預測網絡擁塞程度并將鏈路接入信道的方法及設備技術

本公開的實施例公開了一種預測網絡擁塞程度并將鏈路接入信道的方法，包括：多個新的鏈路在同時接入到具有至少一個已有鏈路的共享信道之前，每個所述新鏈路的發射機在所述共享信道上同時發送各自的探測信號；根據已有鏈路對所述探測信號的探測功率的響應，確定每個新的鏈路的第一信干比；以及基于所確定的每個新的鏈路的第一信干比，來預測當所有新的鏈路和已有鏈路在所述共享信道上同時傳輸數據時的網絡擁塞程度，并根據所預測的網絡擁塞程度來確定是否將所述多個新的鏈路同時接入到所述共享信道中。

Method and apparatus for predicting network congestion level and link access channel

The disclosed embodiment discloses a prediction of the degree of network congestion and link channel access method, which comprises: a plurality of new links before and access to the shared channel has at least one existing link transmitter, each of the new shared link in the channel at the same time sending detection signal respectively; according to the response to the link to the detection power of the detection signal, determining the first letter of each new link and dry; and based on the first letter of each of the new link and dry, to predict when all new and existing link link shared channel and transmission network congestion when the data in the and, according to the degree of network congestion prediction to determine whether the number of new links and access to the shared channel.

