分配一个RAW时隙，属于同一组的STAs在分配的RAW时隙内竞争信道，且STA仅在分配的时隙中处于唤醒状态，在其余时隙中均休眠。以往的研究主要集中在提高基于分组的竞争方案性能上，如通过调整RAW时隙数或RAW持续时间以获得最佳性能，但在这些研究中，假设网络是完全连接的，即网络中不存在隐藏节点问题，这意味着现有的基于分组的竞争机制不能有效地解决隐藏节点问题，并且IEEE802.11ah标准中没有指定具体的STA分组方案，而现有的STA分组方法通常只是将STA随机分配到不同的组中。这种随机分配方法对于具有高业务需求的STAs会导致组内潜在冲突的增加。
技术实现思路
本专利技术旨在克服上述技术上的不足，在基于竞争的载波侦听多路访问/冲突避免(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，CSMA/CA)制下，以最小化隐藏节点问题造成的传输冲突为目的，提出了一种5G网络中的工作站重分组方法，包括：S1、将所有工作站的节能轮询帧开始传输时间作为隐藏节点的检查指标，检测网络中的隐藏节点关系；S2、在接入点获得工作站的PS-Poll帧开始传输时间ti后，确定工作站之间的隐藏节点关系，构建隐藏关系矩阵；S3、接入点将工作站上报的预期业务需求量化为不同的业务级别，构建工作站的预期业务需求表；S4、将预期业务需求表集成到隐藏节点关系矩阵中，形成对隐藏节点的潜在影响具有全面认识的隐藏业务表；S5、在每个目标信标传输时间(TargetBeaconTransmissionTime，TBTT)期间根据检测到的隐藏业务表对工作站进行重分组。进一步的，检测网络中的隐藏节点关系包括：若ti为限制接入窗口时隙内工作站i第一次传输PS-Poll帧的开始时间，tj为限制接入窗口时隙内工作站j第一次传输PS-Poll帧的开始时间，当ti与tj差的绝对值大于TA时，则认为工作站i与工作站j互为隐藏节点，其中，TA是同一时隙STAs之间的最大传输时延，表示为TA＝tback-off+δ，tback-off表示工作站i与工作站j第一次选择退避窗口的绝对差值，δ表示802.11ah网络的传播时延。进一步的，限制接入窗口时隙内工作站i第一次传输PS-Poll帧的开始时间ti的获取方法包括：在同一信标周期内的其他限制接入窗口或最佳工作区域发送显式控制帧。进一步的，构建隐藏关系矩阵包括：将工作站i与工作站j的载波监听关系kij作为隐藏关系矩阵中的第i行第j列的元素，其中工作站i与工作站j的载波监听关系kij表示为：其中，TA是同一时隙两个工作站之间的最大传输时延，表示为TA＝tback-off+δ，tback-off表示工作站i与工作站j第一次选择退避窗口的绝对差值，δ表示802.11ah网络的传播时延。当kij＝0，则表示工作站i和工作站j能相互感知，当kij＝1，则表示工作站i和工作站j互为隐藏节点。进一步的，在每个TBTT期间根据检测到的隐藏业务表对工作站进行重分组包括：S51、根据工作站的业务级别对工作站进行降序排列，并将业务级别最高的工作站依次分到空的组中，直到每个组中都有一个工作站；S52、计算剩余工作站中业务级别最高的工作站给每个组带来的隐藏业务，并将其分配到附加隐藏业务量最少的组中；S53、如果工作站对多个组具有相同的影响，可以进行多种分配选择，则采用类维特比算法，即将工作站的序列作为观测序列、工作站分配到组中的序列作为状态序列，设置维特比窗口大小W，从工作站序列中选择前W个工作站，通过维特比算法得到最小附加隐藏业务相关联的最优路径，然后根据最优路径决定工作站的分配；S54、重复步骤S51～S53直到将所有工作站都分配到组中。本专利技术的有益效果：1、在数据传输过程中获取网络中的潜在隐藏节点对以及STAs的业务需求，不需要改变协议标准的框架结构，并且也可用于媒体接入控制(MediumAccessControl，MAC)协议支持分组的其他基于竞争的无线网络；2、引入了隐藏业务表来最小化网络中的潜在隐藏业务，采用维特比算法实现对STA的重分组，在保证设备的服务质量和系统公平的前提下，本专利技术的STA重分组方法的吞吐量比现有的随机分组方法的吞吐量提升了40％。附图说明图1为本专利技术中限制接入窗口结构示意图；图2为本专利技术中采用的IEEE802.11ahMAC层数据传输示例图；图3为本专利技术的方法流程图；图4为本专利技术实施例的仿真实验结果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出一种5G网络中的工作站重分组方法，如图3，包括以下步骤：S1、将所有工作站的PS-Poll帧开始传输时间作为隐藏节点的检查指标，检测网络中的隐藏节点关系；S2、在接入点获得工作站的PS-Poll帧开始传输时间ti后，确定工作站之间的隐藏节点关系，构建隐藏关系矩阵；S3、接入点将工作站上报的预期业务需求量化为不同的业务级别，构建工作站的预期业务需求表；S4、将预期业务需求表集成到隐藏节点关系矩阵中，形成对隐藏节点的潜在影响具有全面认识的隐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种5G网络中的工作站重分组方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将所有工作站的节能轮询PS‑Poll帧开始传输时间作为隐藏节点的检查指标，检测网络中的隐藏节点关系；S2、在接入点获得工作站的节能轮询PS‑Poll帧开始传输时间ti后，确定工作站之间的隐藏节点关系，构建隐藏关系矩阵；S3、接入点将工作站上报的预期业务需求量化为不同的业务级别，构建工作站的预期业务需求表；S4、将预期业务需求表集成到隐藏节点关系矩阵中，形成对隐藏节点的潜在影响具有全面认识的隐藏业务表；S5、在每个目标信标传输时间TBTT期间根据检测到的隐藏业务表对工作站进行重分组。

【技术特征摘要】
1.一种5G网络中的工作站重分组方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将所有工作站的节能轮询PS-Poll帧开始传输时间作为隐藏节点的检查指标，检测网络中的隐藏节点关系；S2、在接入点获得工作站的节能轮询PS-Poll帧开始传输时间ti后，确定工作站之间的隐藏节点关系，构建隐藏关系矩阵；S3、接入点将工作站上报的预期业务需求量化为不同的业务级别，构建工作站的预期业务需求表；S4、将预期业务需求表集成到隐藏节点关系矩阵中，形成对隐藏节点的潜在影响具有全面认识的隐藏业务表；S5、在每个目标信标传输时间TBTT期间根据检测到的隐藏业务表对工作站进行重分组。2.根据权利要求1所述的一种5G网络中的工作站重分组方法，其特征在于，检测网络中的隐藏节点关系包括：若ti为限制接入窗口时隙内工作站i第一次传输节能轮询PS-Poll帧的开始时间，tj为限制接入窗口时隙内工作站j第一次传输节能轮询PS-Poll帧的开始时间，当ti与tj差的绝对值大于TA时，则认为工作站i与工作站j互为隐藏节点，其中，TA是同一时隙两个工作站之间的最大传输时延，表示为TA＝tback-off+δ，tback-off表示工作站i与工作站j第一次选择退避窗口的绝对差值，δ表示802.11ah网络的传播时延。3.根据权利要求2所述的一种5G网络中的工作站重分组方法，其特征在于，限制接入窗口时隙内工作站i第一次传输节能轮询PS-Poll帧的开始时间ti的获取方法包括：在同一信标周期内的其他限...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云，刘叶，陈其荣，吴广富，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50