用于基于IEEE802.11的具有定向天线的节点的无线网络的干扰感知发送功率控制方法及装置制造方法及图纸

本公开涉及一种发送功率控制方法和装置，其能够考虑到无线网络周围的干扰而为其中的节点动态地选择最优发送功率。实施方式包括计算降低的发送功率，降低的发送功率将引起相应降低的接收功率，使得：(a)发送器接口和接收器接口可以在发送器接口与接收器接口之间的天线方向上保持具有降低的发送功率的活动链路的连通性；(b)即使保持其他活动链路的发送功率，降低的发送功率也不会在其他活动链路的发送器接口与接收器接口之间的天线方向上由任何其他活动链路创建额外的链路干扰边缘；并且(c)降低的发送功率不会创建额外的隐藏节点，使得降低的发送功率的CS范围仍足以禁止任何其他干扰网络节点接口在深受任何其他干扰网络节点与接收器接口之间的天线方向进行发送。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基于IEEE802.11的具有定向天线的节点的无线网络的干扰感知发送功率控制方法及装置
本公开涉及一种能够考虑到无线网络周围的干扰而动态地选择无线网络中的节点最优发送功率的发送功率控制方法和装置。
技术介绍
廉价的无线装置的激增以及互联网的快速发展已经导致了全球广泛部署在企业建筑、大学、市区城市、及居民区中的基于IEEE802.11的无线网络的爆炸式增长。其为使用移动电话和笔记本电脑的用户以及诸如腕带、数码相机、家用电器、或工业装备的其他装置提供由接入点(AP)组成的无线互联网设施，也称为站(STA)。然而，由于无线网络因节点的积聚变得更大并且更密集，产生了由于无线介质的固有广播特性和在任何给定时间有限的非授权频谱的可利用性而引起的容量问题。这降低了无线网络的性能。由于无线网络可以在没有许可的情况下进行部署，而且很多AP需要覆盖大片地理区域，因此缺乏规划会导致网络饱和并且更加快速地达到其容量。安装额外的AP不会使网络的容量增加到超出一定的极限值。在某些情况下，额外的AP可能导致总的网络吞吐量劣化并且由于更多的干扰被带到网络中而增加延迟。干扰是由节点到邻近节点的射频(RF)发送引起的干扰。干扰对不打算接收信号的节点产生多种影响，诸如，a)打算发送分组的节点无法发送分组暴露节点(EN)的问题；b)应当接收针对其的分组的节点无法接收分组隐藏节点(HN)的问题；以及c)节点需要不必要地花费其能量对不是针对其的输入信号进行解码。高发送功率使得被干扰的节点的数量增加。在此情况下，通常的方法是降低节点的发送功率。最小的发送功率是一种普遍的发送功率控制方法，在这种方法中，参与节点的发送功率降低到使得所发送的分组能被其目的地节点解码即可。该策略也许是不利的，原因在于在一些情况下未考虑其周围的干扰而降低的发送功率增加了由于更低的信噪比(SNR)而引起的冲突概率。因此，我们必须不仅要考虑链路在其SNR方面的功率要求(即，在接收器处所需的最小功率)使得信号远高于本底噪声以解码分组，而且还要考虑其相对于与周围的链路之间的潜在干扰的信号干扰比(SIR)。公开这些事实以示出通过本公开解决的技术问题。
技术实现思路
本公开涉及一种能够考虑到无线网络周围的干扰而动态地为其中的节点选择最优发送功率的发送功率控制系统。本公开适于用在软件定义网络(SDN)范例中，并且适于用作网络规划软件，该网络规划软件可在一些情况下有助于实现80％的吞吐量的最大增益并且可以轻松应用于商业体系。展示配置用于IEEE802.11装置的发送功率的实例。发送功率控制(TPC)算法的集中式或分布式的操作模式决定了其实施的复杂性。存在很多已用分布式处理方法对TPC进行建模的作品[1-4]。分布式TPC可能需要在网络中频繁地发送附加控制或Hello分组，需要修改现有帧格式以背载附加信息、分离信道、重新设计网络接口卡以及不断测量无线介质以便于TPC算法的操作。