阅读说明：本技术 实现网络负载动态分配的无线通信系统 (Wireless communication system for realizing network load dynamic distribution ) 是由 张亦居 李金喜 杨志明 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种实现网络负载动态分配的无线通信系统,包括信道负载估计模块、信道负载估计评估模块和动态网络负载阈值调整模块,信道负载估计模块用于实时对信道负载进行预估计,得到实时信道负载估计的真值；信道负载估计评估模块根据通信系统物理层业务数据的统计信息计算出信道负载估计的真值的置信率,再对信道负载估计的真值进行调整,得到当前的信道负载估计值；动态网络负载阈值调整模块综合当前的信道负载估计值与当前节点各个优先级的发送队列剩余等待发送包数量信息,动态调整低优先业务的网络负载阀值。本发明根据网络负载估计量和各业务的分布特性,动态调整各业务的网络负载阀值,提高航空自组织网络的业务吞吐量。(The invention discloses a wireless communication system for realizing dynamic distribution of network load, which comprises a channel load estimation module, a channel load estimation evaluation module and a dynamic network load threshold value adjustment module, wherein the channel load estimation module is used for pre-estimating the channel load in real time to obtain a true value of real-time channel load estimation; the channel load estimation evaluation module calculates the confidence rate of the true value of the channel load estimation according to the statistical information of the service data of the physical layer of the communication system, and then adjusts the true value of the channel load estimation to obtain the current channel load estimation value; and the dynamic network load threshold value adjusting module integrates the current channel load estimated value and the number information of the remaining packets waiting to be transmitted of the transmission queue of each priority of the current node, and dynamically adjusts the network load threshold value of the low-priority service. According to the method, the network load threshold value of each service is dynamically adjusted according to the network load estimator and the distribution characteristics of each service, and the service throughput of the aviation self-organizing network is improved.)

实现网络负载动态分配的无线通信系统

技术领域

本发明属于航空自组织网络领域，涉及一种实现网络负载动态分配的无线通信系统。

背景技术

航空自组织网络不依赖于预设基础设施，其具有快速组网、扩展性好、自愈性强等特点，其中链路接入控制协议决定了自组织网络内各用户如何按需共享网络资源。统计优先级多址接入协议根据网络负载的忙闲程度以及不同特征的通信业务优先级需求，针对不同优先级的业务，设置相应业务的网络负载阀值，只有当网络负载估计值小于网络负载阀值时，才能够使用网络资源进行相应业务的传输。

网络负载动态分配是链路接入控制协议的重要组成部分之一。网络负载估计量是进行链路接入判断的依据，反映了航空自组织网络一定时间内占用资源的忙闲程度。因此，如何实时准确估计网络负载，直接影响高优先级业务接入一次成功率；同时由于各优先级业务分布不均匀，采用固定式网络负载阈值会导致低优先级业务进行长时间回退，降低了自组织网络内各用户的公平性。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种实现网络负载动态分配的无线通信系统，实现网络负载的实时动态估计和网络负载估计量置信度评估，实现基于业务特征的网络负载阀值动态调整；解决网络负载估计量的实时性和准确性；同时根据网络负载估计量和各业务的分布特性，动态调整各业务的网络负载阀值，提高航空自组织网络的业务吞吐量。

本发明的发明目通过以下技术方案实现：

一种实现网络负载动态分配的无线通信系统，包括信道负载估计模块、信道负载估计评估模块和动态网络负载阈值调整模块；

信道负载估计模块用于实时对信道负载进行预估计，得到实时信道负载估计的真值；

信道负载估计评估模块根据通信系统物理层业务数据的统计信息计算出信道负载估计的真值的置信率，再对信道负载估计的真值进行调整，得到当前的信道负载估计值；

动态网络负载阈值调整模块综合当前的信道负载估计值与当前节点各个优先级的发送队列剩余等待发送包数量信息,在保证高优先级业务传输的前提下，动态调整低优先级业务的网络负载阀值。

优选地，信道负载估计模块通过以下程序步骤实现：

101)在无线通信系统上电完成初始化后，信道负载估计模块获取信道负载估计的相关参数作为状态转移矩阵中的元素；

102)统计通信系统物理层接收的数据包信息与链路层实际发送数据包信息，作为上一时刻的信道负载估计值；

103)通过状态方程预测当前发送时刻的实时信道负载预估计值，作为当前时刻信道负载估计的预测值x'(n)，即：

x'(n)＝A·x(n-1)，

其中A为状态转移矩阵，x(n-1)为上一时刻的信道负载估计。

104)利用协方差预测方程更新方程更新协方差校正值，再利用校正系数更新方程更新校正系数；

其中，协方差预测方程为：

P'(n)＝A·P(n-1)·A^T+Q(n-1)，

其中P`(n)为协方差校正值，Q为状态误差，P(n-1)为上一周期的协方差校正值；

校正系数更新方程为：

H(n)＝C·P'(n-1)·C^T·[C·P'(n-1)C^T+R]^-1，

其中，H(n)为校正系数，C为观测矩阵，R为观测误差；

105)利用修正方程、更新后的当前时刻的校正系数H(n)、当前时刻信道负载估计的预测值x'(n)以及当前时刻信道负载的网络层观测值y(n)，得出修正值，将其作为实时信道负载估计的真值；

