[发明专利]一种用于优先级无帧结构的ALOHA协议的性能分析方法

说明书

本发明公开了一种用于优先级无帧结构的ALOHA协议的性能分析方法，根据用户对时延的需求程度将用户分为不同优先级，时延需求越高的用户优先传输分组，为满足不同用户的接入时延需求，同时降低性能分析系统的平均时延；进一步，利用粒子群算法求解了优先级的无帧结构ALOHA协议的最佳时隙分配方案；该协议根据用户对时延的需求程度将用户分为不同优先级，时延需求越高的用户可以优先传输分组。进一步，利用粒子群算法求解了优先级的无帧结构ALOHA协议的最佳时隙分配方案。仿真验证了提出的理论分析，同时证明了相比无帧结构ALOHA协议，优先级无帧结构ALOHA协议的平均时延能够降低50％左右，同时满足用户对时延的不同需求。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体为一种用于优先级无帧结构的ALOHA协议的性能分析方法。

背景技术

随机多址接入协议是解决访问用户如何高效共享一个公共信道的技术。ALOHA协议是由美国夏威夷大学开发的一种网络协议。ALOHA采用的是一种随机接入的信道访问方式，处于OSI模型中的数据链路层。它属于随机存取协议(Random Access Protocol)中的一种。时隙ALOHA(Slotted ALOHA)协议是对纯ALOHA协议的一个改进，思想是用时钟来统一用户的数据发送。改进之处在于，它把频道在时间上分段，每个传输点只能在一个分段的开始处进行传送。用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，每次传送的数据必须少于或者等于一个频道的一个时间分段。这样很大的减少了传输频道的冲突。从而避免了用户发送数据的随意性，减少了数据产生冲突的可能性，提高了信道的利用率。时隙ALOHA是典型的随机多址接入协议之一，被广泛应用在卫星网络和蜂窝移动通信网络中。然而，由于用户随机传输分组，当接入用户数目较高时，时隙内分组产生碰撞的概率较高，产生碰撞的分组无法进行译码会被丢弃，碰撞的分组在之后的时隙重新传输，这样会导致系统的吞吐量时延等性能下降。1983年，Choudhury等人提出了DSA(Diversity Slotted ALOHA)协议，通过在不同时隙内传输两次相同的分组能够减少分组重传次数，降低用户时延，提高系统吞吐量。然而，虽然通过同一个分组传输2次的方式可以减少分组重传次数，但是会增加时隙内分组碰撞概率，串行干扰消除技术(SIC)通过将接收的信号按其强度从大到小进行排队，然后用户被依次解扩。一旦某个信号被检出，接收机将对该信号重构，再把它从接收信号中消除，从而减少对剩余信号的干扰，可以有效解决时隙ALOHA中时隙内多个分组碰撞不能译码的问题，提高系统容量。2007年，Casini等人提出了CRDSA协议，首次将SIC技术应用在S-ALOHA中，通过发端在传输周期内重复发送2次分组，接收端应用SIC技术对接收的分组进行译码的方式有效解决了时隙内分组碰撞不能译码的问题，减少了分组重传带来的时延，大幅度提高了系统性能。SIC技术在S-ALOHA协议中的应用极大地改变了随机多址接入协议的性能，推动了基于SIC的S-ALOHA协议的发展和研究，这些协议统称帧结构ALOHA协议。相比DSA协议，帧结构ALOHA协议可以大幅度提高系统吞吐量，但是由于串行干扰技术的引入，接受端的译码复杂度增加。2013年，Stefanovic等人首次将无速率码的思想应用到S-ALOHA协议的研究中，在帧结构ALOHA的基础上提出了无帧结构ALOHA协议。在无帧结构ALOHA协议中，传输周期根据基站即时反馈的译码情况变化，相比于帧结构ALOHA协议，无帧结构ALOHA协议可以减少时隙资源的浪费，提高信道利用率。基于无帧结构ALOHA传输周期灵活性，大量基于无帧结构ALOHA协议的系统性能分析被相继提出，这些研究大部分集中在对系统吞吐量的提升，鲜有关于无帧结构ALOHA协议时延性能的研究分析。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明实施例提供一种用于优先级无帧结构的ALOHA协议的性能分析方法，在无帧结构ALOHA协议的基础上提出了一种优先级的无帧结构ALOHA协议，通过将用户分优先级的方式可以满足不同用户的接入时延需求，同时降低系统的平均时延。本发明给出了优先级无帧结构ALOHA协议性能的理论分析并进行了仿真验证。同时，为了得到在满足高优先级用户时延需求的同时保证系统性能较优的时隙分配方案，本发明提出了基于粒子群(PSO)的时隙分配方法。