[发明专利]基于阻抗匹配的跨层优化系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于阻抗匹配的跨层优化系统及方法。

背景技术

在传统通信网络中，通信采用严格的层级架构，协议栈的每一层都有其特有的功能。譬如，物理层规定通信设备的机械的、电气的、功能的和规程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接，透明地传输比特流。数据链路层建立相邻节点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上无差错的传输，能实现物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。网络层将数据链路层的帧组成数据包，选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时传送。层级结构在传统通信网络和因特网网络中，确实取得了很大的成功。但是，无线网络由于其本身的固有属性，即无线信道的时变性和不确定性，传统的层级架构思想已不适用于无线通信网络。无线通信对层级结构设计的协议栈的合理性提出很大的挑战，表现在以下几个方面：

(1)动态信道特性

在无线传输中噪声、阴影效应多径衰落以及其他设备的干扰都会导致信道状态的不可预知。并且用户的移动性将会带来信道特性的改变，给信道估计和预测带来困难，从而无法以一种恒定的方式保证链路的高通信质量，只有根据信道状态灵活地调整协议栈的相关参数，才能有效适应信道的动态特性，而传统的协议结构很难做到这点。

(2)传统协议栈设计方式的低效性

无线通信环境具有快速变化的特性，而传统的协议结构是不灵活的，各层之间只能通过一个严格的方式进行通信，无法灵活地适应无线移动环境的变化，从而使得在设计协议栈时只能考虑其在通信条件最为恶劣的情况下进行工作，而不是自适应的改变以适应信道的变化，进而导致了协议栈无法对有限的频谱资源及功率资源进行有效的利用。

(3)不同服务的QoS需求不同

未来的网络中业务是多样的，不同的业务QoS需求都是不同的，例如实时多媒体服务对时延的要求很高，但是可以容忍一定程度的差错；而文件传输，它对差错敏感，而对时延却没有很高的要求，所以未来的无线网络必须能够提供多种QoS保证。

近年来，跨层设计被提出以用于解决这些问题。跨层设计是一种基于协议栈中多层之间信息交换和联合优化的方法，它利用了协议栈中各层之间的相关性，跨越层的界限，通过在各层之间传递特定的信息，比如环境参数、业务需求等，来协调协议栈各层之间的工作过程，使之与不断变化的无线通信环境相适应，从而使系统能够满足各种业务的不同需求。因此，对于通信环境和业务需求不断变化的移动多媒体通信系统，通过联合协议栈的两层或多层进行整体优化，可改善各层独立优化中的瓶颈和失准的现象，从而提升整个网络的性能。

目前无线通信网络中的跨层技术取得了很多研究成果。这些成果一般是针对无线网络的特定的通信场景，采取跨协议栈某几层(两层或三层或四层等)的方法，实现通信协议栈不相邻层的信息交互和合作，以应对无线传输过程中所产生的一些问题。

现有技术方案中，跨层技术多集中在Ad hoc网络中路由方法(跨物理层和网络层)，无线网络的无线资源管理和动态频谱分配问题(跨物理层和数据链路层)，无线链路的TCP传输(跨物理层和传输层)，无线网络的视频传输质量改善问题(跨物理层、数据链路层和应用层)等。这些跨层设计方法多针对具体的网络场景进行相应的设计，允许通信协议栈各层的相关信息参数进行直接信息交互，来改善系统性能，提高资源利用率，解决一些无线传输的特有问题。

虽然现有的跨层技术方案多种多样，但是，这些跨层设计方案都具有独立性和专属性，受约束于特定通信场景；换一种网络环境，所设计的跨层优化方案可能就不再适用。各方案之间的兼容性差，每种跨层方案都需有特殊的系统架构和通信机制来支持，多种跨层方案不能在同一个系统中实施。现有技术中，几乎没有研究跨层方案之间兼容性和融合性，并提供统一性管理和提高系统全局效能的机制和方法；多种跨层优化方案之间的协作调度和兼容问题尚未有相应的研究成果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对无线通信网络异构网络场景下的跨层方案之间的兼容性和融合性问题，致力于设计一种低复杂度的跨层管理系统和方法，实现无线通信网络的多场景下的跨层联合调度和协同管理，使得多种跨层方案能在系统内共存。

(二)技术方案