一种异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法技术

本发明专利技术提供了一种异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法，包括确定四类以时隙为单位的正在通信设备数量的状态转移矩阵，确定任一设备在给定接入条件下成功发送的数据分组长度的期望值以及下一时隙新加入的通信设备数的期望值，进而确定吞吐率。本发明专利技术可以对任意接入策略下的吞吐率进行准确预测，因此能够为异步多包接收机制下p坚持CSMA算法的有效实施提供帮助。

A Method for Determining the Throughput of p-Persistent CSMA in Asynchronous Multi-Packet Receiver System

The invention provides a method for determining the throughput of p-persistent CSMA in asynchronous multi-packet receiver system, including determining four kinds of state transition matrices of the number of active communication devices in time slots, determining the expected length of data packets successfully transmitted by any device under given access conditions, and the expected number of new communication devices added in the next slot, thereby determining the throughput. The invention can accurately predict the throughput under any access strategy, so it can provide help for the effective implementation of P persistent CSMA algorithm under asynchronous multi-packet receiver system.

【技术实现步骤摘要】
一种异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法
本专利技术涉及无线网络通信
，特别涉及一种异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法。
技术介绍
受益于分布式和可扩展的优势，载波侦听多接入(CSMA)算法被广泛应用于各种接入协议，例如IEEE802.11和IEEE802.15.4。CSMA算法的以往研究大多假设无线设备仅具有单包接收(SPR)能力，即无法同时成功接收多个互相干扰的数据分组。基于以上局限，M-多包接收(M-MPR)机制下的CSMA算法的成为近年来的研究热点。此种机制规定最多M个同时传输的数据分组可以被成功接收。尽管如此，大多数此类研究假设各数据分组只能同时开始传输，因此降低了M-MPR信道的利用率。显而易见，当数据分组长度不同时，M-MPR信道利用率将进一步恶化。针对此问题，Chan与Berger提出了p坚持CSMA下的自适应接入策略，允许各设备根据当前通信节点数设定发送概率。Babich与Comisso提出了IEEE802.11CSMA的自适应退避策略，允许各设备当通信节点数低于某一阈值时进行退避。众所周知，p坚持CSMA是众多CSMA算法的基础，尽管如此，目前尚无用于任意参数及任意接入策略的异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法，对不同接入策略下的吞吐率进行准确预测。实现本专利技术目的的技术方案为：一种异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法，具体步骤为：步骤1、根据以时隙为单位的正在通信设备数量的变化，确定四类状态转移矩阵，包括：当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵Sact＝[Sact(j|i)]、本设备在当前时隙发送数据且在本时隙末仍未结束通信的条件下，当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵Soni＝[Soni(j|i)]、下一时隙开始时刻的通信设备数为r并且本设备在下一时隙开始发送数据的条件下，当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵以及下一时隙开始时刻的通信设备数为r的条件下，当前时隙通信的设备数到下一时隙新加入的通信设备数的转移概率矩阵步骤2、确定任一设备在给定接入条件下成功发送的数据分组长度的期望值以及下一时隙新加入的通信设备数的期望值；步骤3、根据步骤2获得的成功发送的数据分组长度的期望值以及下一时隙新加入的通信设备数的期望值确定吞吐率。优选地，所述四类状态转移矩阵的确定方法具体为：S11、计算状态转移矩阵Sact＝[Sact(j|i)]，Sact(j|i)描述变量i至变量j的转移概率，满足0≤i≤N且0≤j≤N，转移概率计算公式为：N为网络中设备数；i为当前时隙通信的设备数，满足0≤i≤N；r为下一时隙开始时刻正在通信的设备数，满足0≤r≤i；k为下一时隙新加入的通信设备数，满足0≤k≤max(j-r,0)；j为下一时隙通信的设备数，满足0≤j≤N；数据分组长度服从参数为Λ的几何分布，1/Λ为数据分组在任一时隙传输完成的概率；pr为异步模式下的发送概率；S12、计算状态转移矩阵Soni＝[Soni(j|i)]，Soni(j|i)描述本设备在当前时隙发送数据且在本时隙末仍未结束通信的条件下，变量i至变量j的转移概率，满足0≤i≤N-1且0≤j≤N-1，转移概率计算公式为：S13、计算状态转移矩阵描述下一时隙开始时刻的通信设备数为r并且本设备在下一时隙开始发送数据的条件下，变量i至变量j的转移概率，满足r≤i≤N，转移概率计算公式为：Ki为归一化参数；S14、计算状态转移矩阵描述下一时隙开始时刻的通信设备数为r的条件下，变量i至变量k的转移概率，转移概率计算公式为：优选地，所述任一设备在给定接入条件下成功发送的数据分组长度的期望值以及下一时隙新加入的通信设备数的期望值的确定方法具体为：S21、计算长度为λ的数据分组成功传输的概率M为多包接收能力值；为在下一时隙开始时刻通信设备数r的不同取值情况下，当前时隙通信设备数的稳态分布，K为归一化参数；为下一时隙开始时刻的通信设备数为r以及本设备于下一时隙开始发送数据分组的条件下，下一时隙正在通信的设备数的概率分布，满足e＝[e(1),...,e(N)]，满足1≤i≤M时，e(i)取值为1；M＜i≤N时，e(i)取值为满足λ＝1时，λ＞1时，S22、根据数据分组成功传输的概率确定任一设备在给定接入条件下成功发送的数据分组长度的期望值，针对r的不同取值情况，本设备成功发送的数据分组长度期望Er[λsucc]可计算为：Plength(λ)＝1/Λ(1-1/Λ)λ-1为数据分组长度为λ个时隙的概率，满足λ≥1；S23、计算下一时隙新加入的通信设备数的期望值，针对r的不同取值情况，下一时隙新加入的通信设备数k的期望Er[k]可计算为：为下一时隙开始时刻的通信设备数为r，下一时隙新加入的通信设备数的概率分布，满足优选地，所述吞吐率的确定方法具体为：S31、计算所有待发送数据设备在下一时隙开始时刻通信设备数为r时，发送的数据分组对吞吐率的贡献Tr，满足S32、计算异步多包接收机制下p坚持CSMA算法的吞吐率：优选地，Tr的计算公式为：Tr＝Er[λsucc]·Er[k]为设备发送阈值。优选地，步骤2中的给定接入条件具体为：每个等待发送的设备在每个时隙开始时刻通过载波侦听获得当前通信设备数的信息，然后依据p坚持CSMA进行数据发送，不使用应答机制与重传机制；当每个等待发送的设备在时隙开始时刻感知到的通信设备数为r≤M-1时，每个设备以概率pr发送数据分组；否则在此时隙保持安静。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：通过本专利技术提出的分析方法，可以对不同接入策略下的吞吐率进行准确预测，因此能够为异步多包接收机制下p坚持CSMA算法的有效实施提供帮助。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为实施例1中三种策略随设备数N变化的吞吐率性能示意图。图3为r取值为不同情况的吞吐率贡献示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术提供一种异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法，所述机制包括共享一个信道的N个始终有数据待发送的设备，每个等待发送的设备在每个时隙开始时刻通过载波侦听检测当前通信设备数为0,1,...,M-1或≥M，当检测到的通信设备数为r≤M-1时，每个设备以概率pr发送数据分组，否则在此时隙保持安静。不使用应答与重传机制。每个设备任意数据分组的传输时间符合参数为Λ的几何分布，当且仅当其传输期间的任意时刻最多与其他M-1个数据分组发生碰撞时可以被成功接收。具体步骤为：步骤1、根据以时隙为单位的正在通信设备数量的变化，确定四类状态转移矩阵，包括：当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵Sact＝[Sact(j|i)]、本设备在当前时隙发送数据且在本时隙末仍未结束通信的条件下，当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法，其特征在于，步骤1、根据以时隙为单位的正在通信设备数量的变化，确定四类状态转移矩阵，包括：当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵Sact＝[Sact(j|i)]、本设备在当前时隙发送数据且在本时隙末仍未结束通信的条件下，当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵Soni＝[Soni(j|i)]、下一时隙开始时刻的通信设备数为r并且本设备在下一时隙开始发送数据的条件下，当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵

