[發(fā)明專利]一種用于優(yōu)先級無幀結(jié)構(gòu)的ALOHA協(xié)議的性能分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210332470.2
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114826986A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡雪蓮;范逸馨;樊聰;鄭靜
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L43/18
• 分類號: H04L43/18;H04W28/06;H04W74/08
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責(zé)任公司 61108
• 代理人: 張培勛

本發(fā)明公開了一種用于優(yōu)先級無幀結(jié)構(gòu)的ALOHA協(xié)議的性能分析方法，根據(jù)用戶對時延的需求程度將用戶分為不同優(yōu)先級，時延需求越高的用戶優(yōu)先傳輸分組，為滿足不同用戶的接入時延需求，同時降低性能分析系統(tǒng)的平均時延；進(jìn)一步，利用粒子群算法求解了優(yōu)先級的無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議的最佳時隙分配方案；該協(xié)議根據(jù)用戶對時延的需求程度將用戶分為不同優(yōu)先級，時延需求越高的用戶可以優(yōu)先傳輸分組。進(jìn)一步，利用粒子群算法求解了優(yōu)先級的無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議的最佳時隙分配方案。仿真驗證了提出的理論分析，同時證明了相比無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議，優(yōu)先級無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議的平均時延能夠降低50％左右，同時滿足用戶對時延的不同需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于優(yōu)先級無幀結(jié)構(gòu)的ALOHA協(xié)議的性能分析方法。

背景技術(shù)

隨機多址接入?yún)f(xié)議是解決訪問用戶如何高效共享一個公共信道的技術(shù)。ALOHA協(xié)議是由美國夏威夷大學(xué)開發(fā)的一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ALOHA采用的是一種隨機接入的信道訪問方式，處于OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層。它屬于隨機存取協(xié)議(Random Access Protocol)中的一種。時隙ALOHA(Slotted ALOHA)協(xié)議是對純ALOHA協(xié)議的一個改進(jìn)，思想是用時鐘來統(tǒng)一用戶的數(shù)據(jù)發(fā)送。改進(jìn)之處在于，它把頻道在時間上分段，每個傳輸點只能在一個分段的開始處進(jìn)行傳送。用戶每次必須等到下一個時間片才能開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每次傳送的數(shù)據(jù)必須少于或者等于一個頻道的一個時間分段。這樣很大的減少了傳輸頻道的沖突。從而避免了用戶發(fā)送數(shù)據(jù)的隨意性，減少了數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突的可能性，提高了信道的利用率。時隙ALOHA是典型的隨機多址接入?yún)f(xié)議之一，被廣泛應(yīng)用在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)中。然而，由于用戶隨機傳輸分組，當(dāng)接入用戶數(shù)目較高時，時隙內(nèi)分組產(chǎn)生碰撞的概率較高，產(chǎn)生碰撞的分組無法進(jìn)行譯碼會被丟棄，碰撞的分組在之后的時隙重新傳輸，這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)的吞吐量時延等性能下降。1983年，Choudhury等人提出了DSA(Diversity Slotted ALOHA)協(xié)議，通過在不同時隙內(nèi)傳輸兩次相同的分組能夠減少分組重傳次數(shù)，降低用戶時延，提高系統(tǒng)吞吐量。然而，雖然通過同一個分組傳輸2次的方式可以減少分組重傳次數(shù)，但是會增加時隙內(nèi)分組碰撞概率，串行干擾消除技術(shù)(SIC)通過將接收的信號按其強度從大到小進(jìn)行排隊，然后用戶被依次解擴。一旦某個信號被檢出，接收機將對該信號重構(gòu)，再把它從接收信號中消除，從而減少對剩余信號的干擾，可以有效解決時隙ALOHA中時隙內(nèi)多個分組碰撞不能譯碼的問題，提高系統(tǒng)容量。2007年，Casini等人提出了CRDSA協(xié)議，首次將SIC技術(shù)應(yīng)用在S-ALOHA中，通過發(fā)端在傳輸周期內(nèi)重復(fù)發(fā)送2次分組，接收端應(yīng)用SIC技術(shù)對接收的分組進(jìn)行譯碼的方式有效解決了時隙內(nèi)分組碰撞不能譯碼的問題，減少了分組重傳帶來的時延，大幅度提高了系統(tǒng)性能。SIC技術(shù)在S-ALOHA協(xié)議中的應(yīng)用極大地改變了隨機多址接入?yún)f(xié)議的性能，推動了基于SIC的S-ALOHA協(xié)議的發(fā)展和研究，這些協(xié)議統(tǒng)稱幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議。相比DSA協(xié)議，幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議可以大幅度提高系統(tǒng)吞吐量，但是由于串行干擾技術(shù)的引入，接受端的譯碼復(fù)雜度增加。2013年，Stefanovic等人首次將無速率碼的思想應(yīng)用到S-ALOHA協(xié)議的研究中，在幀結(jié)構(gòu)ALOHA的基礎(chǔ)上提出了無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議。在無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議中，傳輸周期根據(jù)基站即時反饋的譯碼情況變化，相比于幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議，無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議可以減少時隙資源的浪費，提高信道利用率。基于無幀結(jié)構(gòu)ALOHA傳輸周期靈活性，大量基于無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議的系統(tǒng)性能分析被相繼提出，這些研究大部分集中在對系統(tǒng)吞吐量的提升，鮮有關(guān)于無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議時延性能的研究分析。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明實施例提供一種用于優(yōu)先級無幀結(jié)構(gòu)的ALOHA協(xié)議的性能分析方法，在無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了一種優(yōu)先級的無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議，通過將用戶分優(yōu)先級的方式可以滿足不同用戶的接入時延需求，同時降低系統(tǒng)的平均時延。本發(fā)明給出了優(yōu)先級無幀結(jié)構(gòu)ALOHA協(xié)議性能的理論分析并進(jìn)行了仿真驗證。同時，為了得到在滿足高優(yōu)先級用戶時延需求的同時保證系統(tǒng)性能較優(yōu)的時隙分配方案，本發(fā)明提出了基于粒子群(PSO)的時隙分配方法。