[发明专利]一种面向服务的无线网络组网模式智能重构方法

说明书

本发明公开了一种面向服务的无线网络组网模式智能重构方法，该方法同时涉及无线网络领域和机器学习领域。本发明的基本思想是：通过将仿真输入和用户需求两类共九个属性以及对应的组网模式向量化、归一化，得到经验数据集；运用神经网络算法，对经验数据集进行学习，得到训练模型和正确率；调用训练模型面向新服务进行智能重构，选择最佳组网模式。本发明选用了无线网络领域三种组网模式：全连通动态时分组网模式、多跳载波检测组网模式和多跳自组织时分多址组网模式，对于经验数据集中的每一条数据，都会结合其九个属性进行计算为其选择最佳的组网模式。

技术领域

本发明属于无线网络领域，特别涉及面向服务的无线网络组网模式智能重构方法。

背景技术

现代无线网络中，用户的服务需求多样且时变，某一种固定的组网模式难以甚至无法支持多变的服务需求。因而，急需探索在一定网络条件下，按照用户服务需求对用户组网模式进行智能重构的方法。组网的模式和网络参数设置直接面向当前的服务需求，从而通过网络结构和功能的重构，最大程度的支持当前的用户服务需求。重构结果优劣的判断依据是重构的组网方式是否满足了当前用户的服务需求。由于网络条件和服务需求的多变性，重构过程必须能够“利用以往的经验改善重构的结果”，即基于学习算法的智能重构。

本方法即针对上述需求展开研究，通过神经网络学习算法，面向新服务重构出能满足服务需求的最佳组网模式。为了实现组网模式的智能重构，本方法针对网络用户服务需求的类型特点，设计了三种组网模式：全连通动态时分组网模式、多跳载波检测组网模式和多跳自组织时分多址组网模式。

全连通动态时分组网模式(Dynamic Time Division Multiple Access，DTDMA)，适用于网络用户在全连通范围内组网，支持网络规模变化、突发业务传输和全连通网络拓扑控制。如附图1所示，该模式将全网节点的时间轴同步划分为一系列连续、不定长的网络时帧，每个时帧包括节点同步、时隙请求、时隙分配和数据发送四个阶段。节点同步阶段，全网节点完成分布式网同步，并产生当前时帧中的管理节点。节点在时隙请求阶段向管理节点发送自身时隙请求信息。时隙分配阶段，管理节点根据全网节点的时隙请求和业务优先级完成时隙的统一分配，并将时隙分配信息广播告知网络中的其余节点。各节点获知自身分配到的数据时隙后，在数据发送阶段完成自身数据分组的传输。同时，该协议可以有效支持新节点入网和节点退网，从而满足网络规模动态扩展的需求。

多跳载波检测组网模式(Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance，CSMA/CA)，具有高度灵活、实现简单的优势，适用于用户在多跳范围内组网，传输业务模式灵活，突发业务量大。该模式将满足一定条件的发送/接收节点通过控制帧交互预约发起的传输定义为主传输，并在主传输发送预约过程与Data帧传输过程之间引入一段并发传输间隙。主传输接收节点采用基于指数平滑模型的动态调整方案确定并发传输间隙时间段的长度，主传输CTS帧传输范围内的其余节点在该间隙内按照一定法则尝试发起或应答从传输发送预约。并发传输间隙过后，主/从传输同时发起Data帧传输过程。协议采用了基于可容忍干扰功率估算的并发冲突避免机制和ACK帧依次应答策略，保证主/从传输Data帧的可靠传输。

多跳自组织时分多址组网模式(Enhanced Self-organized Time DivisionMultiple Access，ESTDMA)，适用于用户在多跳传输范围内组网，传输业务模式固定，突发业务量少。如附图2所示，该模式以自组织时分多址接入协议(Self-organized TimeDivision Multiple Access，STDMA)为基础，将STDMA协议中的时隙划分为首次分配、二次分配、数据传输和收方应答四个阶段。在首次分配阶段，预先选定当前时隙的节点通过RTR/CTR帧交互预约当前时隙。在二次分配阶段，节点采用基于竞争的时隙二次分配策略。节点通过求解网络吞吐量最大值，获知在二次分配阶段竞争预约时隙的最佳概率，并以该概率竞争预约首次分配阶段产生冲突或保持空闲的时隙。成功预约当前时隙的节点在数据传输阶段传输数据包。接收节点接收到数据包后，在收方应答阶段向发送节点应答ACK帧完成传输。