一种基于无源通信系统的上行链路吞吐量优化方法

摘要

本发明涉及无源系统的吞吐量优化方法，具体为一种提升无源通信系统上行链路吞吐量的优化方法。本方法从物理层和MAC层两个方面结合起来提升无源通信系统的上行链路吞吐量。物理层上是通过提取信道星座图信息，根据其簇的集中程度来对当前链路的编码方式和链路频率进行自适应调整，实现当前信道环境下吞吐量的最大化；MAC层是通过利用已有的标签所具有的信息代替RN16和句柄减少标签端能量的消耗提高吞吐量。通过将物理层和MAC层两方面的改进结合起来，实现WISP传感器数据到阅读器端的快速数据传输。

权利要求

1.一种基于无源通信系统的上行链路吞吐量优化方法，其特征在于包括物理层优化方法和媒体访问控制层优化方法，其中物理层优化方法包括以下步骤：

S1：根据EPCC1G2协议为上行链路提供的多种编码方案和链路频率，将由编码方案和链路频率所决定的数据传输速率划分为20个等级，并把初始的编码方案设置为FM0编码，同时采用最大的链路频率；

S2：然后利用通用软件无线电外设去周期性的监听真实的信道，提取出当前信道的星座图信息，根据星座图中簇的集中程度来作出编码方案和链路频率的自适应调整；

S3：在星座图中以M为圆心分别取半径为R1、R2和R3的圆；

S4：统计R1圆内，R2-R1的环形圈内，R3-R2的环形圈内点的个数以及R3圆内点的总个数；

S5：分别把各个区域内点的个数与R3圆内点的总个数相比；

S6：求出上述点数之比之间的方差，将这个方差作为度量每个星座图中簇的集中程度的度量值；

S7：将方差和设定的阈值比较，若方差值超过阈值设定，表明当前的信道下所采用的编码方式和链路频率已经不再合适，就向下逐级切换所采用的编码方式和链路频率，并重复步骤S2 S7，直至方差小于设定的阈值，从而实现当前信道下吞吐量的最大化；

~

媒体访问控制层优化方法包括以下步骤：利用标签端已经产生的随机时隙数来代替RN16，用句柄之前标签传输给阅读器EPC时已经产生的CRC16值来代替句柄，这样就可以减少标签端产生RN16和句柄的能量消耗，同样可以保证阅读器和标签之间一对一的正常通信。

说明书

一种基于无源通信系统的上行链路吞吐量优化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无源系统的吞吐量优化方法，具体为一种提升无源通信系统上行链路吞吐量的优化方法。

背景技术

[0002] 在物联网飞速发展的大背景下，可计算射频识别（CRFID，Computational Radio Frequency and Identification）平台将MCU、传感器集成于一体，因其兼具有无源、传感、通信与计算的优势而日益成为未来的发展之势，无线感知和识别平台（WISP，Wireless Identification and Sensing Platform）是当前应用最广泛的一种CRFID平台，WISP同已经得到广泛发展的RFID（Radio Frequency and Identification）一样遵循EPC global所制定的EPC C1G2协议，但因该协议设计之初只是针对RFID标签的EPC数据传输，并不适合大量数据的快速传输，而WISP因其传感、通信以及暂时性供电的特性需要尽快将大量的传感器数据（相对于EPC数据）传输到阅读器端。因此，针对这种需求，提升从WISP标签端到阅读器端的数据传输速率就非常有必要了。

发明内容

[0003] 本发明为了实现无源通信系统中从WISP标签端到阅读器端的大量数据的快速传输，提出了一种基于结合物理层和媒体访问控制层（MAC层）两个方面的改进来提升其吞吐量的优化方法，具体为一种基于无源通信系统的上行链路吞吐量优化方法。

[0004] 本发明是采用如下的技术方案实现的：一种基于无源通信系统的上行链路吞吐量优化方法，包括物理层优化方法和媒体访问控制层优化方法，其中物理层优化方法包括以下步骤：

[0005] S1：根据EPCC1G2协议为上行链路提供的多种编码方案和链路频率，将由编码方案和链路频率所决定的数据传输速率划分为20个等级，并把初始的编码方案设置为FM0编码，同时采用最大的链路频率（即将数据链路速率设为最大）；

[0006] S2：然后利用通用软件无线电外设（USRP, Universal Software  Radio Peripheral）去周期性的监听真实的信道，提取出当前信道的星座图信息，根据星座图中簇的集中程度来作出编码方案和链路频率的自适应调整；

