一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法
2023-08-14 05:11:11
一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法
【專利摘要】一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法，本發明屬於信息【技術領域】，涉及一種無線網絡數據傳輸誤包率的計算方法。解決當多個幹擾源在期望數據包傳輸過程中開始發送幹擾數據包時，由於它們與期望數據包定時關係的不確定性，通過現有計算方法很難給出期望數據包各個時間段與幹擾數據包碰撞情況的問題。本發明通過利用概率論原理建立一個改進的包碰撞模型，通過按照碰撞情況將期望數據包分段，再通過計算各分段的平均長度和誤碼率得到被幹擾節點的誤包率或者平均誤包率。本發明用於計算IEEE802.15.4g標準所規定的SUN內部節點幹擾中的誤包率。
【專利說明】一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於信息【技術領域】，涉及一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法。
【背景技術】
[0002]智能電網是一種融合了電力、控制和通信技術的複雜而又精細的系統，它能夠監測和優化從發電站到終端用戶的整個電力傳輸服務。智能電網的一個主要特點是能夠對電能和各種數據信息進行實時的雙向傳輸，從而使得電能供應和用戶的需求達到平衡。與電力傳輸配套的、無處不在的通信網絡是實現電網智能化的基礎。就目前通信技術發展情況來看，無線通信與網絡技術的應用電網智能化的必然選擇。為推動無線通信技術在智能電網信息接入與傳輸中的應用，IEEE標準化組織成立專門的工作組——IEEE802.15.4g智能公用事業網(Smart UtilityNetwork, SUN)標準化工作組。該工作組所制定的新的無線網絡標準IEEE802.15.4g是一個針對大範圍智能控制應用的全球網絡標準，其主要功能是通過較大地理範圍內數據信息的實時傳輸實現整個系統的檢測和控制。該標準定義了一種低功耗、低數據傳輸速率、低成本的多跳無線網絡，其主要應用場景是智能電網中的鄰域數據接入與傳輸網。
[0003]IEEE802.15.4g標準所規定的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。在智能電網鄰域組網應用中，SUN主要用於連接智能電錶間的信息接入與傳輸，將一定地理範圍內的智能電錶組成無線多跳網絡。對於一種工作在免許可頻段上的新的無線網絡標準，研究其在公共頻段上與其他共存網絡的相互幹擾特性以及其網絡內部節點間的幹擾特性是組網時必須考慮的問題。
[0004]一般通過數據包傳輸的誤包率(PER)、平均接收時間、平均傳輸時延以及網絡吞吐量來評價網絡的幹擾特性，而網絡的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網絡節點的PER特性，可以從理論上得出SUN網絡內部的幹擾特性。通常在計算PER時，若一個數據包中至少存在一個錯誤比特，則稱其為一個差錯數據包。誤包率大小不僅與數據包傳輸的誤碼率有關也與數據包的長度有關。求系統誤包率的傳統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表示系統的誤碼率，L為數據包長度。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誤碼率特性，並沒有考慮兩個系統的數據包傳輸模式，因而並不能準確地反映系統的誤包率性能。
[0007]基於數據包碰撞的誤包率模型，不僅考慮了系統的誤碼率特性，而且考慮兩個相互幹擾的數據包傳輸的定時關係，即數據包的平均碰撞時間。但是傳統的包碰撞模型在分析平均碰撞時間方面有很大的局限性，僅適用於分析存在單個幹擾節點時數據包傳輸的定時關係，當多個幹擾源在期望數據包傳輸過程中開始發送幹擾數據包時，由於它們與期望數據包定時關係的不確定性，因而很難給出期望數據包各個時間段與幹擾數據包的碰撞情況。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是解決現有誤包率算法只考慮了系統誤碼率特性，沒有考慮兩個系統的數據包傳輸模式，不能準確地反映系統的誤包率性能並且當多個幹擾源在期望數據包傳輸過程中開始發送幹擾數據包時，由於它們與期望數據包定時關係的不確定性，通過現有計算方法很難給出期望數據包各個時間段與幹擾數據包碰撞情況從而造成所設計的智能電網通信傳輸控制精度低的問題，而提供一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網(SUN)傳輸誤包率測算方法，其具體方法按照以下步驟進行: [0009]步驟A、建立SUN傳輸數據包碰撞模型，具體步驟如下:
