[發(fā)明專利]基于模式與速率自適應(yīng)選擇的全雙工無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510015156.1
• 申請(qǐng)日: 2015-01-12
• 公開（公告）號(hào): CN104579569A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳劍;陳隆亮;黃珊;何明;齊望東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L1/00
• 分類號(hào): H04L1/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 吳茂杰;朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于模式與速率自適應(yīng)選擇的全雙工無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的全雙工接收機(jī)是虛擬的全雙工通信，即必須在不同的時(shí)間或頻率發(fā)送和接收信號(hào)。因此，頻譜并沒有充分利用，如果在相同的時(shí)間和頻率上同時(shí)實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙向通信，即同頻同時(shí)全雙工通信，則可將頻譜效率及系統(tǒng)容量最大提高一倍。

當(dāng)前，同頻同時(shí)全雙工無線網(wǎng)絡(luò)的研究剛開始起步，公開發(fā)表的研究成果非常少。2013年7月，美國自然科學(xué)基金會(huì)設(shè)立了“Foudations?ofHierarchical?Full-Duplex?Wireless?Networks”重點(diǎn)研究項(xiàng)目，這是迄今為止美國自然科學(xué)基金會(huì)設(shè)立的第一個(gè)全雙工無線網(wǎng)絡(luò)研究課題，課題成員由俄亥俄州立大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校以及萊斯大學(xué)的相關(guān)研究人員組成，課題的領(lǐng)軍人物萊斯大學(xué)的Sabharwal教授在全雙工無線通信領(lǐng)域已做出了大量研究成果，實(shí)現(xiàn)了基于Wi-Fi通信體制的全雙工無線網(wǎng)絡(luò)。此外，Sabharwal教授的研究團(tuán)隊(duì)，根據(jù)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，研究實(shí)現(xiàn)了一種新的全雙工無線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議：FD-MAC。FD-MAC解決了與傳統(tǒng)半雙工終端的兼容性問題，改進(jìn)了MAC協(xié)議，最大化網(wǎng)絡(luò)中全雙工無線通信的機(jī)會(huì)。全雙工無線通信可以使單信道的通信容量翻倍，而全雙工無線通信應(yīng)用到無線網(wǎng)絡(luò)中，卻不一定能夠使網(wǎng)絡(luò)的吞吐量翻倍。美國威斯康辛大學(xué)麥迪孫分校的Xinyu?Zhang教授對(duì)同頻同時(shí)全雙工Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了無線網(wǎng)絡(luò)容量的理論分析，研究結(jié)果表明如果不能設(shè)計(jì)有效的全雙工MAC協(xié)議，全雙工無線網(wǎng)絡(luò)容量甚至比傳統(tǒng)半雙工網(wǎng)絡(luò)容量更低。該研究結(jié)果也進(jìn)一步表明，要將全雙工無線通信技術(shù)應(yīng)用推廣到無線網(wǎng)絡(luò)中，必須從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的角度出發(fā)，靈活運(yùn)用同頻同時(shí)全雙工無線通信技術(shù)。

速率自適應(yīng)是無線網(wǎng)絡(luò)中鏈路層的重要傳輸優(yōu)化機(jī)制，其根據(jù)時(shí)變的信道狀態(tài)為每個(gè)待發(fā)送報(bào)文選擇最優(yōu)的物理層發(fā)送速率，即調(diào)制與編碼方案(modulation?and?coding?scheme，簡稱MCS)，進(jìn)而優(yōu)化傳輸性能。目前，速率自適應(yīng)機(jī)制主要可分為兩類：閉環(huán)和開環(huán)。在閉環(huán)速率自適應(yīng)機(jī)制中，接收方將其接收信道質(zhì)量或最佳接收速率顯式地反饋給發(fā)送方，發(fā)送方根據(jù)接收到的反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送速率；在開環(huán)速率自適應(yīng)機(jī)制中，發(fā)送方根據(jù)探測(cè)的信道質(zhì)量或歷史統(tǒng)計(jì)信息估計(jì)當(dāng)前的最佳發(fā)送速率。閉環(huán)速率自適應(yīng)機(jī)制需要收發(fā)雙方緊密協(xié)作，不同生產(chǎn)廠商的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間彼此很難兼容。因此在實(shí)際使用中，廣泛采用的都是開環(huán)速率自適應(yīng)機(jī)制。

速率與模式(雙工模式與MIMO模式)的聯(lián)合自適應(yīng)問題是一個(gè)典型的探索與利用問題。無線信道具有高度的時(shí)變特性，在通常情況下不具有穩(wěn)定的概率統(tǒng)計(jì)特征，因此不適用于經(jīng)典的靜態(tài)Multi-Armed?Bandit學(xué)習(xí)方法。

因此，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：由于數(shù)據(jù)傳輸速率、MIMO模式以及雙工模式聯(lián)合自適應(yīng)選擇的解搜索空間大、算法收斂時(shí)間長，導(dǎo)致頻譜效率低及系統(tǒng)容量小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于模式與速率自適應(yīng)選擇的全雙工無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，有效提升頻譜資源利用率，增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于模式與速率自適應(yīng)選擇的全雙工無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，在下一幀數(shù)據(jù)傳輸前，確定包含調(diào)制與編碼方案、多入多出模式、雙工模式的最佳組合，所述下一幀數(shù)據(jù)根據(jù)所述最佳組合確定的參數(shù)進(jìn)行傳輸。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：

前期的研究結(jié)果(Journal?of?Software，2015，26(1)：98-108)表明，基于非靜態(tài)Multi-Armed?Bandit學(xué)習(xí)方法可以很好地解決IEEE?802.11n中速率、MIMO模式以及信道寬度的自適應(yīng)選擇問題。在該研究成果的基礎(chǔ)之上，本發(fā)明方法首先設(shè)計(jì)了MCS、MIMO模式和雙工模式組合的報(bào)酬函數(shù)，并基于分類回歸樹分別設(shè)計(jì)了MCS、MIMO模式以及雙工模式預(yù)測(cè)算法，進(jìn)一步解決了速率、MIMO模式以及雙工模式聯(lián)合自適應(yīng)選擇的解空間較大、收斂速度較慢的問題，提升了算法的實(shí)用性和可行性。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于模式與速率自適應(yīng)選擇的全雙工無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法工作原理圖。

具體實(shí)施方式