基于模式与速率自适应选择的全双工无线网络数据传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线网络数据传输技术领域，特别是一种基于模式与速率自适应选择 的全双工无线网络数据传输方法。
【背景技术】
[0002] 传统的全双工接收机是虚拟的全双工通信，即必须在不同的时间或频率发送和接 收信号。因此，频谱并没有充分利用，如果在相同的时间和频率上同时实现收发双向通信， 即同频同时全双工通信，则可将频谱效率及系统容量最大提高一倍。
[0003] 当前，同频同时全双工无线网络的研宄刚开始起步，公开发表的研宄成果非常 少。2013年 7 月，美国自然科学基金会设立了"Foudations ofHierarchical Full-Duplex Wireless Networks"重点研宄项目，这是迄今为止美国自然科学基金会设立的第一个全 双工无线网络研宄课题，课题成员由俄亥俄州立大学、加州大学洛杉矶分校以及莱斯大学 的相关研宄人员组成，课题的领军人物莱斯大学的Sabharwal教授在全双工无线通信领域 已做出了大量研宄成果，实现了基于Wi-Fi通信体制的全双工无线网络。此外，Sabharwal 教授的研宄团队，根据Wi-Fi网络的特点，研宄实现了一种新的全双工无线网络MAC协议： FD-MAC。FD-MAC解决了与传统半双工终端的兼容性问题，改进了 MAC协议，最大化网络中 全双工无线通信的机会。全双工无线通信可以使单信道的通信容量翻倍，而全双工无线通 信应用到无线网络中，却不一定能够使网络的吞吐量翻倍。美国威斯康辛大学麦迪孙分校 的Xinyu Zhang教授对同频同时全双工Wi-Fi网络进行了无线网络容量的理论分析，研宄 结果表明如果不能设计有效的全双工MAC协议，全双工无线网络容量甚至比传统半双工网 络容量更低。该研宄结果也进一步表明，要将全双工无线通信技术应用推广到无线网络中， 必须从网络系统的角度出发，灵活运用同频同时全双工无线通信技术。
[0004] 速率自适应是无线网络中链路层的重要传输优化机制，其根据时变的信道状态为 每个待发送报文选择最优的物理层发送速率，即调制与编码方案（modulation and coding scheme，简称MCS)，进而优化传输性能。目前，速率自适应机制主要可分为两类：闭环和开 环。在闭环速率自适应机制中，接收方将其接收信道质量或最佳接收速率显式地反馈给发 送方，发送方根据接收到的反馈动态调整发送速率；在开环速率自适应机制中，发送方根据 探测的信道质量或历史统计信息估计当前的最佳发送速率。闭环速率自适应机制需要收发 双方紧密协作，不同生产厂商的无线网络设备之间彼此很难兼容。因此在实际使用中，广泛 采用的都是开环速率自适应机制。
[0005] 速率与模式（双工模式与MMO模式）的联合自适应问题是一个典型的探索与利 用问题。无线信道具有高度的时变特性，在通常情况下不具有稳定的概率统计特征，因此不 适用于经典的静态Multi-Armed Bandit学习方法。
[0006] 因此，现有技术存在的问题是：由于数据传输速率、MMO模式以及双工模式联合 自适应选择的解搜索空间大、算法收敛时间长，导致频谱效率低及系统容量小。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于模式与速率自适应选择的全双工无线网络数据 传输方法，有效提升频谱资源利用率，增加网络系统容量。
[0008] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于模式与速率自适应选择的全双工无 线网络数据传输方法，其特征在于，在下一帧数据传输前，确定包含调制与编码方案、多入 多出模式、双工模式的最佳组合，所述下一帧数据根据所述最佳组合确定的参数进行传输。
[0009] 本发明与现有技术相比，其显著优点：
[0010] 前期的研宄结果（Journal of Software，2015, 26(1) :98-108)表明，基于非静态 Multi-Armed Bandit学习方法可以很好地解决IEEE 802. Iln中速率、MMO模式以及信道 宽度的自适应选择问题。在该研宄成果的基础之上，本发明方法首先设计了 MCS、MM0模式 和双工模式组合的报酬函数，并基于分类回归树分别设计了 MCS、MMO模式以及双工模式 预测算法，进一步解决了速率、MIMO模式以及双工模式联合自适应选择的解空间较大、收敛 速度较慢的问题，提升了算法的实用性和可行性。
[0011] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明基于模式与速率自适应选择的全双工无线网络数据传输方法工作 原理图。
【具体实施方式】
[0013] 如图1所示，本发明基于模式与速率自适应选择的全双工无线网络数据传输方 法，在下一帧数据传输前，确定包含调制与编码方案（modulation and coding scheme，简 称MCS)、多入多出模式（Multiple Input Multiple Output，简称ΜΙΜΟ)、双工模式的最佳组 合，所述下一帧数据根据所述最佳组合确定的参数进行传输。
[0014] 所述确定最佳组合步骤包括：
[0015] (10)获取上帧传输结果：获取上一帧数据在其工作参数下的传输结果；
[0016] 在传输第一帧数据之前，需对系统初始化：即针对所有的m，s，w ;，设定参数μ m, S，w= 0, f m，S，w= 0，θ m，S，w= 0, P m，S，w= 0。
[0017] 所述（10)获取上帧传输结果包括：发送总帧数fm,s, w，帧中报文成功发送概率
[0018] P m,s,w和成功接收报文总数Θ m s w。其中，fm s w表示在MCS m、MM0模式s和工作 模式w条件下，发送总帧数，P 表示帧中报文成功发送概率，Θ ^ s w表示成功接收报文总 数，MCS为调制与编码方案，MMO为多入多出，M表示整个可用MCS集合{MI Hi1 <...< m J， m为其中元素，S表示MIMO模式集合{:空分