[發明專利]一種樹狀網絡多跳無線通信系統無線幀長自適應調整方法及裝置

有效

• 申請號: 201110457336.7
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102724014B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 慕福奇
• 申請（專利權）人: 慕福奇
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04W28/16
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發明涉及一種針對樹形或鏈形網絡的無線通信系統的可變幀長自適應傳輸方案，可用于基于有中心或無中心控制的寬帶無線多跳中繼網絡，屬于無線通信領域。

背景技術

無線系統的網絡架構包括集中式網絡和分布式多跳網絡等。集中式網絡一般網絡容量較大，但由于受限于基站發射功率，網絡覆蓋范圍一般幾公里之內；分布式多跳無線網絡的各節點之間的距離相對較短，每一跳可以完成比直接通信高得多的數據傳輸速率，使在長距離的端到端通信系統中同樣能支持高數據傳輸速率，并且隨著網絡節點的增加，網絡的覆蓋范圍以及靈活性也會隨之增加，在一定程度上解決了集中網絡覆蓋范圍受限的問題。無線系統采用的網絡拓撲包括點對點拓撲、總線形拓撲、星形拓撲、環形拓撲、樹形拓撲、Mesh拓撲和混合拓撲等。無線網絡拓撲的選擇取決于無線系統的應用和地理環境。在鐵路、公路沿線、河流沿岸、電力線、礦井、邊防、海防等應用場景下，采用樹形和鏈形網絡拓撲的多跳中繼無線通信系統具有天然的優勢。

在如圖1所述樹形網絡拓撲中，整個網絡僅有一個根節點(位于網絡最頂層)，除根節點外的每個節點僅與一個父節點連接，但與一個或多個子節點相連接。每個節點是其上一級節點的子節點同時是其下一級節點的父節點。

當數據幀從一個節點(主機或路由器)沿著某條路徑到另一節點(主機或路由器)時，該數據幀在沿途的每個節點都經受了幾種不同類型的時延(Delay)。包括節點處理時延(Nodal?Processing?Delay)、排隊時延(Queuing?Delay)、傳輸時延(Transmission?Delay)、傳播時延(Propagation)等。而這些時延總體累加起來是節點總時延(Total?Nodal?Delay)。

節點處理時延：檢查數據幀首部和決定將該數據幀導向何處所需要的時間是節點處理時延的一部分。處理時延也包括其他因素，如檢查比特級差錯所需要的時間，該差錯出現在這些數據幀比特從上游節點向下一節點傳輸的過程中，由于差錯校驗只能針對整個數據幀進行，因此，數據幀的長度影響著節點處理時延。高速節點(或路由器)的處理時延通常是微秒或更低的數量級。在這種節點處理之后，節點將該數據幀引向通往下一節點鏈路之前的隊列。

排隊時延：在隊列中，當數據幀在鏈路上等待傳輸時，它經受排隊時延。一個特定數據幀的排隊時延將取決于先期到達的、正在排隊等待向鏈路傳輸的數據幀的數量。如果該隊列是空的，并且當前沒有其他數據幀在傳輸，則該數據幀的排隊時延為0。另一方面，如果流量很大，并且許多其他數據幀也在等待傳輸，該排隊時延將很大。到達數據幀的數量是到達該隊列的流量強度和性質的函數。實際的排隊時延通常在毫秒到微秒級。

傳輸時延：假定數據幀以先到先服務的方式傳輸——這在多跳無線通信網絡中是常見的方式，僅當所有已經到達的數據幀被傳輸后，才能傳輸我們的數據幀。用L比特表示數據幀的長度，用R?bps表示從節點A到節點B的鏈路傳輸速率。傳輸時延是L/R。這是將所有數據幀比特推向鏈路所需要的時間，傳輸時延也與數據幀的長度息息相關。實際的傳輸時延通常在毫秒到微秒級。

傳播時延：一旦一個比特被推向鏈路，該比特需要向節點B傳播，從該鏈路的起點到節點B的傳播所需要的時間是傳播時延。該比特以該鏈路的傳播速率傳播，該傳播速率取決于該鏈路的物理媒介，其速率范圍是2*10⁸-3*10⁸m/s，這等于或略小于光速。傳播時延等于兩個節點之間的距離除以傳播速率，即傳播時延是d/s，其中d是兩個節點之間的距離，s是該鏈路的傳播速率。傳播時延在毫秒級。

令d_proe，d_qvsas，d_trans和d_prop分別表示處理時延、排隊時延、傳輸時延和傳播時延，那么節點的總時延由下式給定：

d_natal＝d_proe+d_qvsas+d_trans+d_prop

這些時延成分所起的作用可能變化很大。本發明主要考慮距離和幀長對時延的影響。