一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法

本发明涉及可见光通信，具体为一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法。

背景技术：

1、可见光通信(visible light communication，vlc)具有频谱宽、传输速率快、绿色环保、能将照明与通信相结合的优势，是一种非常有前景的室内通信组网方式。但由于vlc的直射特性导致其无法满足用户无中断的移动通信需求，而射频通信网络能够实现非视距通信，将两者的有机结合将成为室内高速通信组网的主要研究方向。对于vlc与rf(射频通信)组成的光电异构网络，网络切换是必须解决的关键科学问题。

2、目前现有的异构网络切换技术大多数都是垂直切换，但并不所有的场景都适合通过垂直切换进行解决，例如室内用户相邻网络间的移动更适合采用水平切换解决问题。因此室内可见异构组网切换需要同时结合水平切换和垂直切换才能提供更高的服务质量。现存的可见光异构组网切换技术基于检测室内可见光接收信号强度(received signalstrength,rss)作为切换阈值，来执行水平或者垂直切换。但由于室内环境复杂，存在墙面反射或者镜面反射等现象导致接收信号存在多径干扰，进而导致通信质量下降。目前市场上通常采用ofdm技术来处理通信过程中的多径干扰，但由于可见光通信传输的是正实数信号，因此单纯使用ofdm技术解决不了问题。

3、中国专利公开号为“cn107846714a”，名称为“一种可见光通信与wifi异构系统的切换方法及设备”，所述方法包括：若进入切换初状态，获取所有候选网络的qos参数，所述qos参数包括可用带宽、端到端延迟、抖动和误码率；基于每个候选网络的qos参数，对所述qos参数进行归一化和模糊化处理，获取所述qos参数中各参数的模糊值和权重值；基于所述模糊值和权重值，利用模糊规则获取每个候选网络的性能评价值，并从当前网络切换到性能评价值满足预设条件的一个候选网络。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，解决了上述背景技术中所提出的问题。

3、(二)技术方案

4、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

5、一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，包括如下步骤：

6、步骤1，构建室内可见光异构组网模型：在保证vlc通信覆盖范围与照明需求，在天花板布置led灯，使得灯光遍布房间四周角落，利用室内的每一个led光源均可作为可见光通信的接入点，其下行链路数据传输速度非常快，但每一个vlc ap的高速率覆盖区域都很小，并且vlc aps上行链路受到下行链路光的干扰其通信传输比较困难，为了改善上行链路接入问题，室内中间布局覆盖范围更广的wi-fi ap，与vlc aps共同组成异构网络；

7、步骤2，建立基于aco-ofdm可见光通信系统：基于步骤1的室内可见光异构组网模型，采用载波调制方式首先对串行二进制比特流形式的通信信号进行调制产生复数信号，再对复数信号进行厄密特映射和ifft操作，输出实数信号。再进行限幅操作，截取负数部分，使信号转换为正实数信号以此满足传输的要求，最后在限幅后的实数信号的头部插入循环前缀(cyclic prefix,cp)，接着进行并串变换，数模转换等操作，最后通过led驱动装置将电信号转换为不同强度的光信号并发送到信道中进行传输。接收端相当于发射端的逆过程；

8、步骤3，构建误码率空间分布模型：首先计算室内可见光通信信噪比，再添加到高斯白噪声信道，通过aco-ofdm处理后将输出信号通过接收端光电转换器转换成电信号，最后将串行二进制比特流的输出信号与输入信号进行误差计算，得到误码率，最后将误码率转换为空间分布；

9、步骤4，构建随机运动模型和性能评价指标：依据室内布局设计，随机定义用户的起点坐标和终点坐标，再根据步骤1的布局设计，分析出三种可见光通信盲区运动模型：1、可见光覆盖重叠区域移动；2、可见光覆盖相切区域移动；3、可见光无覆盖区域移动，同时将网络平均吞吐量和平均切换指数作为评价指标；

10、步骤5，建立基于通信盲区驻留时间的水平垂直切换机制：利用步骤4分析出的三种可见光通信盲区运动模型，当移动用户进入通信盲区，通过计算移动用户在通信盲区的驻留时间大小，来执行相应的水平切换或垂直切换。

11、进一步地，所述步骤1中，室内布局为9个led灯分布在长宽为6*6米的房间里，wifi布局在房间正中央，其中5个半径为√2米的led灯分布在房间四周和中间，4个半径为1米的led灯分布在房间的上下左右，房间中间布局一个wifi，使得信号均匀布局在房间四周。

12、进一步地，所述步骤2中，在aco-ofdm可见光通信系统，采用的是16进制qam调制技术对通信信号进行调制；进行厄密特对称映射是为了保证将ifft变换后的实数信号中的负值部分置为零时，信息依然可以完整传输；进行限幅操作，截取负数部分，使信号转换为正实数信号；在限幅后的实数信号的头部插入循环前缀(cyclic prefix,cp)，为了消除系统符号间干扰，接着进行并串变换，数模转换等操作，最后通过led驱动装置将电信号转换为不同强度的光信号并发送到信道中进行传输。