其中，修正方程为x(n)＝x'(n)+H(n)·[y(n)-C·x'(n)]。

优选地，信道负载估计评估模块通过以下程序步骤实现：：

201)统计通信系统物理层业务数据信息；

202)分析网络层观测值与物理层观测值的差异性从而得出信道负载估计值的置信率；

203)根据置信率调整实时信道负载估计的真值，得到当前的信道负载估计值。

优选地，动态网络负载阈值调整模块通过以下程序步骤实现：

301)统计当前通信网络的收发数据包数量以及当前节点的各个优先级的发送队列剩余等待发送包数量；

302)根据当前的信道负载估计值判断当前节点是否存在因发送队列中存在大量低优先级的数据包而造成网络拥塞现象；

303)如若低优先级的数据包出现拥塞现象，则检测其上一优先级的剩余等待发送包数量；

304)若上一优先级的剩余等待发送包数量为零时，则动态调整当前优先级的阈值；

305)实时检测该优先级的拥塞状况，如已经没有拥塞情况时，将该优先级的阈值调整回原阈值状态；

按照一定间隔周期重复步骤301至步骤305。

发明效果

与现有技术相比较，本专利具有如下特点：

1)能够快速及时的更新当前通信网络中的信道负载情况，从而避免或降低数据包碰撞以及重复发送过程，同时保证高优先级的包以较低的时延和较高的接入成功率发射；

2)能够综合通信网络中的信道负载情况与各个优先级的发送队列等待发送包数量信息，在保证高优先级数据包传输的前提下，动态调整拥塞数据包的优先级阈值，减少了低优先级的数据包进行不必要的回退，提高了系统的公平性。

附图说明

图1通信网络信道负载估计流程图。

图2通信网络信道负载估计评估流程图。

图3动态调整优先级阈值策略流程图。

图4为实现网络负载动态分配的无线通信系统的结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明

本实施例所示的一种实现网络负载动态分配的无线通信系统，包括信道负载估计模块、信道负载估计评估模块和动态网络负载阈值调整模块。

信道负载估计模块通过状态方程实时对信道负载进行预估计，再利用上一时刻物理层观测的实际信道负载对信道负载的预估计进行修正，从而计算出修正后的信道负载估计值，最后结合周期性的网络层观测值对修正后的信道负载估计进行校正，实时信道负载估计的真值。参阅图1所示。信道负载估计模块通过以下主要步骤计算出实时信道负载估计的真值：

101)在无线通信系统上电完成初始化后，信道负载估计模块获取信道负载估计的相关参数作为状态转移矩阵中的元素，如无线通信系统的通信模式、速率等与发射负载门限有关。

102)统计通信系统物理层接收的数据包信息与链路层实际发送数据包信息，作为上一时刻的信道负载估计值。

103)通过状态方程预测当前发送时刻的实时信道负载预估计值，作为当前时刻信道负载估计的预测值x'(n)，即：

x'(n)＝A·x(n-1)，

其中A为状态转移矩阵，x(n-1)为上一时刻的信道负载估计。

104)利用协方差预测方程更新方程更新协方差校正值，再利用校正系数更新方程更新校正系数。

其中，协方差预测方程为：

P'(n)＝A·P(n-1)·A^T+Q(n-1)，

其中P`(n)为协方差校正值，Q为状态误差，P(n-1)为上一周期的协方差校正值。

校正系数更新方程为：

H(n)＝C·P'(n-1)·C^T·[C·P'(n-1)C^T+R]^-1，

其中，H(n)为校正系数，C为观测矩阵，R为观测误差。

105)利用修正方程、更新后的当前时刻的校正系数H(n)、当前时刻信道负载估计的预测值x'(n)以及当前时刻信道负载的网络层观测值y(n)，得出修正值，将其作为实时信道负载估计的真值。

其中，修正方程为x(n)＝x'(n)+H(n)·[y(n)-C·x'(n)]。

信道负载估计评估模块设计如图2所示。根据通信系统物理层业务数据的统计信息计算出信道负载估计的真值的置信率，再对信道负载估计的真值进行调整，其具体步骤如下：

201)统计通信系统物理层业务数据信息；

202)分析网络层观测值与物理层观测值的差异性从而得出信道负载估计值的置信率；

203)根据置信率调整实时信道负载估计的真值，得到当前的信道负载估计值。

动态网络负载阈值调整模块设计如图3所示。综合当前的信道负载估计值与当前节点各个优先级的发送队列剩余等待发送包数量信息，动态调节各个发射优先级的阈值，提高航空自组织网络的业务吞吐量，其具体步骤如下：

301)统计当前通信网络的收发数据包数量以及当前节点的各个优先级的发送队列剩余等待发送包数量；

302)根据当前的信道负载估计值判断当前节点是否存在因发送队列中存在大量低优先级的数据包而造成网络拥塞现象；

303)如若低优先级的数据包出现拥塞现象，则检测其上一优先级的剩余等待发送包数量；

304)若上一优先级的剩余等待发送包数量为零时，则动态调整当前优先级的阈值；

305)实时检测该优先级的拥塞状况，如已经没有拥塞情况时，将该优先级的阈值调整回原阈值状态；

按照一定间隔周期重复步骤301至步骤305。