这可能没有吸引力，因为没有回顾已经部署的传统IEEE802.11装置，此外其由于额外的控制分组而减小网络的容量并且要求改变IEEE802.11媒体访问控制(MAC)协议的现有操作。我们使用不需要硬件改变的集中式处理方法对公开的TPC建模并且利用现有的/传统的IEEE802.11装置保持兼容性。本公开的方法适于：a)用在软件定义网络(SDN范例)中，前提是软件定义网络置于接收/发送控制消息的云服务器中；b)用作网络规划软件，在该网络规划软件中方法建议网络或节点或接口应当使用的最优功率以便使网络最优地运行。S.C.Liew已提出干扰感知TPC解决方案[3]。该解耦自适应功率控制(DAPC)算法在调节功率时可确定不会创建超出网络中现存的那些干扰关系的新干扰关系，也不会创建新HN。DAPC通过减少EN同时完全避免HN来实现高频谱重复使用。使用该方法，DAPC可以将非功率控制IEEE802.11的网络容量提高2倍以上。尽管节点使用全向天线(OA)的无线网络的DAPC算法还不错，但该方法并不适于节点使用定向天线(DA)的无线网络。详细地，DAPC：1)没有考虑节点的发送方向θ。2)当对干扰范围的概念建模时，考虑物理载波感测范围(PCS范围)。PCS范围是指进行数据分组发送的物理载波感测范围[2]。对于物理层的正确操作，所公开的干扰感知发送功率控制(因此IA-TPC)已考虑了通过无线信道发送的任何分组的载波感测范围限定的载波感测范围(CS范围)。这是因为所有分组(不限于数据分组)都在接收接口处启用载波感测功能。此外，为了完善，我们考虑了在IA-TPC方法的特性3中的ACK分组贡献的约束。在[5]中，提出了呼叫允许控制(CAC)机制，其基于由使用DA的节点组成的基于IEEE802.11的无线网状网络(WMN)的干扰信息作出判定，以解决为业务流提供最小服务质量(QoS)的问题，且不需要对传统的IEEE802.11网络进行硬件改变。CAC具有两个主要的特性：(a)其根据网络中的可用带宽管理来自用户的请求；(b)其通过使用[3]的特性1和特性2控制所有参与节点的发送功率以便无论何时允许新用户进入网络都能够控制WMN中的干扰。[5]中的TPC算法的目的是创建更可行的业务流连通性同时保持WMN的最小QoS，允许WMN运营商通过使用该CAC来增加其收入。该方法主要限制在于无线网络中创建其他HN的问题，并且未对对关于干扰的吞吐量的提高进行研究。提出了具有针对IA-TPC中的ACK的新约束的特性，以确保HN问题不会由于允许IEEE802.11协议固有的载波感测机制覆盖干扰节点而被加剧。尽管本公开的IA-TPC方法和系统具3自由度(其中该方法能够通过网络、节点和接口控制功率)，但[5]中的TPC算法仅能够通过接口控制功率。示出了用于节点使用DA的基于IEEE802.11的无线网络的发送功率控制的系统和方法。系统通过明智地减少网络的干扰来提高节点使用DA的基于IEEE802.11的无线网络的吞吐量性能。所公开的方法(IA-TPC)由于也可以用在节点使用OA的网络中而向后兼容。在IA-TPC中，考虑调节其发送功率的节点需要从特定距离内的邻近节点收集信息并且经由多次迭代运算调节其功率。所公开的方法使用会聚试验(见图6)，尽管Y轴不表示发送功率，但同样适用，例如，当网络中的节点的发送功率不能进一步降低时，迭代可以停止。当控制发送功率时，该方法考虑这些特性：1)发送器节点和接收器节点可以保持其链路的连通性；2)即使其他活动链路的发送功率没有降低，在发送功率降低过程期间，其本身不会由其他活动链路创建新的链路干扰边缘；并且3)不会创建新的隐藏节点，并且降低的发送功率的CS范围仍足以覆盖干扰节点。该方法适于：a)用在软件定义网络(SDN范例)中，前提是软件定义网络置于接收/发送控制消息的云服务器中；b)用作网络规划软件，在该网络规划软件中方法建议网络或节点或接口应当使用的最优功率为了使网络最优地运行。