一種基于概率論建立數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)傳輸誤包率測算方法
【專利摘要】一種基于概率論建立數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)傳輸誤包率測算方法，本發(fā)明屬于信息【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸誤包率的計算方法。解決當(dāng)多個干擾源在期望數(shù)據(jù)包傳輸過程中開始發(fā)送干擾數(shù)據(jù)包時，由于它們與期望數(shù)據(jù)包定時關(guān)系的不確定性，通過現(xiàn)有計算方法很難給出期望數(shù)據(jù)包各個時間段與干擾數(shù)據(jù)包碰撞情況的問題。本發(fā)明通過利用概率論原理建立一個改進(jìn)的包碰撞模型，通過按照碰撞情況將期望數(shù)據(jù)包分段，再通過計算各分段的平均長度和誤碼率得到被干擾節(jié)點(diǎn)的誤包率或者平均誤包率。本發(fā)明用于計算IEEE802.15.4g標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的SUN內(nèi)部節(jié)點(diǎn)干擾中的誤包率。
【專利說明】一種基于概率論建立數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)傳輸誤包率測算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信息【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于概率論建立數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)傳輸誤包率測算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]智能電網(wǎng)是一種融合了電力、控制和通信技術(shù)的復(fù)雜而又精細(xì)的系統(tǒng)，它能夠監(jiān)測和優(yōu)化從發(fā)電站到終端用戶的整個電力傳輸服務(wù)。智能電網(wǎng)的一個主要特點(diǎn)是能夠?qū)﹄娔芎透鞣N數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時的雙向傳輸，從而使得電能供應(yīng)和用戶的需求達(dá)到平衡。與電力傳輸配套的、無處不在的通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的基礎(chǔ)。就目前通信技術(shù)發(fā)展情況來看，無線通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用電網(wǎng)智能化的必然選擇。為推動無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)信息接入與傳輸中的應(yīng)用，IEEE標(biāo)準(zhǔn)化組織成立專門的工作組——IEEE802.15.4g智能公用事業(yè)網(wǎng)(Smart UtilityNetwork, SUN)標(biāo)準(zhǔn)化工作組。該工作組所制定的新的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4g是一個針對大范圍智能控制應(yīng)用的全球網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其主要功能是通過較大地理范圍內(nèi)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時傳輸實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的檢測和控制。該標(biāo)準(zhǔn)定義了一種低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸速率、低成本的多跳無線網(wǎng)絡(luò)，其主要應(yīng)用場景是智能電網(wǎng)中的鄰域數(shù)據(jù)接入與傳輸網(wǎng)。
[0003]IEEE802.15.4g標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的SUN工作頻段是免許可的公共頻段，最典型的頻段是ISM2.4GHz頻段。在智能電網(wǎng)鄰域組網(wǎng)應(yīng)用中，SUN主要用于連接智能電表間的信息接入與傳輸，將一定地理范圍內(nèi)的智能電表組成無線多跳網(wǎng)絡(luò)。對于一種工作在免許可頻段上的新的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，研究其在公共頻段上與其他共存網(wǎng)絡(luò)的相互干擾特性以及其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)間的干擾特性是組網(wǎng)時必須考慮的問題。