[0007] S3：在星座图中以M为圆心分别取半径为R1、R2和R3的圆；

[0008] S4：统计R1圆内，R2-R1的环形圈内，R3-R2的环形圈内点的个数以及R3圆内点的总个数；

[0009] S5：分别把各个区域内点的个数与R3圆内点的总个数相比；

[0010] S6：求出上述点数之比之间的方差，将这个方差作为度量每个星座图中簇的集中程度的度量值；

[0011] S7：将方差和设定的阈值比较，若方差值超过阈值设定，表明当前的信道下所采用的编码方式和链路频率已经不再合适，就向下逐级切换所采用的编码方式和链路频率，并重复步骤S2 S7，直至方差小于设定的阈值，从而实现当前信道下吞吐量的最大化；~

[0012] 媒体访问控制层优化方法包括以下步骤：利用标签端已经产生的随机时隙数来代替RN16，用句柄之前标签传输给阅读器EPC时已经产生的CRC16值来代替句柄，这样就可以减少标签端产生RN16和句柄的能量消耗，同样可以保证阅读器和标签之间一对一的正常通信。

[0013] 本方法从物理层和MAC层两个方面结合起来提升无源通信系统的上行链路吞吐量。物理层上是通过提取信道星座图信息，根据其簇的集中程度来对当前链路的编码方式和链路频率进行自适应调整，实现当前信道环境下吞吐量的最大化；MAC层是通过利用标签已有的信息代替RN16和句柄减少标签端能量的消耗提高吞吐量。通过将物理层和MAC层两方面的改进结合起来，实现WISP传感器数据到阅读器端的快速数据传输。

附图说明

[0014] 图1为簇的集中程度解释图。

[0015] 图2为MAC层的协议改进图。

具体实施方式

[0016] 一种基于无源通信系统的上行链路吞吐量优化方法，物理层优化方法和媒体访问控制层优化方法。

[0017] 其中物理层优化方法包括以下步骤：

[0018] S1：EPC C1G2为上行链路提供了多种编码方案和链路频率以应对不同的信道状况，根据其提供的编码方案和链路频率划分为20个等级。考虑到要实现吞吐量的最大化，把初始的编码方案设置为FM0编码，并采用最大的链路频率（640kHz），不同编码方式和链路频率下所构成的20个数据速率等级表如下表所示；

[0019]编码方式 链路频率(kHz) 数据速率(kbps)
FM0 640,320,256,160,40 640,320,256,160,40
Miller2 640,320,256,160,40 320,160,128,80,20
Miller4 640,320,256,160,40 160,80,64,40,10
Miller8 640,320,256,160,40 80,40,32,20,5

[0020] S2：然后利用USRP去周期性的监听真实的信道，提取出信道的星座图信息，根据星座图中簇的集中程度来作出编码方案和链路频率的自适应调整；

[0021] S3：在星座图中以M为圆心分别取半径为R1、R2和R3的圆；

[0022] S4：统计R1圆内，R2-R1的环形圈内，R3-R2的环形圈内点的个数以及R3圆内点的总个数；

[0023] S5：分别把各个区域内点的个数与R3圆内点的总个数相比；

[0024] S6：求出上述点数之比之间的方差，将这个方差作为度量每个星座图中簇的集中程度的度量值；方差值越大，说明簇越分散；方差值越小，说明簇越集中；

[0025] S7：将方差和设定的阈值比较，若方差值超过阈值设定，表明当前的信道下所采用的编码方式和链路频率已经不再合适，就向下逐级切换所采用的编码方式和链路频率，并重复步骤S2 S7，直至方差小于设定的阈值，从而实现当前信道下吞吐量的最大化。~

[0026] 媒体访问控制层优化方法：由于从标签到阅读器端回复16位随机数（RN16）和句柄（handle）时会消耗一定的能量，而能量的消耗对于WISP这种能量紧缺型的标签来说，会因为其能量的不足而导致当前的传输任务中断影响其吞吐量，而RN16和句柄只是为了保证标签与阅读器之间的一对一通信，利用标签端已经产生的随机时隙数来代替RN16，用句柄之前标签传输给阅读器EPC时已经产生的CRC16值来代替句柄，这样就可以减少标签端产生RN16和句柄的能量消耗，同样可以保证阅读器和标签之间一对一的正常通信。