CN109412759A - 基于有限反馈的骨干网传输方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于有限反馈的骨干网传输方法，骨干链路的发送端根据设置的当前循环前缀长度组帧发送信号至该骨干链路对应的接收端；接收端对当前帧是否为本次传输的结束帧进行判断，如果当前帧是结束帧，则接收端在接收完本帧信号后结束本次传输；如果当前帧非结束帧，则接收端在正常处理本帧信号后对接收信号的信号质量参数进行统计，接收端根据信号质量参数的统计值情况反馈相应的信号给发送端，发送端根据循环前缀步长设定准则完成对当前循环前缀长度的调整。本方法具有复杂度低、收敛速度快、自适应能力强的特点，可快速调整循环前缀至最佳长度，从而降低网络***额外开销，大幅的提高网络***传输效率。

Description

基于有限反馈的骨干网传输方法
技术领域
本发明涉及宽带自组网的无线信号处理技术领域，尤其涉及一种基于有限反馈的骨干网传输方法。
背景技术
随着数据通信与多媒体业务需求的发展，对网络传输的速度提出了更多的挑战。在现有通信网络中，4G、5G以及WLAN等技术在很大程度上满足了现有移动场景以及固定场景下的通信需求，给人们带来更加良好的体验。
但在如森林消防、地震救灾等部分远离公网覆盖或公网瘫痪场景下，必须依靠自主网快速构建骨干网络，为接入节点提供可靠的通信支持。传统的自主网的组网方式，设备之间通信只能通过单一的节点，信号容易受到障碍物阻隔，覆盖范围有限，并且容易受到干扰，一旦发生故障，必须要手动设置恢复网络，因此传统的无线网络对于城市和山地地形的覆盖有着很大的局限性。
而在无线Mesh网络中，所有的节点都互相连接，每个节点拥有多条连接通道，当某一条线路堵塞或者无响应时，无线Mesh网络可以根据情况选择其他的线路进行数据转播，任何一个节点故障都不影响网络的访问，可靠性非常高；并且网络发生故障时可自动修复，确保通信网络高速流畅。但是在城市或山地部署的无线Mesh通信***中，由于通信地面站天线波束较宽，受地物、地貌等诸多因素的影响，使接收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电磁波，这种现象就是多径效应。这些不同路径到达的电磁波射线相位不一致且具有时变性，导致接收信号呈衰落状态；这些电磁波射线到达的时延不同，又导致码间干扰。为对抗在城市、山地等复杂地形中存在的多径衰落效应，无线Mesh网络中通常采用基于循环前缀的多载波传输体制。以100Mbps的传输链路为例，为对抗4us的多径时延，需要引入循环前缀长度400bit，当帧长为1024bit时，传输效率仅为71％。当传输速率提高或者多径时延加大时，传输效率将近一步下降。
为提高传输效率，最直接的方式就是增加帧的长度。然而增加帧长将导致处理复杂度和传输延时的同步提升。此外，为弥补定时同步误差而预留的额外长度的循环前缀将进一步降低了***的效率。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于有限反馈的骨干网传输方法，实现骨干链路中循环前缀长度的按需调整，实现***传输效率的有效提升。
为实现本发明的技术目的，采用以下技术方案：
一种基于有限反馈的骨干网传输方法，包括以下步骤：
S1.骨干网初始化；
S2.设置当前循环前缀长度，骨干链路的发送端根据当前循环前缀长度组帧发送信号至该骨干链路对应的接收端；
S3.接收端判断当前帧是否为本次传输的结束帧，如果是，则接收端在接收完本帧信号后跳转至S6；如果非结束帧，则接收端在接收完本帧信号后继续执行S4；
S4.确定信号质量参数，设定单位统计区间，计算接收端在当前单位统计区间内信号质量参数的统计值；
S5.接收端根据当前单位统计区间内信号质量参数的统计值情况反馈相应信号给发送端，发送端根据循环前缀步长设定准则调整当前循环前缀长度，跳转至S2；
S6.骨干链路的发送端、接收端结束本次传输。
本发明S1是在进行信号传输之前对骨干网进行初始化。骨干网由若干骨干节点以及骨干链路组成，骨干网络使用默认的循环前缀长度进行初始化，骨干网的网络拓扑结构在初始化过程中确定。
本发明S3中接收端根据帧头信息，判断当前帧是否为本次传输的结束帧。
本发明S4中信号质量参数为误帧率或误码率。单位统计区间为设定的单位时间长度或者设定的帧数目。
本发明S5的实现方法如下：设定统计值的上门限值和下门限值，当S4中计算得到的统计值高于上门限值时，由接收端通过骨干链路的反向链路反馈2比特信息“01”至骨干链路的发送端，发送端根据循环前缀步长设定准则，增加或保持当前循环前缀长度，跳转至S2；当统计值小于下门限值时，由接收端通过骨干链路反向链路反馈2比特信息“00”至发送端，发送端根据循环前缀步长设定准则，减小或保持当前循环前缀长度，跳转至S2；当统计值处于上门限值和下门限值的区间范围内，由接收端通过骨干链路反向链路反馈2比特信息“11”至发送端，发送端保持当前循环前缀长度不变，跳转至S2。其中上门限值和下门限值根据不同业务类型的QoS需求设定。循环前缀步长设定准则是固定步长准则或者变长准则。其中固定步长准则是指每次增加或减少相同的长度，变长准则是指每次增加或减少的长度是不固定的，可以是指数型的或者随机数。所述的S5中循环前缀长度x的默认值为L，循环前缀长度可以调整的范围为L/32≤x≤L。