【技術實現步驟摘要】
預測網絡擁塞程度并將鏈路接入信道的方法及設備
本公開的實施例涉及無線通信領域，并更為具體地涉及一種預測網絡擁塞程度并將鏈路接入信道的方法及設備。
技術介紹
具有全局資源重用能力的網絡密集化被認為是5G技術不可替代的解決方案之一。超密集網絡(UDN)被寄望于能夠容納具有不同服務質量(QoS)要求的多種鏈路，這種QoS要求的多樣性是由應用需求的多樣性所決定的。實際上，網絡密集化是網絡不斷擴展空間復用能力的過程，其設計目的是在同一信道中激活盡可能多的鏈路并為所有運行的鏈路分配適當的功率量，使得各個鏈路的信干噪比(SINR)不低于他們各自所要求的閾值。在工程實踐中，較短的激活持續時間往往是必須的。可允許的激活過程的時間長度通常是由相互重疊的無線鏈路的動態性和不穩定性所決定的，這種動態性和不穩定性是由衰落、陰影效應、移動性以及網絡拓撲的時變性所導致的。為了這個目的，實際的網絡密集化是通過以成組的方式激活可行并滿足要求的并發傳輸鏈路來實現的。在密集化過程中網絡擁塞預測設計是必須的，其用于校驗當多個新的用戶被添加到系統中時是否存在可行的功率分配方案。通過利用預測結果，網絡可以做出滿足非侵入式先決條件的正確接入決定。相應地，擴展后的網絡總能夠遵循一定的功率分配，以確保當以優選的SINR水平激活所有新的鏈路的傳輸時，所有在相同信道中已激活鏈路的SINR都保持有不小于它們各自被預先分配的目標SINR值。傳統的網絡擁塞預測方式是基于單鏈路(single-link)的探測方法，即，以逐一的方式通過一系列的單鏈路探測來執行信道探測。然而，這存在隨著待添加至信道的候選鏈路數目的增加而不可避免地會延長探測周期的問題。
技術實現思路
為了解決上述問題，本公開提出了一種分布式的預測網絡擁塞程度并將鏈路接入信道的方法。該方法可用于實現網絡密集化過程，以通過成組地在同一個信道中自動添加鏈路的方式，使得網絡朝具有更高的空間復用能力方向擴展。每個鏈路組包含有多個鏈路。本專利技術的基本理念在于一種分布式的算法，其使用本地測量結果來驗證一組新的鏈路接入共享信道的可允許性。本公開提出的分布式網絡擁塞預測方法通過允許包含多個鏈路(multiple-link)的鏈路組在同一時間段中同時執行信道探測來實現快速網絡擴展，而不是通過一系列的單鏈路探測來執行信道探測，如上所述，單鏈路探測的探測周期會隨著增加的候選鏈路數目而不可避免地延長。本公開所提出的方案允許新加入的鏈路發射機能夠發送各自的探測信號，每個探測信號的功率在一個子時間段期間保持恒定，并以迭代方式跨子時間段變化。在一個子時間段期間，對于探測鏈路所引發的刺激性干擾，每個活動鏈路根據精巧設計的規則以迭代方式作出功率響應，即，僅根據自身的目標SINR與本地信干比(SIR)的比值來更新其傳輸功率。在與活動鏈路相關聯的迭代穩定之后，每個新的鏈路的發射機采取與活動鏈路類似的方式，計算各自的目標SINR與本地SIR的比值。所得的與所有新的鏈路相關聯的比值通過數據融合，可以生成兩個可收斂到一個恒定值的序列。這個恒定值等同于干擾矩陣的譜半徑(spectralradius)，其可以用來衡量當所有新的鏈路和已有鏈路在同一共享信道上同時傳輸數據時的網絡擁塞程度。可以證明的是，其中一個序列是單調遞減，其可以作為譜半徑的上界值；另一個是單調遞增，其可以作為譜半徑的下界值。因此，一旦兩個序列之一跨過已知的閾值，則新的鏈路可以快速檢驗該譜半徑是否大于或小于1，這能顯著地加快了驗證新鏈路接入共享信道可行性的探測過程。本公開考慮到網絡密集化過程，網絡密集化是通過以成組的方式激活可行的、且符合QoS需求的共存的傳輸鏈路來實現的。以高頻譜效率運行的活動網絡希望以相互重疊(underlaid)的方式來共享共用的無線信道。如圖1所示，一個活動的網絡在同一個信道中已經容納有由{1,2,…,L}標識的L個相互干擾的鏈路，其能支持每個鏈路具有在其目標信干噪比(SINR)水平之上的工作SINR。由{L+1,L+2,…,L+K}標識的K個鏈路的鏈路組為新加入到該活動網絡的鏈路組。盡管新加入的鏈路組期望以其自身優選的SINR水平來接入該同一個信道中，但該活動網絡僅僅接受非侵入式(noninvasive)的鏈路，使得包括了新的鏈路的擴展后的網絡仍然能夠滿足之前的活動鏈路保護(ActiveLinkProtection,ALP)的先決條件。因此，新的鏈路需要首先預測網絡的擁塞程度，以此校驗網絡擴展的可行性。根據前述規則，可以成組方式順序地允許新的非侵入式的鏈路疊加在與活動網絡共享的同一信道上，直到擴展后的網絡達到其臨界點。本公開提出了分布式網絡擁塞預測方法。這種自主式算法的核心思想在于如何校驗一個包含各種SINR目標值的可行性等價條件。網絡密集化中的網絡擁塞預測問題考慮到由以成組的方式激活可行的并且符合QoS需求的并發傳輸鏈路而實現網絡密集化過程。活動網絡希望以相互重疊的方式共享同一無線信道。如圖1所示，在同一信道中活動網絡已經容納有由{1,2,…,L}標識的L個干擾鏈路，支持每個鏈路具有在其目標SINR水平之上的SINR水平。由{L+1,L+2,…,L+K}標識的包含K個鏈路的鏈路組作為加入到該活動網絡的新的鏈路組。盡管新的鏈路組期望以其優選地SINR接入同一信道，但活動網絡只接受非侵入式的鏈路，以使得包括了新的鏈路的擴展后的網絡仍然滿足之前的活動鏈路保護的先決條件。因此，針對新的鏈路，需要首先預測網絡擁塞程度，網絡擁塞程度表示了網絡擴展的可行性。根據該可行性條件，新的非侵入式鏈路可以成組地順序被允許，添加到與活動網絡共享的同一信道中，直到擴展的網絡達到其臨界點。下面對上述可行性條件進行詳細地說明。可行性條件(Feasibilitycondition)：我們稱一個網絡的L+K個鏈路在同一時頻資源上傳送數據是可行的，當且僅當存在非負功率矢量p＝[p1p2…pL+K]T以使得下列的不等式組成立時：其中：pl表示鏈路l的傳輸功率；βl表示鏈路l的目標SINR；Glk表示從鏈路k的發射機到鏈路l的接收機的信道增益；nl表示在鏈路l的接收機處的背景噪聲的功率，其中包含了熱噪聲以及由外部鏈路引起的干擾的總效應。該可行性條件可以表示為如下矩陣的形式其中●≥和＞表示按各個分量方向的比較；●β＝[β1β2…βL+K]T；●diag(·)表示由矢量分量形成的對角矩陣，其對角線上元素依次等于所述矢量的各個分量；●ο表示Schur乘積運算；●●n＝[n1n2…nL+K]T；●F表示(L+K)×(L+K)的矩陣,表示跨信道干擾,并且在數學上，保證可行性條件有效的充要條件可以表示為：Feasibilitycondition:ρ(A)＜1其中Α＝diag(βοv)F并且ρ(·)表示非負矩陣的譜半徑，即Perron-Frobenius特征值。因此，ρ(Α)可以被視為反應即將出現的由L+K個鏈路組成的網絡的擁塞程度。具體來說，當ρ(Α)≥1時，網絡是擁塞的，反之，網絡為不擁塞的。網絡擁塞預測并非要預測ρ(Α)的值，而是校驗ρ(Α)＜1這一條件成立與否。值得注意的是，當具有L個鏈路的已有網絡展現出下列情況時：ρ(diag(βLοvL)FL)≥1其中●βL＝[β1β本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種預測網絡擁塞程度并將鏈路接入信道的方法，包括：多個新的鏈路在同時接入到具有至少一個已有鏈路的共享信道之前，每個所述新鏈路的發射機在所述共享信道上同時發送各自的探測信號；根據已有鏈路對所述探測信號的探測功率的響應，確定每個新的鏈路的第一信干比；以及基于所確定的每個新的鏈路的第一信干比，來預測當所有新的鏈路和已有鏈路在所述共享信道上同時傳輸數據時的網絡擁塞程度，并根據所預測的網絡擁塞程度來確定是否將所述多個新的鏈路同時接入到所述共享信道中。

