室内制造技术

本发明专利技术涉及一种室内

【技术实现步骤摘要】
室内VLC
‑
WiFi网络中基于干扰管理和QoS驱动的跨层资源分配


[0001]本专利技术属于光无线通信
，涉及一种室内
VLC
‑
WiFi
网络中基于干扰管理和
QoS
驱动的跨层资源分配方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着
5G(5th Generation Mobile Communication Technology
，第五代移动通信技术
)
的商用部署，智能化场景下的新兴应用产品层出不穷，极具差异化的智能终端需求特征日趋明显
。
然而，急速增长的无线数据流量终究会在有限的
5G
带宽资源限制下达到一定的界限
。
因此，对于
6G(6th Generation Mobile Communication Technology
，第六代移动通信技术
)
来说，探寻不同的频率段来解决频谱短缺问题尤为重要
。
作为未来
6G
无线通信系统中的重要组件，可见光通信
(Visible Light Communication,VLC)
技术以其超大可用带宽
、
超高传输速率等诸多特点为实现
6G
的超高速率
、
超低时延等目标蓝图提供了不可或缺的解决思路
。
而以多色发光二极管
(Light Emitting Diode,LED)
构成的多色
VLC
系统为用户提供了更高的数据速率
。
更进一步，射频
(Radio Frequency,RF)
通信技术与多色
VLC
的融合，将会促进
6G
中多种通信技术协同发展
。
针对基于多色
VLC
与
RF
技术的多色
VLC
‑
无线保真
(Wireless Fidelity,WiFi)
异构网络，其融入了
6G
基本物理层架构设计理念，有效解决了单一
VLC
网络中存在的诸多问题，如：上行链路通信实现困难
、
光线链路较为脆弱等，当前得到了学术界的广泛研究
。
针对未来
80
％的通信发生于室内这一现象，室内多色
VLC
‑
WiFi
网络通过部署大量的
VLC
接入点
(Access Point,AP)
来为不同的用户提供服务，从而将整个室内区域转化为交叉重叠的多个
VLC AP
小区
。
然而，小区之间频谱复用所产生的小区间干扰
(Inter
‑
Cell Interference,ICI)
对一些用户造成了严重的影响
。
因此，在室内多色
VLC
‑
WiFi
网络中，必须在干扰管理的基础上进行资源分配，进而提升系统的网络性能
。
近年来，大多数研究工作主要集中在物理层问题上
。
然而，这些工作没有考虑具有随机流量到达的时延敏感业务，如高质量的视频流
、
在线游戏等
。
针对不同类型的数据流量，仅仅依靠单一的物理层模型不足以将业务时延需求对系统性能的影响反映出来
。
为了保障多种业务的差异化时延要求，在具有时延敏感应用的通信网络中，从物理层和
MAC(Media Access Control
，媒体接入控制
)
层的角度设计物理层传输链路和数据链路层缓冲排队的跨层资源分配方法能够显著提升系统的端到端通信时延性能
。
[0003]当大量用户同时接入
VLC
‑
WiFi
的异构网络时，
QoS(Quality of Service
，服务质量
)
保证了用户对于不同网络服务的通信体验，跨层资源与分配方法能够协同物理层和数据链路层排队性能，使
VLC
‑
WiFi
异构网络能够高效地工作和满足业务的
QoS
需求
。
因此，本申请对于进入到室内多色
VLC
‑
WiFi
异构网络中的用户数据包，需给出其对传输链路的
QoS
需求级别，以为用户数据包提供相对应的服务质量
。
由于一个用户可以拥有不同种类的业务，不同用户之间的业务类型也会不尽相同
。
不同种类的业务对应着不同种类的用户数据包
。
用户的业务类型不同主要体现在用户数据包的不同时延需求上，业务的多样化需求体
现在用户数据包的差异化时延要求上
。2022
年6月，第三代合作伙伴计划
(3rd Generation Partnership Project,3GPP)
宣布
5G R17
标准，位于
R17
标准规范中的
23
系列给出了
5G
系统的系统架构，其中规定了标准化
5G QoS
标识
(5G QoS Identifier,5QI)
到
5G QoS
特征的映射，
5G QoS
特征可被理解成为每种业务类型设置的特定参数准则，不同的
5QI
值对应着不同业务类型的默认优先级及数据包时延需求
。
不同的业务类型对应着不同的标准
QoS
特征，以保证各种业务类型的
QoS
要求
。
业务的默认优先级等级表示资源调度优先级，最低优先级值对应于最高优先级
。
优先级用于区分同一用户的业务类型，也可应用于区分不同用户之间的业务类型