与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：
本发明依据骨干链路中接收端信号质量参数的统计信息，利用接收端和发送端节点间的反向链路，可以构建具备反馈链路的自适应循环前缀传输***。具体地，本发明采用2bit反馈方式，对骨干节点的发送端的循环前缀长度进行自适应调整。本方法具有复杂度低、收敛速度快、自适应能力强的特点，可快速调整循环前缀至最佳长度，从而降低网络***额外开销，大幅的提高网络***传输效率。
附图说明
图1所示为本发明的流程图；
图2所示为本发明一实施例的应用场景示意图；
图3所示为本发明一实施例其帧结构示意图；
图4所示为本发明一实施例初始化完成后的网络拓扑示意图；
图5所示为图4所示实施例其骨干链路传输1个小时后的网络拓扑示意图；
图6所示为本发明一实施例循环前缀长度调整示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种基于有限反馈的骨干网传输方法，通过接收端进行接收信号质量参数统计，接收端根据信号质量参数的统计值情况反馈相应信号给发送端，完成对循环前缀长度的调整。如图1所示，包括以下步骤：
S1.骨干网初始化。
骨干网由若干骨干节点以及骨干链路组成。如图2所示，图2给出了包含4个骨干节点的骨干网络的示意。C00对应的#1骨干节点和C03对应的#2骨干节点组成了1对骨干链路。对于C00而言，C01为发送链路，即前向链路，C02为接收链路，即反向链路。
骨干网络使用默认的循环前缀长度进行初始化，骨干网的网络拓扑结构在初始化过程中确定。
S2.设置当前循环前缀长度，骨干链路的发送端根据当前循环前缀长度组帧发送信号至该骨干链路对应的接收端。
在骨干网初始化完毕时，发送端默认使用最长的循环前缀长度进行数据发送。发送端发送的帧结构如图3所示。假设循环前缀长度默认值为L，分别为X(1)，X(2)至X(L)，数据帧长度为N，分别为D(1)，D(2)至D(N)。循环前缀与数据之间的关系如下所示：
X(1)＝D(N-L+1)；X(2)＝D(N-L+2)；……；X(L)＝D(N)。
S3.接收端判断当前帧是否为本次传输的结束帧，如果是，则接收端在接收完本帧信号后跳转至S6；如果非结束帧，则接收端在接受完本帧信号后继续执行S4；
S4.确定信号质量参数，信号质量参数为误帧率或误码率。设定单位统计区间，单位统计区间为设定的单位时间长度或者设定的帧数目。计算接收端在当前单位统计区间内信号质量参数的统计值；
S5.设定统计值的上门限值和下门限值，当S4中计算得到的统计值高于上门限值时，由接收端通过骨干链路的反向链路反馈2比特信息“01”至骨干链路的发送端，发送端根据循环前缀步长设定准则，增加或保持当前循环前缀长度，跳转至S2；当统计值小于下门限值时，由接收端通过骨干链路反向链路反馈2比特信息“00”至发送端，发送端根据循环前缀步长设定准则，减小或保持当前循环前缀长度，跳转至S2；当统计值处于上门限值和下门限值的区间范围内，由接收端通过骨干链路反向链路反馈2比特信息“11”至发送端，发送端保持当前循环前缀长度不变，跳转至S2。其中上门限值和下门限值根据不同业务类型的QoS需求设定。循环前缀步长设定准则是固定步长准则或者变长准则。循环前缀长度x的默认值为L，循环前缀长度可以调整的范围为L/32≤x≤L。
S6.骨干链路的发送端、接收端结束本次传输。
以下结合附图4和5，详细介绍一个包括3个骨干节点的实施例，在实施例中默认配置如下：传输速率100Mbps，数据帧长度N为1024，循环前缀长度x的默认值为L＝512，循环长度可以调节的范围为16≤x≤512，骨干链路接收端统计的区间为帧数目，帧计数周期为100000帧，业务类型为数据，统计参数类型为误帧率FER，QoS误帧率上门限值为1e-3，QoS误帧率下门限值为5e-4，调整步长为固定步长32。
图4为本发明实施例初始化完成后的网络拓扑示意，图5为骨干链路传输1个小时后的网络拓扑示意。
初始化完成后***默认使用最大的循环前缀进行传输，此时传输效率为67％。以节点#1和节点#2之间的第1对骨干链路为例。
第一个100000帧统计周期内，接收端FER值为1e-5，低于下门限值5e-4，此时接收端#2通过反向链路发送“00”至发送端#1，发送端减少循环长度x值为480。
第二个100000帧统计周期内，接收端FER值为1e-5，低于下门限值5e-4，此时接收端#2通过反向链路发送“00”至发送端#1，发送端减少循环长度x值为448。
第三个100000帧统计周期内，接收端FER值为6e-5，低于下门限值5e-4，此时接收端#2通过反向链路发送“00”至发送端#1，发送端减少循环长度x值为416。
第四个100000帧统计周期内，接收端FER值为1e-4，低于下门限值5e-4，此时接收端#2通过反向链路发送“00”至发送端#1，发送端减少循环长度x值为384。
第五个100000帧统计周期内，接收端FER值为3e-4，低于下门限值5e-4，此时接收端#2通过反向链路发送“00”至发送端#1，发送端减少循环长度x值为352。
