一种信道接入方法及系统与流程

技术特征：

1.一种信道接入方法，其特征在于，包括，

A、根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w^*，τ_l^*＝τ_w^*；

其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：

至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l；

所述WLAN系统的接入相关参数包括：

至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w；

B、根据所述第一目标最优接入概率τ_l^*，采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

C、从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。

2.根据权利要求1所述的信道接入方法，其特征在于，

所述步骤A包括：

根据非授权频段共存场景下的，LTE系统的冲突概率p_l与LTE系统的接入概率τ_l和WLAN系统的接入概率τ_w之间的关系、以及WLAN系统的冲突概率p_w与LTE系统的接入概率τ_l和WLAN系统的接入概率τ_w之间的关系的公式：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\τ}}_w=f\left(p_w\right)\\ p_w=1-{(1-{\mathrm{\τ}}_w)}^{N_w-1}{(1-{\mathrm{\τ}}_l)}^{N_l}\\ {\mathrm{\τ}}_l=f\left(p_l\right)\\ p_l=1-{(1-{\mathrm{\τ}}_l)}^{N_l-1}{(1-{\mathrm{\τ}}_w)}^{N_w}\end{array}\right.,$

其中N_w表示WLAN系统节点数量，N_l表示LTE系统节点数量；

和网络吞吐量的公式：

$\begin{array}{c}S=S_W+S_L\\ =\frac{P_{sw}{P}_{trw}{E}_w\[P\]}{(1-P_{trw}){\mathrm{\σ}}_w+P_{trw}{P}_{sw}{T}_{sw}+P_{trw}(1-P_{sw})T_{cw}}+\frac{P_{sl}{P}_{trl}{E}_l\[P\]}{(1-P_{trl}){\mathrm{\σ}}_l+P_{trl}{P}_{sl}{T}_{sl}+P_{trl}(1-P_{sl})T_{cl}}\\ =\frac{E_w\[P\]}{T_{sw}-T_{cw}+\frac{1}{F\left({\mathrm{\τ}}_w\right)}}+\frac{E_l\[P\]}{T_{sl}-T_{cl}+\frac{1}{F\left({\mathrm{\τ}}_l\right)}}\end{array}$

其中，

$F\left({\mathrm{\τ}}_l\right)==\frac{P_{sl}}{T_{cl}+\frac{(1-P_{trl}){\mathrm{\σ}}_l}{P_{trl}}}=\frac{N_l{(1-{\mathrm{\τ}}_l)}^{N_l-1}{(1-{\mathrm{\τ}}_w)}^{N_w}}{T_{cl}+({\mathrm{\σ}}_l-T_{cl}){(1-{\mathrm{\τ}}_l)}^{N_l}},$

$F\left({\mathrm{\τ}}_w\right)==\frac{P_{sw}}{T_{cw}+\frac{(1-P_{trw}){\mathrm{\σ}}_w}{P_{trw}}}=\frac{N_w{(1-{\mathrm{\τ}}_w)}^{N_w-1}{(1-{\mathrm{\τ}}_l)}^{N_l}}{T_{cw}+({\mathrm{\σ}}_w-T_{cw}){(1-{\mathrm{\τ}}_w)}^{N_w}},$

其中，S表示网络吞吐量，S_W表示WLAN系统的吞吐量，S_L表示LTE系统的吞吐量，P_trl表示至少一个LTE系统节点传输的概率，P_sl表示LTE系统数据包传输成功的概率，E_l[P]表示LTE系统数据包长度，T_sl表示LTE表示系统成功传输数据的时间长度，T_cl表示LTE系统数据冲突的时间长度，σ_l表示LTE系统一个时隙的长度，P_trw表示至少一个WLAN系统节点传输的概率，P_sw表示WLAN系统数据包传输成功的概率，E_w[P]表示WLAN系统数据包长度，T_sw表示WLAN系统成功传输数据的时间长度，T_cw表示WLAN系统数据冲突的时间长度，σ_w表示WLAN系统一个时隙的长度；

令τ_l＝τ_w，得出：

$F_l\left({\mathrm{\τ}}_l\right)=\frac{N_l{(1-{\mathrm{\τ}}_l)}^{N_w+N_l-1}}{T_{cl}+({\mathrm{\σ}}_l-T_{cl}){(1-{\mathrm{\τ}}_l)}^{N_l}},$