[0010]步驟Al、建立SUN內部幹擾分析網絡拓撲模型；
[0011]步驟A2、根據SUN接收機節點的最大通信範圍dmax確定能夠對SUN產生幹擾的範圍；
[0012]步驟A3、基於SUN內部幹擾分析的網絡拓撲圖，建立k個幹擾存在時幹擾數據包傳輸和期望數據包傳輸的包碰撞模型；
[0013]步驟B、基於數據包碰撞模型的誤包率的計算，具體步驟如下:
[0014]步驟B1、依據相同時間段內期望數據包對應的幹擾數據包數量對期望數據包進行分段；
[0015]步驟B2、通過概率論方法統計得到期望數據包各個碰撞分段的平均時間長度為:
——— I
[0016]
【權利要求】
1.一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法，其具體步驟如下: 步驟A、建立數據包碰撞模型，具體步驟如下: 步驟Al、建立SUN內部幹擾分析網絡拓撲模型； 步驟A2、根據SUN接收機節點的最大通信範圍dmax確定能夠對SUN產生幹擾的範圍；步驟A3、基於SUN內部幹擾分析的網絡拓撲圖，建立k個幹擾存在時幹擾數據包傳輸和期望數據包傳輸的包碰撞模型； 步驟B、基於數據包碰撞模型的誤包率的計算，具體步驟如下: 步驟B1、依據相同時間段內期望數據包對應的幹擾數據包數量對期望數據包進行分段； 步驟B2、通過概率論方法統計得到期望數據包各個碰撞分段的平均時間長度為:
2.根據權利要求1所述的一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法，其特徵在於步驟Al中建立SUN內部幹擾分析網絡拓撲模型具體為:①期望數據包從發射機Txv傳輸到接收機Rxv,傳輸距離為dD； ②以發射機Txv為圓心的圓環表示該節點信號傳輸的最大範圍； ③以接收機Rxv為圓心的圓環表示該節點的最大通信範圍； ④兩個最大範圍具有相同的半徑R= dmax ； ⑤SUN節點Txn，Txi2,Txik為整個網絡模型中的k個SUN幹擾源節點； ⑥SUN幹擾節點與被幹擾SUN接收機Rxv之間的距離分別為dn，di2,..., dik ； ⑦SUN幹擾節點與被幹擾SUN接收機Rxv之間的距離dn= di2 =...= dik。
3.根據權利要求2所述的一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法，其特徵在於步驟A2中SUN接收機節點的最大通信範圍Clmax通過計算得到: 結合SUN接收節點的接收靈敏度，採用IEEE臨界點路徑損耗模型確定SUN節點的最大通信距離d_，
4.根據權利要求3所述的一種基於概率論建立數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法，其特徵在於步驟A3中k個幹擾存在時幹擾數據包傳輸和期望數據包傳輸的包碰撞模型具體為: ①系統內部存在k個SUN幹擾節點，它們到被幹擾SUN接收機具有相同的距離； ②期望數據包傳輸時，每個幹擾節點都以λ為發射概率發送幹擾數據包，每個幹擾數據包對應一個SUN幹擾節點，且幹擾數據包和期望數據包具有相同的持續時間Ls ； ③各個幹擾數據包傳輸開始時間相對於期望數據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.根據權利要求4所述的一種基於數據包碰撞模型的智能公用事業網傳輸誤包率測算方法，其特徵在於步驟Β2中通過概率論方法統計得到期望數據包各個碰撞分段的平均時間長度具體步驟為: ①根據幹擾數據包相對於期望數據起始點時延的大小將幹擾SUN數據包進行重新排列，按時延從小到大的順序進行排列； ②根據A1,A2,...，Ak在[0，LJ上服從均勻分布的特性，從概率統計的角度求期望數據包各碰撞分段Ctl, C1,, Ck的平均長度；其中，Ctl表示期望數據包沒有與幹擾數據包碰撞的時間分段長度，C1表示期望數據包與一個幹擾數據包碰撞的時間分段長度，以此類推，Ck表示期望數據包與全部k個幹擾數據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 優先權日:2013年12月23日
【發明者】陳舒怡, 馬若飛, 陳曉華, 孟維曉 申請人:哈爾濱工業大學