[發明專利]基于沖突檢測的檢測器門限選擇和協作沖突分離方法

無效

• 申請號: 200910234619.8
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN101729206A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 季薇;鄭寶玉;楊震
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/18;H04W28/02;H04W74/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 奚幼堅

1.基于沖突檢測的檢測器門限選擇和協作沖突分離方法，其特征在于：

(1)首先，根據網絡用戶數J、用戶的發包概率、檢測概率和虛警概率對網絡的潛 在吞吐量進行預測，通過求極值運算獲得檢測概率和虛警概率間的導數關系，進而求 得檢測器門限，步驟如下：

定義Pe為用戶緩沖器在傳輸時段開始時刻為空的概率，當K個用戶在沖突時隙沖 突時候，其二進制表達如下：

P(K)=JK(1-Pe)KPeJ-K,K=0.1.....J---(1)]]>

將第i個用戶和第j個用戶間的無線信道a_ij(n)建模為瑞利平坦衰落信道，

其中，相位在[0，2π)上服從均勻分布；幅度A_ij(n)服從瑞利分布，方差為A_ij(n)和相互獨立，所有用戶間信道服從獨立同分布，噪聲w_r(n)被建模為不相 關的復零均值白高斯變量，方差為

虛警概率P_F表示為：

PF=∫T∞xσv2exp(-x22σv2)dx=exp(-T22σv2)---(3)]]>

檢測概率P_D表示為：

PD=∫T∞xσv2+σA2exp(-x22(σv2+σA2))dx=exp(-T22(σv2+σA2))---(4)]]>

令m表示能夠被正確檢測出的信源節點的數量，n表示被虛警為活動節點的空閑 節點數量，相應地，被檢測到的沖突階數等于m+n。當K-m個信源漏檢，n個空 閑用戶被虛警的概率為：

Pdetect(m,n)=Km(PD)m(1-PD)K-mJ-Kn(PF)n(1-PF)J-K-n---(5)]]>

其中，0≤m≤K，0≤n≤J-K。因此，全部正確檢測的概率，即正確檢測所有 活動用戶(m＝K)，無空閑用戶被虛警(n＝0)的概率表示為：

P_detect(K，0)＝P_D^K(1-P_F)^J-K????????????????(6)

相應地，傳輸時段的長度表示為：

L(K,m,n)=m+n,0≤m≤K,0≤n≤J-K,m+n≠01,m=0andn=0---(7)]]>

當K個信源沖突時，傳輸時段的平均長度表示為：

L‾(K)=Σm=0KΣn=0J-KPdetect(m,n)L(K,m,n)=KPD+(J-K)PF+(1-PD)K(1-PF)J-K---(8)]]>

傳輸時段的平均長度表示為：

L‾=ΣK=0JP(K)L‾(K)=JPF+J(1-Pe)(PD-PF)+[(1-Pe)(1-PD)+Pe(1-PF)]J---(9)]]>

潛在吞吐量的評估有兩種情況：

a)情況1：對潛在吞吐量進行評估時，假設目的端的每一個錯誤判決都將導致傳 輸時段上所有數據包的丟失，因此，僅當目的端作出完全正確的判決時，傳輸時段才 是有用的，在有用的傳輸時段上，最多K個數據包能夠被正確恢復。此時，平均潛在 可恢復的包表示為：

N‾1=ΣK=0JKP(K)Pdetect(K,0)=J(1-Pe)PD[(1-Pe)PD+Pe(1-PF)]J-21---(10)]]>

情況1下的潛在吞吐量表示為

PTP1=N‾1L‾---(11)]]>

b)情況2：在這個假設下，當目的端判決錯誤的情況下，仍有某些沖突的數據包 能夠被幸運地檢測出來。當K-m個信源漏檢時，至多有m個信源能夠正確恢復。此 時，平均潛在可恢復的包表示為

N‾2=ΣK=0JP(K)Σm=0KΣn=0J-KmPdetect(m,n)=J(1-Pe)PD---(12)]]>

情況2下的潛在吞吐量表示為

PTP2=N‾2L‾---(13)]]>

兼顧上述兩種情況，將潛在吞吐量表示為

PTP＝δ·PTP₁+(1-δ)·PTP₂????????(14)

其中，δ為常數，0≤δ≤1；

選初始值δ，以潛在吞吐量為目標函數優化檢測器門限，令

dPTPdPF=0---(15)]]>

可得

dPDDPF=δ(J-1)PePDI2J-2(J-JI1+I1J)+JPePD(1-I1J-1)[δI2J-1+(1-δ)][δI2J-2I3+(1-δ)](J-JI1+I1J)-J(1-Pe)PD(1-I1J-1)[δI2J-1+(1-δ)]---(16)]]>

其中，I₁＝(1-Pe)(1-P_D)+Pe(1-P_F)，I₂＝(1-Pe)P_D+Pe(1-P_F)， I₃＝Pe(1-P_F)+ JP_D(1-Pe)。

在高信噪比情況下，P_D≈1，P_F≈0，(1-P_F)/P_D≈1，將式(16)簡化為：

dPDdPF=δ(J-1)Pe(J-JPe+PeJ)+JPe(1-PeJ-1){δ[Pe+J(1-Pe)]+(1-δ)}(J-JPe+PeJ)-J(1-Pe)(1-PeJ-1)=β---(17)]]>

從式(3)和式(4)，可得：

P_D＝P_F^1/1+SNR，SNR=σA2σv2---(18)]]>

dPDdPF=11+SNRPF-SNR/(1+SNR)---(19)]]>

從式(18)和式(19)，可得：

P_F，opt＝[(1+SNR)β]^-(1+SNR)/SNR????????(20)

根據式(3)和式(20)可得檢測器門限為：

Topt=-2σv2log[PF,opt]=2σv21+SNRSNRlog[(1+SNR)β]---(21);]]>

(2)信源發送數據包后，目的端根據求得的檢測器門限對接收數據包進行沖突檢測， 一旦沖突被檢測到，目的端將對沖突階數和活動用戶集進行判決，然后通過控制信道 將判決結果通知給所有網絡用戶；

(3)為獲得沖突信號的線性獨立的復本，系統進入中繼輔助重傳時段，重傳時段的 長度等于被檢測到的沖突階數減1，一個節點被隨機地選作中繼且重傳其在沖突時隙 接收的信號，中繼輔助重傳時段一結束，廣播信道就重置控制比特，中止當前的重傳 以及所有相關的傳輸；

(4)當信道矩陣H滿秩時，目的端可利用次優線性解法對接收到的所有沖突數據 包進行聯合解包，實現多包分離，并得到與初始值δ對應的 實時網絡實際吞吐量ATP；

(5)將上述步驟(4)的結果輸出至系數δ的更新，其過程是對公式(14)中系數δ 在0≤δ≤1的范圍內不同取值的迭代，重復步驟(1)-(4)，最終獲取公式(21)結 果為最優檢測器門限和對應的網絡的實際吞吐量ATP。