基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入方法及系统与流程

本发明是关于智能电网通信
技术领域：
，特别是关于一种基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入方法及系统。
背景技术：
：作为下一代电力网络的必然发展方向，智能电网正逐渐成为一个世界范围的重要研究课题。智能电网引入了用户和供电商间的双向通信架构，可以实现对电力供需两端的先进监控和智能控制。无线通信技术安装成本低、设备开销小、部署快速、广泛接入、灵活性强等特点使其成为更适合智能电网应用的通信技术。但智能电网中相对严苛的环境和不同应用场景中对通信技术的差异化需求使得qos(服务质量)性能的提升成为现有无线通信技术应用于智能电网的瓶颈。如何避免多用户接入时竞争、合理利用资源成为研究热点。在现有技术中，大多用户接入控制问题都是基于能量功耗最小化的优化问题，而在大规模通信网络中，由于大量基站的存在，维护能量变得不可忽略不计，故总能量功耗不得不将其考虑进去。值得一提的是，基站激活技术可以缓解网络中设备维护能量过高的问题。它的主要思路为适当的选择一部分基站来为用户提供服务，而让剩下的基站处于非激活状态。据此一些基站激活和波束成形方法的联合优化方案被实现出来以在维护能量功耗和发送能量功耗之间获取一个有效的平衡，和用户接入控制问题一样，基站激活问题几乎都是被单独考虑的。在大量突发业务中，有一些定期位置报告信息，对实时性等没有很高要求，而有些业务涉及到安全威胁等信息，要求快速准确地传输，因而需要更多的保护。有文献提出pr-aloha(r-阿罗哈优先)协议，对不同优先级数据进行了不等错误保护。pr-aloha协议中，每帧固定留有一部分时隙只提供给高优先级用户接入，降低高优先级数据碰撞概率，提高了高优先级用户吞吐率。但是pr-aloha协议中，碰撞的数据包依然被丢弃，信道资源没有得到有效利用。公开于该
背景技术：
部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入方法及系统，其能够提高信道资源的利用率。为实现上述目的，本发明提供了一种基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入方法，所述多用户随机接入方法用于在电网中对不同的优先级数据进行不等错误保护，所述多用户随机接入方法包括：接收用户的接入请求；判断当前的链路负载情况；若当前的链路负载小于阈值，则为该用户分配当前时隙使其接入电网，若当前的链路负载大于所述阈值，则将该用户的优先级数值与当前时隙的优先级数值进行比较，若该用户的优先级数值大于当前时隙的优先级数值，则为该用户分配当前时隙使其接入电网，否则等下一个时隙到来之后，继续将该用户的优先级数值与当前时隙的优先级数值进行比较，若该用户的优先级数值小于当前时隙的优先级数值，则为该用户分配该当前时隙使其接入电网。其中，所述优先级数值越大，则其对应的优先级越小。在一优选的实施方式中，所述多用户随机接入方法还包括：将电网中的用户设置不同的优先级以及将电网中的时隙设置不同的优先级。本发明还提供了一种基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入系统，所述多用户随机接入系统用于在电网中对不同的优先级数据进行不等错误保护，所述多用户随机接入系统包括：接收模块、链路负载判断模块、第一电网接入模块、优先级比较模块、第二电网接入模块。接收模块用于接收用户的接入请求。链路负载判断模块与所述接收模块相耦合，用于在收到所述用户的接入请求后判断当前的链路负载情况。第一电网接入模块与所述链路负载判断模块相耦合，用于在当前的链路负载小于阈值的情况下，为该用户分配当前时隙使其接入电网。优先级比较模块与所述链路负载判断模块相耦合，用于在当前的链路负载大于阈值的情况下，将该用户的优先级数值和当前时隙的优先级数值进行比较，还用于当比较结果是用户的优先级数值大于当前时隙的优先级数值时，等待一个时隙，在下一个时隙中继续将该用户的优先级数值和当前时隙的优先级数值进行比较。第二电网接入模块与所述优先级比较模块，用于当所述优先级比较模块的比较结果是用户的优先级数值小于当前时隙的优先级数值时，为用户分配当前时隙使其接入电网。