[发明专利]基于异构网多干扰系统包碰撞模型的误包性能检测方法

摘要

基于异构网多干扰系统包碰撞模型的误包性能检测方法，涉及异构网络中非授权频段下出现的多干扰技术。考虑到干扰数据包长度、相邻干扰数据包之间的间隔以及干扰数据流与期望数据包之间的偏移均为满足某种分布的随机变量，解决了传统包碰撞模型中干扰数据包长度在内的其他参量均为定值的不合理问题。在这一较为符合实际情况的前提条件下，建立异构网多干扰共存的包碰撞分析模型。系统中存在干扰数据包长度、间隔以及偏移这三个随机变量，无法用传统积分的方式求解碰撞概率，因此，本发明用离散化的方式，将期望数据包和干扰数据包分割成等长的小段，求解每小段的碰撞概率，从而将积分过程转化为概率求解过程。本发明适用于误包性能检测。

主权项

1.基于异构网多干扰系统包碰撞模型的误包性能检测方法，其特征是：建立异构网多干扰系统包碰撞模型，所述模型为：首行为期望数据流，其下各行为干扰数据流，每个干扰数据流中均包括一个参考数据包，所述参考数据包为期望数据包内首个完整出现的数据包；分别用LS,LA,LD表示SIFS、ACK及DIFS的长度，SIFS表示短帧间隔、ACK表示发送确认帧的时间、DIFS表示分布式协调功能帧间隔；设系统中存在M个同时发送干扰数据流的发射节点，这M个干扰数据流中参考数据包与期望数据包之间的偏移分别用O1,…,OM表示，对于第i个干扰数据流来说，干扰数据包长度分别用Ii,0,Ii,1,Ii,2,…表示，其中Ii,1表示参考数据包的长度，Ii,0表示期望数据包之前的干扰数据包长度，相邻干扰数据包之间的间隔分别用Ji,1,Ji,2,Ji,3,…表示，其中Ji,1表示参考数据包之前的间隔长度，其中下角标i代表第i个干扰数据流；在该异构网多干扰系统包碰撞模型下，具体分析方法包括以下步骤：步骤一、对期望数据包和干扰数据包进行离散化处理，获得离散后的数据；步骤二、计算异构网多干扰系统包碰撞模型中的三种变量的概率分布，所述三种变量为：偏移Oi、间隔Ji,x和干扰数据包长度Ii,x，x＝1、2、3、……代表第i个干扰数据流中的第x个元素；步骤三、根据步骤二获得的三种变量偏移Oi、间隔Ji,x和干扰数据包长度Ii,x的概率分布，计算期望数据包与参考数据包的碰撞概率；步骤四、根据步骤二获得的三种变量偏移Oi、间隔Ji,x和干扰数据包长度Ii,x的概率分布，计算期望数据包与ACK数据包的碰撞概率；步骤五、根据步骤三获得的期望数据包与参考数据包的碰撞概率和步骤四获得的期望数据包与ACK数据包的碰撞概率计算总的碰撞概率；步骤六、计算期望数据包与单干扰源的碰撞概率；步骤七、对在Oi时间，可能存在的不完整的干扰数据包D0及ACK数据包对期望数据包的影响进行计算；步骤八、计算多干扰源共存条件下的误包率，根据该误包率作为误包性能检测结果；步骤一中所述对期望数据包和干扰数据包进行离散化处理过程：以第一个干扰数据流为例说明该过程：将期望数据包等分成N段，N为正整数，每段长度均为l＝L_de/N；L_de为期望数据包长度；干扰数据流以l为步长进行分段，即SIFS、ACK、DIFS分别分为和段，表示向上取整；步骤二中计算异构网多干扰系统包碰撞模型中的三种变量的概率分布的方法为：由于偏移服从均匀分布，间隔和干扰数据包长度则服从指数分布，则能够求出三种变量为k段的归一化概率，偏移为k段的归一化概率为：间隔为k段的归一化概率为：其中：P′(Ji,x＝k)＝F(λ1,kl)‑F(λ1,(k‑1)l),k∈[0,N‑1]，F(λ1,y)是Ji,x服从参数为λ1的指数分布的累积分布函数，公式为：干扰数据包长度Ii,x的计算方式与间隔Ji,x相同，假设其指数分布的参数为λ2；干扰数据包长度为k段的归一化概率为：其中：P′(Ii,x＝k)＝F(λ2,kl)‑F(λ2,(k‑1)l),k∈[Nmin,Nmax]，Nmin和Nmax代表干扰数据包长度的最小值和最大值；根据步骤二获