公开了一种用于无线网络节点的干扰感知发送功率控制方法，无线网络节点包含在具有成对的活动链路的网络中，每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线网络节点的干扰感知发送功率控制方法，所述无线网络节点包含在具有成对的活动链路的网络中，每个所述无线网络节点具有定向天线，所述方法包括以下步骤：/n对于单个节点，针对所述单个节点的每个所述活动链路，所述活动链路由此具有发送器接口和接收器接口，/n计算降低的发送功率，所述降低的发送功率将引起相应的降低的接收功率，使得：/n(a)所述发送器接口和所述接收器接口能够在所述发送器接口与所述接收器接口之间的天线方向上保持具有所述降低的发送功率的所述活动链路的连通性；/n(b)即使保持其他活动链路的发送功率，所述降低的发送功率也不会在所述其他活动链路的发送接口与所述接收器接口之间的天线方向上通过任何所述其他活动链路创建额外的链路干扰边缘；并且/n(c)所述降低的发送功率不会创建附加隐藏节点，使得所述降低的发送功率的CS范围仍足以禁止任何其他干扰网络节点接口在所述任何其他干扰网络节点与所述接收器接口之间的天线方向上进行发送。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171108 EP 17200699.1;20171018 PT 1103551.一种用于无线网络节点的干扰感知发送功率控制方法，所述无线网络节点包含在具有成对的活动链路的网络中，每个所述无线网络节点具有定向天线，所述方法包括以下步骤：
对于单个节点，针对所述单个节点的每个所述活动链路，所述活动链路由此具有发送器接口和接收器接口，
计算降低的发送功率，所述降低的发送功率将引起相应的降低的接收功率，使得：
(a)所述发送器接口和所述接收器接口能够在所述发送器接口与所述接收器接口之间的天线方向上保持具有所述降低的发送功率的所述活动链路的连通性；
(b)即使保持其他活动链路的发送功率，所述降低的发送功率也不会在所述其他活动链路的发送接口与所述接收器接口之间的天线方向上通过任何所述其他活动链路创建额外的链路干扰边缘；并且
(c)所述降低的发送功率不会创建附加隐藏节点，使得所述降低的发送功率的CS范围仍足以禁止任何其他干扰网络节点接口在所述任何其他干扰网络节点与所述接收器接口之间的天线方向上进行发送。


2.根据前述权利要求所述的方法，其中(a)包括：计算所述降低的发送功率，使得在所述活动链路的发送器与接收器之间的发送方向上的所述接收器处的所述降低的接收功率将高于为保持所述活动链路的连通性所需要的最小接收功率阈值。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中(b)包括：计算所述降低的发送功率，使得所述接收器处的所述降低的接收功率将高于为避免除了所述活动链路的所述发送器接口与所述接收器接口之外的任何其他网络节点在所述其他网络节点与所述接收器接口之间的发送方向上的干扰所需的最小接收功率阈值。


4.根据前述权利要求所述的方法，其中，其他网络节点限定于在所述其他网络节点与所述接收器接口之间的发送方向上具有在所述接收器处从所述其他网络节点接收的、高于解码分组所需的接收信号强度阈值的功率的网络节点。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中(c)包括：计算所述降低的发送功率，使得当使用载波感测范围CS范围时，对于具有到所述活动链路的所述链路干扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨拉瓦男·坎德萨米，曼纽尔·阿尔贝托·佩雷拉·里卡多，
申请(专利权)人：伊耐斯克泰克计算机科学与技术系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：葡萄牙;PT