13、进一步地，所述步骤3中，首先需要计算信号的信噪比，而信噪比的定义是信号功率与噪声的比值，可见光信号接收功率p(r)由发射功率p(t)乘以信道直流增益hlos得到，室内vlc传输信道中，主要需要考虑两种噪声：一种是散粒噪声，另一种是前置放大器噪声，均可看作加性高斯白噪声进行处理，而信噪比的定义就是信号功率和噪声的比值，最后通过aco-ofdm处理，计算得到误码率。

14、进一步地，所述步骤4中，将网络平均吞吐量和平均切换指数作为评价指标，一是为了判断移动用户接收网络通信性能，二是判断整个移动过程中所需要的切换信令成本。

15、进一步地，所述步骤5中，一般通信系统的误码率最低标准为10-4～10-5，利用步骤3构建的可将误码率分布，当检测用户误码率低于此标准时，说明运动用户进入通信盲区，令ts为进入通信盲区到离开的驻留时间，同时设立阈值时间tthreshold，通过与阈值时间大小比较，来执行相应的切换方式。

16、(三)有益效果

17、与现有技术相比，本发明提供了一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，具备以下有益效果：

18、1、采用了aco-ofdm技术进行信号处理，有效消除了多径干扰，同时构建出空间误码率，为检测出通信盲区提供了相应数据。

19、2、简化了随机运动模型，仅需要考虑误码率和通信盲区驻留时间，替代了运动方向，速度和时间等复杂因素。

20、3、考虑到了多种类型的通信不稳定情况，更加接近现实生活场景，同时建立了水平垂直切换的组网切换机制。

技术特征：

1.一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，其特征在于：所述步骤1中，室内布局为9个led灯分布在长宽为6*6米的房间里，wifi布局在房间正中央，其中5个半径为米的led灯分布在房间四周和中间，4个半径为1米的led灯分布在房间的上下左右，房间中间布局一个wifi，使得信号均匀布局在房间四周。

3.根据权利要求1所述的一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，其特征在于：所述步骤2中，在aco-ofdm可见光通信系统，采用的是16进制qam调制技术对通信信号进行调制；进行厄密特对称映射是为了保证将ifft变换后的实数信号中的负值部分置为零时，信息依然可以完整传输；进行限幅操作，截取负数部分，使信号转换为正实数信号；在限幅后的实数信号的头部插入循环前缀(cyclic prefix,cp)，为了消除系统符号间干扰，接着进行并串变换，数模转换等操作，最后通过led驱动装置将电信号转换为不同强度的光信号并发送到信道中进行传输。

4.根据权利要求1所述的一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，其特征在于：所述步骤3中，首先需要计算信号的信噪比，而信噪比的定义是信号功率与噪声的比值，可见光信号接收功率p(r)由发射功率p(t)乘以信道直流增益hlos得到，室内vlc传输信道中，主要需要考虑两种噪声：一种是散粒噪声，另一种是前置放大器噪声，均可看作加性高斯白噪声进行处理，而信噪比的定义就是信号功率和噪声的比值，最后通过aco-ofdm处理，计算得到误码率。

5.根据权利要求1所述的一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，其特征在于：所述步骤4中，将网络平均吞吐量和平均切换指数作为评价指标，一是为了判断移动用户接收网络通信性能，二是判断整个移动过程中所需要的切换信令成本。

6.根据权利要求1所述的一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，其特征在于：所述步骤5中，一般通信系统的误码率最低标准为10-4～10-5，利用步骤3构建的可将误码率分布，当检测用户误码率低于此标准时，说明运动用户进入通信盲区，令t为进入通信盲区到离开的驻留时间，同时设立阈值时间tthreshold，通过与阈值时间大小比较，来执行相应的切换方式。

技术总结
本发明属于可见光通信技术领域，尤其为一种基于通信盲区驻留时间的可见光异构组网切换方法，包括如下步骤：步骤1，构建室内可见光异构组网模型：在保证VLC通信覆盖范围与照明需求，在天花板布置LED灯，使得灯光遍布房间四周角落，利用室内的每一个LED光源均可作为可见光通信的接入点，其下行链路数据传输速度非常快，但每一个VLC AP的高速率覆盖区域都很小，并且VLC APs上行链路受到下行链路光的干扰其通信传输比较困难，为了改善上行链路接入问题，室内中间布局覆盖范围更广的Wi‑Fi AP，与VLC APs共同组成异构网络。本发明采用了ACO‑OFDM技术进行信号处理，有效消除了多径干扰，同时构建出空间误码率，为检测出通信盲区提供了相应数据。

技术研发人员：唐雁峰,张诚,李修阳,王秀卓,葛微,詹伟达
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14