本發(fā)明涉及通信組網(wǎng)，特別涉及基于時(shí)延違反概率的分布式物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)優(yōu)化方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、空間鏈路的傳輸距離通常會(huì)達(dá)到上千公里，這不可避免地導(dǎo)致時(shí)延的增加，然而目前許多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求較為苛刻，給天地一體化網(wǎng)絡(luò)支持下的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，時(shí)延分析算法在這一背景下尤為重要。

2、由于排隊(duì)論和確定網(wǎng)絡(luò)演算等方法不能應(yīng)對(duì)通信系統(tǒng)中的多種不確定性因素，因此目前一般應(yīng)用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算來(lái)分析通信系統(tǒng)中的時(shí)延性能。不同于確定網(wǎng)絡(luò)演算，隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算引入了概率運(yùn)算，允許通信系統(tǒng)以一定的概率違背性能邊界。

3、現(xiàn)有技術(shù)考慮了實(shí)際傳輸場(chǎng)景中不可避免的信道衰落、業(yè)務(wù)到達(dá)和系統(tǒng)服務(wù)隨機(jī)性等因素，從而充分利用資源進(jìn)行通信組網(wǎng)，但是由于現(xiàn)有技術(shù)在編碼調(diào)制時(shí)，只有在碼長(zhǎng)趨于無(wú)限長(zhǎng)的情況下才能取得令人滿(mǎn)意的誤幀率，一旦碼長(zhǎng)增加，就會(huì)不可避免導(dǎo)致時(shí)延增加，造成組網(wǎng)效果較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于時(shí)延違反概率的分布式物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)優(yōu)化方法與系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有技術(shù)在編碼調(diào)制時(shí)，只有在碼長(zhǎng)趨于無(wú)限長(zhǎng)的情況下才能取得令人滿(mǎn)意的誤幀率，一旦碼長(zhǎng)增加，就會(huì)不可避免導(dǎo)致時(shí)延增加，造成組網(wǎng)效果較差的問(wèn)題。

2、本發(fā)明具體提供如下技術(shù)方案：一種基于時(shí)延違反概率的分布式物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)優(yōu)化方法，包括如下步驟：

3、使用多入多出非正交多址mimo-noma組網(wǎng)的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算模型獲取通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量；

4、將所述數(shù)據(jù)量中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信噪比snr域數(shù)據(jù)，并獲取snr域數(shù)據(jù)的時(shí)延表示，通過(guò)所述snr域數(shù)據(jù)的時(shí)延表示獲取時(shí)延違反概率；

5、使用重復(fù)碼和卷積碼作為高碼率編碼方案，并在碼長(zhǎng)不增加情況下，通過(guò)所述高碼率編碼方案處理時(shí)延違反概率；

6、通過(guò)處理后的時(shí)延違反概率指導(dǎo)資源分配方案，獲得優(yōu)化后的組網(wǎng)結(jié)果。

7、優(yōu)選的，使用多入多出非正交多址mimo-noma組網(wǎng)的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算模型獲取通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量，具體為：

8、獲取在 s時(shí)刻到 t時(shí)刻到達(dá)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量 a( s,t)，獲取在 s時(shí)刻到 t時(shí)刻通信系統(tǒng)提供服務(wù)的數(shù)據(jù)量 s( s,t)，以及獲取在 s時(shí)刻到 t時(shí)刻離開(kāi)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量 d( s,t)。

9、優(yōu)選的，將所述數(shù)據(jù)量中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為snr域數(shù)據(jù)，并獲取snr域數(shù)據(jù)的時(shí)延表示，包括如下步驟：

10、使用指數(shù)運(yùn)算對(duì)所述在 s時(shí)刻到 t時(shí)刻到達(dá)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量 a( s,t)、在 s時(shí)刻到 t時(shí)刻通信系統(tǒng)提供服務(wù)的數(shù)據(jù)量 s( s,t)和在 s時(shí)刻到 t時(shí)刻離開(kāi)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量 d( s,t)轉(zhuǎn)換，獲得snr域數(shù)據(jù)，具體表達(dá)式為：

11、。

12、其中，e為e指函數(shù)， u表示時(shí)刻s轉(zhuǎn)換后的參數(shù)，表示定義為，表示連乘，t表示時(shí)間，a( u)表示轉(zhuǎn)換后到達(dá)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量， s( u)表示轉(zhuǎn)換后通信系統(tǒng)提供服務(wù)的數(shù)據(jù)量， d( u)表示轉(zhuǎn)換后離開(kāi)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量，表示snr域的數(shù)據(jù)到達(dá)過(guò)程，表示snr域的數(shù)據(jù)服務(wù)過(guò)程，表示snr域的數(shù)據(jù)離開(kāi)過(guò)程；

13、其中，，，，，，。

14、通過(guò)所述snr域數(shù)據(jù)獲取snr域的時(shí)延表示 w( t)，具體表達(dá)式為：

15、。

16、其中，inf為最小值，sup為最大值，表示解卷積，表示0到 t+ u時(shí)刻的離開(kāi)數(shù)據(jù)量，當(dāng)u為0時(shí)的具體表達(dá)式為：