【技術特征摘要】
1.一種預測網絡擁塞程度并將鏈路接入信道的方法，包括：多個新的鏈路在同時接入到具有至少一個已有鏈路的共享信道之前，每個所述新鏈路的發射機在所述共享信道上同時發送各自的探測信號；根據已有鏈路對所述探測信號的探測功率的響應，確定每個新的鏈路的第一信干比；以及基于所確定的每個新的鏈路的第一信干比，來預測當所有新的鏈路和已有鏈路在所述共享信道上同時傳輸數據時的網絡擁塞程度，并根據所預測的網絡擁塞程度來確定是否將所述多個新的鏈路同時接入到所述共享信道中。2.根據權利要求1所述的方法，其中在多個新的鏈路同時接入到具有至少一個已有鏈路的共享信道之前，每個所述新鏈路的發射機在所述共享信道上同時發送各自的探測信號包括：在第一探測時間段的開始時刻，每個新的鏈路的發射機分別同時確定所發送的探測信號的探測功率，其中所述探測功率在所述第一探測時間段內保持不變。3.根據權利要求1所述的方法，其中根據已有鏈路對所述探測信號的探測功率的響應，確定每個新的鏈路的第一信干比包括：每個已有鏈路的發射機根據各自接收機所測量到的第二信干比和對應的第二目標信干噪比，隨時間更新每個已有鏈路傳輸數據的第二功率值；當所述第二信干比到達恒定值時，基于每個已有鏈路傳輸數據的第二功率值和所述探測功率的值，確定每個新的鏈路中的所述第一信干比；并且每個新的鏈路的發射機根據所確定的第一信干比和第一目標信干噪比，來更新將用于在隨后的第二探測時間段內的探測功率。4.根據權利要求1所述的方法，其中基于所確定的每個新的鏈路的第一信干比，來預測當所有新鏈路和已有鏈路在所述共享信道上同時傳輸時的網絡擁塞程度，并根據所預測的網絡擁塞程度來確定是否將所述多個新的鏈路同時接入到所述共享信道中包括：在探測時間段的結束時刻，基于每個新鏈路的第一目標信干噪比和其第一信干比，確定當所有新鏈路和已有鏈路在所述共享信道上同時傳輸時的干擾矩陣的譜半徑的上界值和下界值，并且當所述干擾矩陣的譜半徑的上界值小于1時，允許將所述多個新的鏈路同時接入到所述信道中；當所述干擾矩陣的譜半徑的下界值大于等于1時，拒絕將所述多個新的鏈路同時接入到所述信道中；當所述干擾矩陣的譜半徑的上界值大于等于1且下界值小于1時，所有新鏈路在第二探測時間段內采用更新后的探測功率進一步精確預測當所有新鏈路和已有鏈路在所述共享信道上同時傳輸時的網絡擁塞程度，重新確定是否將所述多個新的鏈路同時接入到所述信道中。5.根據權利要求3所述方法，其中每個已有鏈路的發射機根據各自接收機所測量到的第二信干比和對應的第二目標信干噪比，隨時間更新每個已有鏈路傳輸數據的第二功率值包括：每個已有鏈路的發射機在下一時刻的第二功率值是其當前時刻的第二功率值與對應的第二目標信干噪比和其接收機在當前時刻所測量到的第二信干比的比值的乘積。6.根據權利要求3所述方法，其中每個新的鏈路的發射機根據所確定的第一信干比和所述第一目標信干噪比，來更新將用于在隨后的第二探測時間段內的探測功率包括：每個新的鏈路在第二探測時間段內的探測功率是第一探測時間段內的探測功率與其第一目標信干噪比和其第一信干比的比值的乘積。7.根據權利要求4所述的方法，其中在探測時間段的結束時刻，基于每個新鏈路的第一目標信干噪比和其第一信干比，確定所述干擾矩陣的譜半徑的上界值和下界值包括：每個新鏈路分別計算相對應的第一目標信干噪比和第一信干比的比值，其中所述比值中的最大值作為所述干擾矩陣的譜半徑的上界值，所述比值中的最小值為所述干擾矩陣的譜半徑的下界值。8.根據權利要求1所述的方法，還包括：為所有同時接入到所述共享信道中的多個新的鏈路和已有鏈路重新分配功率，以使得每個鏈路的工作信干噪比都分別...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭海友，佘鋒，
申請(專利權)人：上海貝爾股份有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31