[0004]一般通過數(shù)據(jù)包傳輸?shù)恼`包率(PER)、平均接收時間、平均傳輸時延以及網(wǎng)絡(luò)吞吐量來評價網(wǎng)絡(luò)的干擾特性，而網(wǎng)絡(luò)的PER性能也直接決定了吞吐量、時延等其他性能。因此，通過分析SUN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的PER特性，可以從理論上得出SUN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的干擾特性。通常在計算PER時，若一個數(shù)據(jù)包中至少存在一個錯誤比特，則稱其為一個差錯數(shù)據(jù)包。誤包率大小不僅與數(shù)據(jù)包傳輸?shù)恼`碼率有關(guān)也與數(shù)據(jù)包的長度有關(guān)。求系統(tǒng)誤包率的傳統(tǒng)方法可以用下面的式子表示
[0005]Ps=l-(l-Pb)L(l)
[0006]式中，Ps表示誤包率，Pb表示系統(tǒng)的誤碼率，L為數(shù)據(jù)包長度。該誤包率計算模型是一個非常粗糙的模型，在計算過程中只考慮了系統(tǒng)誤碼率特性，并沒有考慮兩個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包傳輸模式，因而并不能準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的誤包率性能。
[0007]基于數(shù)據(jù)包碰撞的誤包率模型，不僅考慮了系統(tǒng)的誤碼率特性，而且考慮兩個相互干擾的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)亩〞r關(guān)系，即數(shù)據(jù)包的平均碰撞時間。但是傳統(tǒng)的包碰撞模型在分析平均碰撞時間方面有很大的局限性，僅適用于分析存在單個干擾節(jié)點(diǎn)時數(shù)據(jù)包傳輸?shù)亩〞r關(guān)系，當(dāng)多個干擾源在期望數(shù)據(jù)包傳輸過程中開始發(fā)送干擾數(shù)據(jù)包時，由于它們與期望數(shù)據(jù)包定時關(guān)系的不確定性，因而很難給出期望數(shù)據(jù)包各個時間段與干擾數(shù)據(jù)包的碰撞情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有誤包率算法只考慮了系統(tǒng)誤碼率特性，沒有考慮兩個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包傳輸模式，不能準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的誤包率性能并且當(dāng)多個干擾源在期望數(shù)據(jù)包傳輸過程中開始發(fā)送干擾數(shù)據(jù)包時，由于它們與期望數(shù)據(jù)包定時關(guān)系的不確定性，通過現(xiàn)有計算方法很難給出期望數(shù)據(jù)包各個時間段與干擾數(shù)據(jù)包碰撞情況從而造成所設(shè)計的智能電網(wǎng)通信傳輸控制精度低的問題，而提供一種基于概率論建立數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)(SUN)傳輸誤包率測算方法，其具體方法按照以下步驟進(jìn)行: [0009]步驟A、建立SUN傳輸數(shù)據(jù)包碰撞模型，具體步驟如下:
[0010]步驟Al、建立SUN內(nèi)部干擾分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停?br> [0011]步驟A2、根據(jù)SUN接收機(jī)節(jié)點(diǎn)的最大通信范圍dmax確定能夠?qū)UN產(chǎn)生干擾的范圍；
[0012]步驟A3、基于SUN內(nèi)部干擾分析的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，建立k個干擾存在時干擾數(shù)據(jù)包傳輸和期望數(shù)據(jù)包傳輸?shù)陌鲎材Ｐ停?br> [0013]步驟B、基于數(shù)據(jù)包碰撞模型的誤包率的計算，具體步驟如下:
[0014]步驟B1、依據(jù)相同時間段內(nèi)期望數(shù)據(jù)包對應(yīng)的干擾數(shù)據(jù)包數(shù)量對期望數(shù)據(jù)包進(jìn)行分段；
[0015]步驟B2、通過概率論方法統(tǒng)計得到期望數(shù)據(jù)包各個碰撞分段的平均時間長度為:
——— I
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于概率論建立數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)傳輸誤包率測算方法，其具體步驟如下: 步驟A、建立數(shù)據(jù)包碰撞模型，具體步驟如下: 步驟Al、建立SUN內(nèi)部干擾分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停? 步驟A2、根據(jù)SUN接收機(jī)節(jié)點(diǎn)的最大通信范圍dmax確定能夠?qū)UN產(chǎn)生干擾的范圍；步驟A3、基于SUN內(nèi)部干擾分析的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，建立k個干擾存在時干擾數(shù)據(jù)包傳輸和期望數(shù)據(jù)包傳輸?shù)陌鲎材Ｐ停? 