【技术特征摘要】
1.一种异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法，其特征在于，步骤1、根据以时隙为单位的正在通信设备数量的变化，确定四类状态转移矩阵，包括：当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵Sact＝[Sact(j|i)]、本设备在当前时隙发送数据且在本时隙末仍未结束通信的条件下，当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵Soni＝[Soni(j|i)]、下一时隙开始时刻的通信设备数为r并且本设备在下一时隙开始发送数据的条件下，当前时隙通信的设备数到下一时隙通信的设备数的转移概率矩阵以及下一时隙开始时刻的通信设备数为r的条件下，当前时隙通信的设备数到下一时隙新加入的通信设备数的转移概率矩阵步骤2、确定任一设备在给定接入条件下成功发送的数据分组长度的期望值以及下一时隙新加入的通信设备数的期望值；步骤3、根据步骤2获得的成功发送的数据分组长度的期望值以及下一时隙新加入的通信设备数的期望值确定吞吐率。2.根据权利要求1所述的异步多包接收机制下p坚持CSMA吞吐率的确定方法，其特征在于，所述四类状态转移矩阵的确定方法具体为：S11、计算状态转移矩阵Sact＝[Sact(j|i)]，Sact(j|i)描述变量i至变量j的转移概率，满足0≤i≤N且0≤j≤N，转移概率计算公式为：N为网络中设备数；i为当前时隙通信的设备数，满足0≤i≤N；r为下一时隙开始时刻正在通信的设备数，满足0≤r≤i；k为下一时隙新加入的通信设备数，满足0≤k≤max(j-r,0)；j为下一时隙通信的设备数，满足0≤j≤N；数据分组长度服从参数为Λ的几何分布，1/Λ为数据分组在任一时隙传输完成的概率；pr为异步模式下的发送概率；S12、计算状态转移矩阵Soni＝[Soni(j|i)]，Soni(j|i)描述本设备在当前时隙发送数据且在本时隙末仍未结束通信的条件下，变量i至变量j的转移概率，满足0≤i≤N-1且0≤j≤N-1，转移概率计算公式为：S13、计算状态转移矩阵描述下一时隙开始时刻的通信设备数为r并且本设备在下一时隙开始发送数据的条件下，变量i至变量j的转移概率，满足r≤i≤N，转移概率计算公式为：Ki为归一化参数；S14、计算状态转移矩阵描述下一时隙开始时刻的通信设备数为r的条件下，变量i至变量k的转移概率，转移概率计算公...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫傲宇，张杰，徐达，陈蕾，张一晋，束锋，桂林卿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32