$F_w\left({\mathrm{\τ}}_l\right)=\frac{N_w{(1-{\mathrm{\τ}}_l)}^{N_w+N_l-1}}{T_{cw}+({\mathrm{\σ}}_w-T_{cw}){(1-{\mathrm{\τ}}_l)}^{N_w}},$

单一系统的网络吞吐量表示为：

求单一系统的网络吞吐量最大值等价于求下列函数的最大值：

$F\left(\mathrm{\τ}\right)==\frac{P_s}{T_c+\frac{(1-P_{\mathrm{tr}})\mathrm{\σ}}{P_{\mathrm{tr}}}}=\frac{\mathrm{n\τ}{(1-\mathrm{\τ})}^{n-1}}{T_c+\left(\mathrm{\σ}{-T}_c\right){(1-\mathrm{\τ})}^n},$

对F(τ)求导并使导数等于0得：(1-τ)ⁿ(σ-T_c)-T_c(nτ-1)＝0，由泰勒公式得最佳信道接入概率为：

${\mathrm{\τ}}_0=\frac{\mathrm{\σ}-\sqrt{\mathrm{\σ}\[n\mathrm{\σ}-2(n-1)(\mathrm{\σ}-T_c)\]/n}}{(n-1)(\mathrm{\σ}-T_c)},$

据上述计算，在LTE系统和WLAN系统共存的场景下，LTE系统单一网络吞吐量S_l、WLAN系统单一网络吞吐量S_w最大时分别对应的最佳接入概率τ_l0、τ_w0为：

${\mathrm{\τ}}_{l0}=\frac{{\mathrm{\σ}}_l-\sqrt{{\mathrm{\σ}}_l\[N_l{\mathrm{\σ}}_l-2(N_l-1)({\mathrm{\σ}}_l-T_{cl})\]/N_l}}{(N_l-1)({\mathrm{\σ}}_l-T_{cl})},$

${\mathrm{\τ}}_{w0}=\frac{{\mathrm{\σ}}_w-\sqrt{{\mathrm{\σ}}_w\[N_w{\mathrm{\σ}}_w-2(N_w-1)({\mathrm{\σ}}_w-T_{cw})\]/N_w}}{(N_w-1)({\mathrm{\σ}}_w-T_{cw})},$

使F_l(τ_l)最大化的τ_l^*<τ_l0，同理使F_w(τ_l)最大化的τ_l^*<τ_w0，最大化共存场景下的两个系统吞吐量，则LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l^*的范围为：τ_l^*∈(0,min(τ_l0,τ_w0))。

3.根据权利要求2所述的信道接入方法，其特征在于，

所述的步骤B中采用随机退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：其中，τ_l^*表示LTE系统的最优接入概率，q_l表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示LTE系统信道冲突概率。

4.根据权利要求3所述的信道接入方法，其特征在于，所述的公式确定过程包括：

根据马尔科夫模型，列出稳态方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&pi;}}_I=(1-q_l){\mathrm{\&pi;}}_I+(1-q_l)(1-p_l){\mathrm{\&pi;}}_0\\ {\mathrm{\&pi;}}_i={\mathrm{\&pi;}}_{i+1}+\frac{q_I}{W}{\mathrm{\&pi;}}_I+\frac{q_l(1-p_l)}{W}{\mathrm{\&pi;}}_0+\frac{p_l}{W}{\mathrm{\&pi;}}_0,(0\&le;i\&le;W-2)\\ {\mathrm{\&pi;}}_{W-1}=\frac{q_l}{W}{\mathrm{\&pi;}}_I+\frac{q_l(1-p_l)}{W}{\mathrm{\&pi;}}_0+\frac{p_l}{W}{\mathrm{\&pi;}}_0\\ 1={\mathrm{\&pi;}}_I+\underset{k=0}{\overset{W-1}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_i\end{array}\right.,$

其中，π表示稳态分布，q_l表示缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；

由稳态方程组得到LTE系统竞争窗口的最大值的表达式：

$W_l^{*}=\frac{2}{{\mathrm{\&tau;}}_l^{*}}-\frac{2(1-q_l)(1-p_l)}{q_l}-1.$

5.根据权利要求3或4所述的信道接入方法，其特征在于，

所述的步骤C中LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用随机退避方法，包括：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将初始退避窗计数器减1，当初始退避窗计数器减为0时，LTE系统接入非授权信道。