其中，所述优先级数值越大，则其对应的优先级越小。在一优选的实施方式中，所述多用户随机接入系统还包括：用户优先级设置模块和时隙优先级设置模块。用户优先级设置模块与所述优先级比较模块相耦合，用于为电网中的用户设置不同的优先级。时隙优先级设置模块与所述优先级比较模块相耦合，用于为电网中的时隙设置不同的优先级。与现有技术相比，根据本发明的基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入方法及系统，在链路负载小于阈值的低链路负载情况下，用户可以接入任一时隙，以达到吞吐率最大；而在链路负载大于阈值的高链路负载情况下，某些固定时隙只允许高优先级用户接入，保证高优先级数据的有效传输；因此相对于现有技术，本发明可以尽可能利用每个时隙，提高了信道资源的利用率。附图说明图1是根据本发明一实施方式的基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入方法的各个步骤；图2是根据本发明一实施方式的基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入方法的流程图；图3是根据本发明一实施方式的多用户多优先级传输模式示意图；图4是根据本发明一实施方式的链路负载估计概率分布图；图5是根据本发明一实施方式的基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入系统的模块组成示意图。具体实施方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。如图1和图2所示，在一实施方式中，该基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入方法包括：步骤s1～步骤s3。在步骤s1中接收用户的接入请求。在步骤s2中判断当前的链路负载情况。在步骤s3中判断是否接入电网。具体而言，若当前的链路负载小于阈值(可以根据实际应用场景自行设置)，则为该用户分配当前时隙使其接入电网，若当前的链路负载大于所述阈值，则将该用户的优先级数值与当前时隙的优先级数值进行比较，若该用户的优先级数值大于当前时隙的优先级数值，则为该用户分配当前时隙使其接入电网，否则等下一个时隙到来之后，继续将该用户的优先级数值与当前时隙的优先级数值进行比较，若该用户的优先级数值小于当前时隙的优先级数值，则为该用户分配该当前时隙使其接入电网，其中，优先级数值越大，则其对应的优先级越小。在一实施方式中，多用户随机接入方法还包括：将电网中的用户设置不同的优先级以及将电网中的时隙设置不同的优先级。图3是本实施方式的多用户多优先级传输模式示意图，如图3所示，微电网的一个数据帧被分为n个时隙，共有m个具有无线通信设备的传输电能终端设备。时隙和设备均被分为r个不同优先级。优先级1，优先级2，…，优先级r，且优先级级别由高到低。在低链路负载情况下，所有设备可以选择一帧中任一时隙中接入电网；在高负载情况下，每个设备只能接入到具有相同优先级或者更低优先级的时隙中。例如优先级为2的设备，可以接入到优先级为2，3，…，r的时隙中。与现有技术相比，该方法在低链路负载情况下，用户可以接入任一时隙，以达到吞吐率最大；而在高链路负载情况下，某些固定时隙只允许高优先级用户接入，保证高优先级数据的有效传输，每个时隙被充分利用，整体提高了信道资源利用率。为了验证效果，本实施方式对丢包率和吞吐率性能进行了仿真分析。首先定义电网负载g，代表平均每个时隙中接入的设备数，即用户数目与时隙数目的比值，g＝m/n。每个设备成功接入电网的概率为1-q，其中，q为未成功接入电网的概率。链路负载门限g*被定义为使得连续干扰消除过程能够进行并能恢复出碰撞数据包时的最大链路负载值，可推导得出其中，λ为设备的位置分布，λ为平均每个用户每帧发送的数据包数。平均每个时隙中数据包传输正确的概率t，即正确传输的数据包数目与时隙数目的比值：t＝(1-q)g。根据本实施方式的多用户随机接入方法中，高优先级数据只允许高优先级用户接入。定义多用户接入过程中的节点度分布如下：λ(x)为每个用户重复发送数据包的节点度分布λ(x)＝∑lλlxl，其中，λl为每个用户重复发送l个数据包的概率；ψ(x)为每个时隙接收到的用户数量的节点度分布ψ(x)＝∑lψlxl，其中，ψl为每个时隙接收到l个用户数据包的概率。