。
参考
5QI
，基于用户数据包的业务类型，
VLC
‑
WiFi
的控制中心将会把用户数据包的业务参数需求映射成对应的
QoS
需求级别
。
通过
QoS
指标能够有效反映出业务多样化的需求，实现网络资源的高效管理
。
因此，为跨层资源分配构建一个
QoS
体系结构已经变得至关重要
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的核心在于提供一种室内
VLC
‑
WiFi
网络中基于干扰管理和
QoS
驱动的跨层资源分配方法，在降低传输链路的信道缓冲队列长度的同时，提升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种室内
VLC
‑
WiFi
网络中基于干扰管理和
QoS
驱动的跨层资源分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1
：输入用户集合为
U
，
VLC(Visible Light Communication,
可见光通信
)AP(Access Point
，接入点
)
集合为
A
，
VLC
多色频谱集合为
{
红，绿，蓝
}
，
VLC
接入点发射功率为
P
vlc
，
WiFi(Wireless Fidelity
，无线保真
)AP
发射功率为
P
wifi
，输入用户数据包的
QoS(Quality of Service
，服务质量
)
需求级别，传输链路的
QoS
级别，设置缓冲队列的队列长度，根据
VLC
朗伯辐射模型计算用户到
VLC
接入点的光信道增益和
SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio
，信干噪比
)
值，根据瑞利衰落信道模型计算用户到
WiFi
接入点的无线信道增益和
SINR
值，根据等效
SINR
转换模型，将
VLC SINR
转换为
WiFi
的等效
SINR
值；
S2
：根据时延满意度函数，计算传输链路的缓冲时延性能，根据带宽满意度函数，计算传输链路的传输带宽性能，根据
WiFi
等效
SINR
满意度函数，计算传输链路的
SINR
性能值；由香农公式，计算传输链路的信道容量性能，根据链路传输质量评估公式，确定传输链路的
QoS
级别；
S3
：根据数据包的
5G QoS
标识
(5G QoS Identifier,5QI)
的特征映射公式，计算用户数据包的
QoS
需求级别，计算数据包的质量管控因子，得到用户数据包的质量管控范围；
S4
：根据传输链路的
QoS
级别与用户数据包的
QoS
需求级别，执行多色
VLC
‑
WiFi
传输链路开辟准则与子信道调整策略，获得各个用户数据包的缓冲队列与传输链路，并分别计算传输链路的数据速率，然后将各个传输链路的数据速率累加，获得系统吞吐量
。2.
如权利要求1所述的一种室内
VLC
‑
WiFi
网络中基于干扰管理和
QoS
驱动的跨层资源分配方法，其特征在于：所述
S1
具体方法为：
S101
：计算用户
i
接收来自
VLC AP j
信号的
SINR
值其中，计算公式为：上式中，表示用户
i
接收来自
VLC AP j
信号的光信道增益，可以由朗伯辐射模型计算，为
VLC AP j
服务于用户
i
提供的信道带宽，
γ
为用户
i
的
PD
接收信号的光电转换系数，是
VLC AP j
分配给用户
i
的光发射功率，为
VLC
系统的噪声功率谱密度；
S102
：计算
WiFi AP j
到用户
i
之间的
SINR
值其中，计算方法为：上式中，表示
WiFi AP j
到用户
i
之间的无线信道增益，可以由瑞利衰落模型，室内多色
VLC
‑
WiFi
异构网络模型中只设置了一个
WiFi AP
，且
WiFi AP
的工作频率与
VLC AP
的工
作频率不同，所以，分母中只有噪声，没有干扰部分
。
是
WiFi AP j
上分配给用户
i
的电发射功率；为
WiFi
背景噪声功率谱密度，其值为
‑
174dBm/Hz
；为
WiFi AP j
服务于用户
i
的信道带宽；
S103
：基于等效的最大传输速率准则，将
VLC
‑
WiFi
网络中的
VLC SINR
转换为等效
WiFi SINR
；其中，
VLC SINR
的等效
SINR
的计算公式为：上式中，是
VLC VLC AP j
到用户
i
的等效
WiFi
的
SINR
，是
VLC AP j
到用户
i
的接收
SINR
，
Γ
wifi
＝
3dB
和
Γ
vlc
＝
5.4dB
分别代表
WiFi
与
VLC
网络的信道编码损耗因子，为
VLC AP j
分配给用户
i
的信道带宽，为
WiFi AP
分配给用户
i
的信道带宽
。3.