17、。

18、其中，表示卷積，表示snr域的數(shù)據(jù)到達(dá)量。

19、優(yōu)選的，通過(guò)所述snr域數(shù)據(jù)的時(shí)延表示獲取時(shí)延違反概率，包括如下步驟：

20、獲取時(shí)延違反概率的初始表達(dá)式，具體為：

21、。

22、其中， ω為忍受的最大時(shí)延，為時(shí)延違反概率的初始表達(dá)式；

23、對(duì)時(shí)延違反概率的初始表達(dá)式引入梅林變換，并結(jié)合切爾諾夫界，對(duì)所述時(shí)延違反概率進(jìn)行處理，獲得優(yōu)化后的時(shí)延違反概率；具體表達(dá)式為：

24、。

25、其中， v為梅林變換后的任意時(shí)刻參數(shù)，為 a( s,t)的梅林變換，為 s( s,t)的梅林變換， θ為相關(guān)相位；

26、通過(guò)單調(diào)遞增函數(shù)獲取時(shí)延違反概率的閉合表達(dá)式，包括：

27、將 p d( ω)定義為時(shí)延違反概率的上界，即：，并獲得優(yōu)化后的 p d( ω)；具體表達(dá)式為：

28、。

29、獲得矩生成函數(shù)；具體表達(dá)式為：

30、。

31、其中，e表示期望， η表示泊松分布參數(shù)；

32、獲得矩生成函數(shù)；具體表達(dá)式為：

33、。

34、其中， γ為信干噪比，，， q為泊松隨機(jī)變量，ε為誤幀率， n為碼長(zhǎng)，參數(shù)，和分別為兩個(gè)積分運(yùn)算， f( γ)為 γ的概率密度函數(shù)；

35、通過(guò)確定和的值獲得；具體表達(dá)式為：

36、。

37、其中， β為用戶(hù)數(shù)與天線(xiàn)數(shù)之比，常規(guī)參數(shù)、， n r為接收端天線(xiàn)數(shù)量， c l為系數(shù)集，為系數(shù)數(shù)量；

38、由于 p d( ω)是關(guān)于的單調(diào)遞增函數(shù)，獲取時(shí)延違反概率上界 p d( ω)的閉合表達(dá)式；具體表達(dá)式為：

39、。

40、其中，是的前n項(xiàng)和，即是的上界。

41、優(yōu)選的，所述使用重復(fù)碼和卷積碼作為高碼率編碼方案，包括如下步驟：

42、使用( n,1)的關(guān)系對(duì)表示重復(fù)碼，獲得碼率；其中， n為碼字序列長(zhǎng)度；

43、將一個(gè)卷積碼以 k個(gè)碼元為一組，編碼為 n比特，且編碼過(guò)程中與個(gè)信息段相關(guān)，將作為卷積碼的約束度，共關(guān)聯(lián) ×n個(gè)比特，獲得卷積碼（ n, k,）。

44、優(yōu)選的，所述使用( n,1)的關(guān)系對(duì)表示重復(fù)碼，還包括如下步驟：

45、獲取1 ×n的生成矩陣 g rep，具體表達(dá)式為：

46、 g rep=[1,1,...,1]。

47、獲取( n-1) ×n的校驗(yàn)矩陣；具體表達(dá)式為：

48、。

49、其中，前 n-1列的子矩陣為單位矩陣。

50、本發(fā)明提供一種基于時(shí)延違反概率的分布式物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

51、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于使用多入多出非正交多址mimo-noma組網(wǎng)的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算模型獲取通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量；

52、轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述數(shù)據(jù)量中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信噪比snr域數(shù)據(jù)，并獲取snr域數(shù)據(jù)的時(shí)延表示，通過(guò)所述snr域數(shù)據(jù)的時(shí)延表示獲取時(shí)延違反概率；

53、編碼模塊，用于使用重復(fù)碼和卷積碼作為高碼率編碼方案，并在碼長(zhǎng)不增加情況下，通過(guò)所述高碼率編碼方案處理時(shí)延違反概率；

54、組網(wǎng)優(yōu)化模塊，用于通過(guò)處理后的時(shí)延違反概率指導(dǎo)資源分配方案，獲得優(yōu)化后的組網(wǎng)結(jié)果。

55、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器及處理器，所述存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存有程序，所述程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器執(zhí)行上述一種基于時(shí)延違反概率的分布式物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)優(yōu)化方法的步驟。

56、本發(fā)明還提供一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的一種基于時(shí)延違反概率的分布式物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)優(yōu)化方法的步驟。

57、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

58、本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建mimo-noma組網(wǎng)的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算模型，并獲取通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量，將數(shù)據(jù)量中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為snr域和獲取snr域的時(shí)延表示，以及通過(guò)時(shí)延表示獲取時(shí)延違反概率，并使用低復(fù)雜度的重復(fù)碼和卷積碼作為高碼率編碼方案處理時(shí)延違反概率，因?yàn)楦叽a率編碼方案在處理在碼長(zhǎng)較長(zhǎng)的場(chǎng)景中具有強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力，通過(guò)低復(fù)雜度和高碼率的編碼形式提供更好的時(shí)延性能和更低的時(shí)間復(fù)雜度，在碼長(zhǎng)不變的情況下，可大大降低時(shí)延違反概率，提升時(shí)延性能，提出的方案能在支持大規(guī)模組網(wǎng)連接的同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可取得10?5級(jí)別的誤幀率fer。