得的三种变量偏移Oi、间隔Ji,x和干扰数据包长度Ii,x的概率分布，计算期望数据包与参考数据包的碰撞概率的方法为：将期望数据包分割成N段，用N维向量D＝[dn∣n＝1,2…N]描述参考数据包与期望数据包各小段的碰撞概率，其中第n小段的碰撞概率为：步骤四中根据步骤二获得的三种变量偏移Oi、间隔Ji,x和干扰数据包长度Ii,x的概率分布，计算期望数据包与ACK数据包的碰撞概率的方法为：将ACK数据包看成N_A个连续传输的小数据包，每个小数据包长度均为l，构造N_A×N维矩阵来描述ACK数据包与期望数据包之间的碰撞概率，行向量A_h＝[a_h,n|n＝1,2,…,N]表示ACK数据包的第h小段与期望数据包碰撞的概率序列，元素a_h,n表示ACK数据包的第h小段与期望数据包第n小段的碰撞概率，如下式：其中，用m_h表示对应的偏移与参考数据包长度的和，则m_h＝n‑N_S‑h，为SIFS的段数；步骤五中根据步骤三获得的期望数据包与参考数据包的碰撞概率和步骤四获得的期望数据包与ACK数据包的碰撞概率计算总的碰撞概率的方法为：总的碰撞概率用上述步骤三获得的期望数据包与参考数据包的碰撞概率和步骤四获得的期望数据包与ACK数据包的碰撞概率直接相加获得，用序列B＝[b_n∣n＝1,2…N]表示期望数据包与参考数据包、ACK数据包碰撞的总概率，则b_n表示成步骤六中计算期望数据包与单干扰源的碰撞概率的方法为：连续传输的干扰数据流看做数据的重复，这一重复单元定义为小组，其中NU的长度是不变的，即NU＝NS+NA+ND，G1,x表示剩余两个变量的长度和，所述剩余两个变量即：偏移/间隔、干扰数据包长度，其中G1,x的长度为k的概率如下式所示：其中，G1,x为一个离散随机变量，所以每个小组的长度不是固定的，因此一个期望数据包对应的小组个数也不是固定的，当间隔取0，干扰数据包长度取最小值时，期望数据包包含的小组个数最多，用NM表示，则：继而计算期望数据包每个小组内数据包碰撞的概率，具体方法为：首先构造一个NM×N矩阵来描述碰撞概率，其中元素ch,n表示期望数据包第n小段与干扰数据流第h小组内数据包碰撞的概率；则，与第1小组碰撞的概率就是与期望数据包和相邻的ACK数据包碰撞的概率c1,n＝bn,n＝1,2,…,N；对于第二个小组来说，如果忽略第一个小组的影响，第二个小组和剩余期望数据包的时间关系与第一个小组和总期望数据包之间的时间关系相同；同理，后面小组的碰撞概率由前面的碰撞概率依次顺延得到，ch,n的表达式如下：其中：qh‑1＝(h‑1)×(NU+Nmin)，(NU+Nmin)表示每一小组长度的最小值，u(x)的表达式与前述相同；式中P(Gh‑1＝n)的形式如下式所示：步骤七中对在Oi时间，可能存在的不完整的干扰数据包D0及ACK数据包对期望数据包的影响进行计算的方法为：分别分析ACK数据包和期望数据包的碰撞概率a0,n，D0中的元素与期望数据包的碰撞概率d0,n；若令N维向量W表示单干扰数据流与期望数据包的碰撞概率，则向量中的任一元素w_n的表达式为m＝N_max+N_s+N_A，其中a_0,n、d_0,n的表达式如下：步骤八中计算多干扰源共存条件下的误包率的方法为：误包率的计算依托于期望数据包不同位置的误码率，考虑到每小段的长度l与比特长度Tb的关系不确定，因此分两种情况进行计算：1)、若Tb≤l，则每一小段内存在多个比特数据，这些比特数据具有相同的误码率，因此用一个N维向量Pr,b表示期望数据包的误码率，N维向量Pr,b中任意元素Pr,b,n的表达式为：其中：Pb,i表示i个干扰同时存在时的误码率，其计算函数因采用不同的协议而不同，根据上面的式子获得期望数据包的误包率Pr,c为：2)、若T_b＞l，则数据包划分较细，每一比特持续时间较长，此时用N_b维向量V表示每一比特的平均碰撞概率，其中为期望数据包的比特数，向量V中的元素v_n：其中：则每一比特的平均误码：期望数据包的误包率为：