第六个100000帧统计周期内，接收端FER值为6e-4，大于下门限值5e-4，小于上门限值1e-3，此时接收端#2通过反向链路发送“11”至发送端#1，发送端保持循环长度x值为352。
经过六个周期的调整后，此时传输效率为74％，与初始的67％效率相比，提升了8％的传输效率。
当网络拓扑变化到5所示的网络拓扑时，此时第n个统计周期内，FER变化为5e-2，大于上门限值1e-3，此时接收端#2通过反向链路发送“01”至发送端#1，发送端增加循环长度x值为384。
第n+1个100000帧统计周期内，接收端FER值为2e-2，大于上门限值1e-3，此时接收端#2通过反向链路发送“01”至发送端#1，发送端增加循环长度x值为416。
第n+2个100000帧统计周期内，接收端FER值为8e-3，大于上门限值1e-3，此时接收端#2通过反向链路发送“01”至发送端#1，发送端增加循环长度x值为448。
第n+3个100000帧统计周期内，接收端FER值为2e-3，大于上门限值1e-3，此时接收端#2通过反向链路发送“01”至发送端#1，发送端增加循环长度x值为480。
第n+4个100000帧统计周期内，接收端FER值为9e-4，小于上门限值1e-3，大于下门限值5e-4，此时接收端#2通过反向链路发送“11”至发送端#1，发送端保持循环长度x值为480。
在网络拓扑变化之后，骨干链路收发端重新调整了循环前缀长度，此时传输效率为68％，与初始的67％效率相比，提升了1％的传输效率。
图6所示为上述统计周期对应的循环长度示意图。
本发明利用简单至2bit的反馈信息，实现了发送端循环长度的自适应调节，以较低的复杂度实现了较高的传输效率，可运用在网络拓扑高度动态的Mesh骨干网中。
以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.骨干网初始化；
S2.设置当前循环前缀长度，骨干链路的发送端根据当前循环前缀长度组帧发送信号至该骨干链路对应的接收端；
S3.接收端判断当前帧是否为本次传输的结束帧，如果是，则接收端在接收完本帧信号后跳转至S6；如果非结束帧，则接收端在接收完本帧信号后继续执行S4；
S4.确定信号质量参数，设定单位统计区间，计算接收端在当前单位统计区间内信号质量参数的统计值；
S5.接收端根据当前单位统计区间内信号质量参数的统计值情况反馈相应信号给发送端，发送端根据循环前缀步长设定准则调整当前循环前缀长度，跳转至S2；
S6.骨干链路的发送端、接收端结束本次传输。
2.根据权利要求1所述的基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：S1中，骨干网由若干骨干节点以及骨干链路组成，骨干网络使用默认的循环前缀长度进行初始化，骨干网的网络拓扑结构在初始化过程中确定。
3.根据权利要求1所述的基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：S3中接收端根据帧头信息，判断当前帧是否为本次传输的结束帧。
4.根据权利要求1所述的基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：S4中所述信号质量参数为误帧率或误码率。
5.根据权利要求1所述的基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：S4中所述单位统计区间为设定的单位时间长度或者设定的帧数目。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：S5的实现方法如下：设定统计值的上门限值和下门限值，当S4中计算得到的统计值高于上门限值时，由接收端通过骨干链路的反向链路反馈2比特信息“01”至骨干链路的发送端，发送端根据循环前缀步长设定准则，增加或保持当前循环前缀长度，跳转至S2；当统计值小于下门限值时，由接收端通过骨干链路反向链路反馈2比特信息“00”至发送端，发送端根据循环前缀步长设定准则，减小或保持当前循环前缀长度，跳转至S2；当统计值处于上门限值和下门限值的区间范围内，由接收端通过骨干链路反向链路反馈2比特信息“11”至发送端，发送端保持当前循环前缀长度不变，跳转至S2。
7.根据权利要求6所述的基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：S5中的上门限值和下门限值根据不同业务类型的QoS需求设定。
8.根据权利要求6所述的基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：S5中循环前缀步长设定准则是固定步长准则。
9.根据权利要求6所述的基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：S5中循环前缀步长设定准则是或者变长准则。
10.根据权利要求6所述的基于有限反馈的骨干网传输方法，其特征在于：S5中，S5中循环前缀长度x的默认值为L，循环前缀长度可调整的范围为L/32≤x≤L。
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