步驟B、基于數(shù)據(jù)包碰撞模型的誤包率的計算，具體步驟如下: 步驟B1、依據(jù)相同時間段內(nèi)期望數(shù)據(jù)包對應(yīng)的干擾數(shù)據(jù)包數(shù)量對期望數(shù)據(jù)包進(jìn)行分段； 步驟B2、通過概率論方法統(tǒng)計得到期望數(shù)據(jù)包各個碰撞分段的平均時間長度為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于概率論建立數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)傳輸誤包率測算方法，其特征在于步驟Al中建立SUN內(nèi)部干擾分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ途唧w為:①期望數(shù)據(jù)包從發(fā)射機(jī)Txv傳輸?shù)浇邮諜C(jī)Rxv,傳輸距離為dD； ②以發(fā)射機(jī)Txv為圓心的圓環(huán)表示該節(jié)點(diǎn)信號傳輸?shù)淖畲蠓秶? ③以接收機(jī)Rxv為圓心的圓環(huán)表示該節(jié)點(diǎn)的最大通信范圍； ④兩個最大范圍具有相同的半徑R= dmax ； ⑤SUN節(jié)點(diǎn)Txn，Txi2,Txik為整個網(wǎng)絡(luò)模型中的k個SUN干擾源節(jié)點(diǎn)； ⑥SUN干擾節(jié)點(diǎn)與被干擾SUN接收機(jī)Rxv之間的距離分別為dn，di2,..., dik ； ⑦SUN干擾節(jié)點(diǎn)與被干擾SUN接收機(jī)Rxv之間的距離dn= di2 =...= dik。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于概率論建立數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)傳輸誤包率測算方法，其特征在于步驟A2中SUN接收機(jī)節(jié)點(diǎn)的最大通信范圍Clmax通過計算得到: 結(jié)合SUN接收節(jié)點(diǎn)的接收靈敏度，采用IEEE臨界點(diǎn)路徑損耗模型確定SUN節(jié)點(diǎn)的最大通信距離d_，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于概率論建立數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)傳輸誤包率測算方法，其特征在于步驟A3中k個干擾存在時干擾數(shù)據(jù)包傳輸和期望數(shù)據(jù)包傳輸?shù)陌鲎材Ｐ途唧w為: ①系統(tǒng)內(nèi)部存在k個SUN干擾節(jié)點(diǎn)，它們到被干擾SUN接收機(jī)具有相同的距離； ②期望數(shù)據(jù)包傳輸時，每個干擾節(jié)點(diǎn)都以λ為發(fā)射概率發(fā)送干擾數(shù)據(jù)包，每個干擾數(shù)據(jù)包對應(yīng)一個SUN干擾節(jié)點(diǎn)，且干擾數(shù)據(jù)包和期望數(shù)據(jù)包具有相同的持續(xù)時間Ls ； ③各個干擾數(shù)據(jù)包傳輸開始時間相對于期望數(shù)據(jù)包起始時間的時間延遲服從[0，LJ上的均勻分布，這些時間延遲分別用A1, A2,...，Ak表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于數(shù)據(jù)包碰撞模型的智能公用事業(yè)網(wǎng)傳輸誤包率測算方法，其特征在于步驟Β2中通過概率論方法統(tǒng)計得到期望數(shù)據(jù)包各個碰撞分段的平均時間長度具體步驟為: ①根據(jù)干擾數(shù)據(jù)包相對于期望數(shù)據(jù)起始點(diǎn)時延的大小將干擾SUN數(shù)據(jù)包進(jìn)行重新排列，按時延從小到大的順序進(jìn)行排列； ②根據(jù)A1,A2,...，Ak在[0，LJ上服從均勻分布的特性，從概率統(tǒng)計的角度求期望數(shù)據(jù)包各碰撞分段Ctl, C1,, Ck的平均長度；其中，Ctl表示期望數(shù)據(jù)包沒有與干擾數(shù)據(jù)包碰撞的時間分段長度，C1表示期望數(shù)據(jù)包與一個干擾數(shù)據(jù)包碰撞的時間分段長度，以此類推，Ck表示期望數(shù)據(jù)包與全部k個干擾數(shù)據(jù)包碰撞的時間分段長度；首先求A1, A2,..., Ak中最大值的期望值，用Amax表示A1, A2,..., Ak中最大值，即Amax =max (A1, A2,, Ak)，則Amax的概率分布函數(shù)F4k (X)可表示為
【文檔編號】H04W24/06GK103702357SQ201310717712
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】陳舒怡, 馬若飛, 陳曉華, 孟維曉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)