6.根据权利要求2所述的信道接入方法，其特征在于，

所述的步骤B中采用二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，通过如下公式计算确定：其中，表示LTE系统的最优接入概率，q_l表示LTE系统缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示LTE系统信道冲突概率，m表示退避阶数。

7.根据权利要求6所述的信道接入方法，其特征在于，所述的退避阶数为4。

8.根据权利要求7所述的信道接入方法，其特征在于，所述的公式确定过程包括：

根据马尔科夫模型，列出稳态方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&pi;}}_I=(1-q_l){\mathrm{\&pi;}}_I+(1-q_l)(1-p_l)\underset{i=0}{\overset{3}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_{i,0}\\ {\mathrm{\&pi;}}_{0,k}=\frac{W_0-k}{W_0}\&lsqb;q_l(1-p_l)\underset{i=0}{\overset{3}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_{i,0}+q_l{\mathrm{\&pi;}}_I\&rsqb;\\ {\mathrm{\&pi;}}_{i,k}=\frac{W_i-k}{W_i}{p}_l{\mathrm{\&pi;}}_{i-1,0},(1\&le;i\&le;2)\\ {\mathrm{\&pi;}}_{3,k}=\frac{W_3-k}{W_3}{p}_l({\mathrm{\&pi;}}_{2,0}+{\mathrm{\&pi;}}_{3,0})\\ 1={\mathrm{\&pi;}}_I+\underset{i=0}{\overset{3}{\&Sigma;}}\underset{k=0}{\overset{W-1}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&pi;}}_{i,k}\end{array}\right.,$

其中，π表示稳态分布，q_l表示缓存中存在数据包需要发送的概率，p_l表示信道冲突概率，W表示LTE系统竞争窗口；

由稳态方程组得到LTE系统竞争窗口的最大值的表达式：

$W_l^{*}=\frac{2(1-2p_l)/{\mathrm{\&tau;}}_l^{*}-2(1-q_l)(1-p_l)(1-2p_l)/q_l-1+2p_l}{1-p_l-p_l{\left(2p_l\right)}^m}.$

9.根据权利要求6-8任意一项所述的信道接入方法，其特征在于，所述的步骤C中LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入，采用二进制退避方法，包括：当LTE系统检测到非授权频段信道空闲长度达到一个时隙后，将退避计数器减1，当退避计数器减为0时，如果检测到非授权频段信道依然空闲，则LTE系统接入非授权频段信道，如果检测到非授权频段信道繁忙，则将当前退避阶数加1，当前退避窗计数器扩大2倍。

10.一种信道接入系统，其特征在于，包括：

目标最优接入概率确定单元，根据LTE系统和WLAN系统的接入相关参数，计算使得网络吞吐量达到最大值且LTE系统的接入概率τ_l与WLAN系统的接入概率τ_w相等的条件下，LTE系统的第一目标最优接入概率τ_l^*，和WLAN系统的第二目标最优接入概率τ_w^*，τ_l^*＝τ_w^*；

其中，所述LTE系统的接入相关参数包括：

至少一个LTE系统节点传输的概率P_trl、LTE系统数据包传输成功的概率P_sl、LTE系统数据包长度E_l[P]、LTE系统成功传输数据的时间长度T_sl、LTE系统数据冲突的时间长度T_cl、LTE系统一个时隙的长度σ_l；

所述WLAN系统的接入相关参数包括：

至少一个WLAN系统节点传输的概率P_trw、WLAN系统数据包传输成功的概率P_sw、WLAN系统数据包长度E_w[P]、WLAN系统成功传输数据的时间长度T_sw、WLAN系统数据冲突的时间长度T_cw、WLAN系统一个时隙的长度σ_w；

LTE系统最优竞争窗口列表获得单元，用于根据所述第一目标最优接入概率τ_l^*，采用随机退避方法或者二进制退避方法，确定LTE系统竞争窗口的最大值，取从0到竞争窗口的最大值之间的正整数构成LTE系统最优竞争窗口列表；

信道接入单元，用于从LTE系统最优竞争窗口列表中确定一个正整数作为LTE系统的初始退避窗计数器，LTE系统根据初始退避窗计数器，进行信道接入。