如权利要求1所述的一种室内
VLC
‑
WiFi
网络中基于干扰管理和
QoS
驱动的跨层资源分配，其特征在于：所述
S2
具体方法为：
S201
：根据时延满意度函数，计算传输链路的缓冲时延性能；其中，传输链路在第
t
个调度时隙的缓冲时延性能的计算公式为：上式中，
ζ1为控制曲线形状的参数，一般取值4，
d
min
是缓冲时延性能的最低要求，即时延阈值，其值为
2s
，
D(t)
为第
t
个调度时隙的数据包从队列的末尾排到队列的首位所经历的时间，即数据包的缓冲时延，其计算公式为：
D(t)
＝
W(t)
×
S/R(t)
，
W(t)
是第
t
个调度时隙缓冲队列的长度，即队列中数据包的数目，
R(t)
是第
t
个调度时隙传输链路的传输速率；
S202
：根据带宽满意度函数，计算传输链路的传输带宽性能；其中，传输带宽性能的计算公式为：上式中，
B(t)
为当前传输链路的传输带宽，
b
min
为传输带宽性能的最低要求，即带宽阈值，其值为
2MHz
，
ζ2为控制曲线形状的参数，其值为5；
S203
：根据链路的等效
SINR
值，计算传输链路的
SINR
满意度性能；其中，传输链路的
SINR
满意度性能的计算公式为：其中
,
上式中，
P(t)
为当前时隙
t
内传输链路的等效
SINR
，
p
min
为等效
SINR
性能的最低阈值，其值为
5dB
，
ζ3为控制曲线形状的参数，其值为5；
S204
：计算传输链路的传输容量性能
U
rate
(R(t))
；
其中，传输容量性能的计算公式为：
U
rate
(R(t))
＝
U
bw
(B(t))
·
log2(1+U
sinr
(P(t)))S205
：评估传输链路的
QoS
级别；其中，传输链路的
QoS
级别评估公式为：上式中，
ω
为缓冲时延性能在
QoS
级别评估中所占的规范权重值，称为缓冲时延偏好因子，
ω
∈[0,1]
，
δ1为缓冲时延性能所占的自适应权重值，
δ2为传输性能所占的自适应权重值；其中，
δ1和
δ1计算公式分别为：计算公式分别为：
S206
：重复步骤
S201
到
S205
，计算每条传输链路的
QoS
级别
。4.
如权利要求1所述的一种室内
VLC
‑
WiFi
网络中基于干扰管理和
QoS
驱动的跨层资源分配，其特征在于：所述
S3
具体方法为：
S301
：计算用户数据包
υ
的
QoS
需求级别；其中，数据包
υ
的
QoS
需求级别的计算公式为：上式中，为用户数据包
υ
的
QoS
需求级别，为控制曲线形状的参数，其值为
0.05
，为用户数据包
υ
的默认优先级；
S302
：计算用户数据包
υ
的质量管控因子
β
υ
；其中，数据包
υ
的质量管控因子
β
υ
的计算公式为：上式中，
D
max
为
5QI
到
5G QoS
特征映射中定义的最大数据包时延需求值，
D
min
为
5QI
到
5G QoS
特征映射中定义的最小数据包时延需求值，
D
υ
为用户数据包
υ
的时延需求值；
S303
：重复执行
S301
至
S302
的操作，计算每个随机到达的用户数据包
υ
的
QoS
需求级别，为用户数据包优先选择传输链路的
QoS
级别在质量管控范围内的传输链路
。5.
如权利要求1所述的一种室内
VLC
‑
WiFi
网络中基于干扰管理和
QoS
驱动的跨层资源分配，其特征在于：所述
S4
具体方法为：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕淋，谢裕欣，陈勇，黄冰川，陈浩楠，周会凌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：