λ′(1)＝∑lλl·l为平均每个用户每帧发送的数据包数；ψ′(1)＝∑lψl·l为平均每个时隙接收到的数据包数。用户和时隙均具有不同优先级，则不同优先级时隙接收到的碰撞数据包数是不同的。假设优先级为k的用户所占的比例为puser(k)，优先级为k的时隙占时隙总数的比例为pslot(k)。显然得到用户只能发送数据包到具有相同优先级或者更低优先级的时隙中，所以每个时隙中包含具有相同优先级或者更高优先级的数据包。具有不同优先级的时隙包含的平均碰撞数据包数可以表示如下：ψ′1(1)＝puser(1)gλ′(1)……当用户数量趋近于无穷(m→∞)，二项分布趋向于泊松分布，泊松分布的参数为ψ′k(1)。多用户接入过程中的节点度分布和边度分布分别表示为：接入用户的节点度分布设置为λ(x)＝0.5x2+0.28x3+0.22x8，此时链路负载门限为g*＝0.938。假设所有数据包具有相同的长度，帧长值固定为2000(即每帧中包含2000个时隙)，最大迭代次数设置为200，每个仿真点结果在相同条件下取100次实验的平均值。分析丢包率和吞吐率性能时，将用户和时隙分为高低级用户所占比例puser为(0.5，0.5)，不同优先级时隙所占比例pslot分别设置为(0.5，0.5)，(0.4，0.6)和(0.6，0.4)。链路负载变化由0.1～2.0，并且将仿真结果与分析结果进行对比。当链路负载由0.1～2.0变化范围内，负载估计的均值和均方差，如表1所示。图4为链路负载g＝0.938时估计概率分布图，其概率密节点度分布可以近似为一个均值和均方差随g变化的高斯分布。表1链路负载估计均值和方差负载均值均方差0.20.2000.0070.40.4000.0130.60.6010.0170.80.7990.0251.01.0060.0381.21.2030.0531.41.4080.0801.61.6160.1191.81.8241.9542.00.1400.165仿真结果表明，估计的链路负载接近实际链路负载，估计均方差随着负载g变大而增加，本方法对链路负载的估计较为准确，因此本实施方式的多用户随机接入方法可以更加充分地利用每个时隙的资源，有效地增大吞吐量，提高了信道资源利用率。基于同样的发明构思，本发明还提供了一种基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入系统，如图5所示，该多用户随机接入系统包括：接收模块10、链路负载判断模块11、第一电网接入模块12、优先级比较模块13、第二电网接入模块14。接收模块10用于接收用户的接入请求。链路负载判断模块11与接收模块10相耦合，用于在收到用户的接入请求后判断当前的链路负载情况。第一电网接入模块12与链路负载判断模块11相耦合，用于在当前的链路负载小于阈值的情况下，为该用户分配当前时隙使其接入电网。优先级比较模块13与链路负载判断模块11相耦合，用于在当前的链路负载大于阈值的情况下，将该用户的优先级数值和当前时隙的优先级数值进行比较，还用于当比较结果是用户的优先级数值大于当前时隙的优先级数值时，等待一个时隙，在下一个时隙中继续将该用户的优先级数值和当前时隙的优先级数值进行比较。其中，优先级数值越大表示优先级越低。第二电网接入模块14与优先级比较模块13，用于当优先级比较模块13的比较结果是用户的优先级数值小于当前时隙的优先级数值时，为用户分配当前时隙使其接入电网。在一实施方式中，多用户随机接入系统还包括：用户优先级设置模块15以及时隙优先级设置模块16。用户优先级设置模块15与优先级比较模块13相耦合，用于为电网中的用户设置不同的优先级。时隙优先级设置模块16与优先级比较模块13相耦合，用于为电网中的时隙设置不同的优先级。综上所述，本实施方式的基于优先级的不等错误保护的多用户随机接入方法及系统，在低链路负载情况下，用户可以接入任一时隙，以达到吞吐率最大；而在高链路负载情况下，某些固定时隙只允许高优先级用户接入，保证高优先级数据的有效传输，每个时隙被充分利用，整体提高了信道资源利用率。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。当前第1页12