地下管廊无线网络的wifi6动态信道资源分配方法
技术领域
1.本发明涉及一种面向故障容忍的wifi6动态信道资源优化分配方法，属于动态资源划分的网络配置技术领域。
背景技术：2.随着电力互联网的发展，电力业务场景对通信质量的要求也在逐渐提高，尤其是在密集wifi场景下，多用户聚集在一个特定区域内，且各用户的业务需求的多样性，这不仅需要多个接入点，更要保证各用户的通信质量。各接入点的放置距离通常十分接近。近年来新发布的802.11ax协议与前几代ieee802.11系列标准相比，802.11ax首次引入了ofdma(orthogonal frequency division multiple access,正交频分多址)技术、mu-mimo(multi-user multiple-input multiple-output,多用户多输入多输出)技术以及目标唤醒时间twt(target wakeup time)技术等，其中ofdma技术，即正交频分多址技术，是其中最主要的技术之一。ofdma将信道划分为多个组，这些无线信道(子载波)形成了一个个的频率资源块，用户的数据会承载在这些资源块上，相比ieee802.11ac，它不会占用整个信道，从而实现了每个时间段内多个用户同时并行传输。如何利用wifi6的ofdma技术进行多接入点实现了全域强覆盖的前提下，实现动态信道资源优化分配，即使系统中出现某些节点故障时，无线网络也要提供连续高质量的服务。实现电力通信领域全域强覆盖下保证故障容忍已成为当下重要的研究方向。
技术实现要素：3.本发明要解决的技术问题是：能够在满足地下管廊多业务场景全域强覆盖的前提下保障网络出现单点故障时的各业务正常完成传输任务。
4.本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种地下管廊无线网络的wifi6动态信道资源分配方法,设定地下管廊无线网络全域强覆盖的所有终端sta均被无线节点ap信号覆盖，并且保证每个终端sta至少在两个无线节点ap的通信范围内,执行下步骤:
5.1)采用邻居监听对所述ap是否故障进行判断；
6.1.1)每一个ap周期接收邻居ap的信标帧，
7.1.2)是否邻居ap连续两个周期以上无法接收到该ap的信标帧，如果否，跳转步骤1.1)；如果是，将无法正常通信的sta计为集合并进入步骤2)；
8.2)对进行新ap的重连；
9.2.1)从覆盖范围内的ap捕获rss并进行降序排序；
10.2.2)在覆盖范围内筛选出满足约束条件公式(1)、(2)和(3)的ap集合；
[0011][0012]
[0013][0014]
上式(1)-(3)中，表示staj完成任务的时延阈值，staj是指所述无线网络中第j个sta，cj表示所述staj的信息传输速率，j表示所述无线网络中所有sta集合,b表示带宽大小,式(2)表示内的每个sta最多只能同时与一个ap保持连接，sinrj表示所述staj的信噪比；tj表示所述staj完成任务所需时延，tj用下式(4)表示，
[0015][0016]
式(4)中,dj表示所述staj的业务大小；
[0017]
2.3)选择一个满足下式(5)的邻居ap建立连接,
[0018][0019]
3)对与重连的新ap进行ru的重分配：
[0020]
3.1)首先，新ap通过tf帧触发传输向其覆盖范围内的所有sta进行调度和ru资源的分配请求；
[0021]
3.2)然后，新ap获得终端缓存信息和数据等后，根据下式(6)计算新ap覆盖范围内所有sta的调度效益函数，
[0022][0023]
式(6)中，α1是时延权重因子，α2是业务优先级权重因子，且满足α1+α2＝1，∑
j∈s(i)
tj表示当前ap下所有sta的时延之和，pj表示所述staj携带业务的优先级，∑
j∈s(i)
pj表示当前ap下所有sta的优先级之和；
[0024]
3.3)将调度效益函数进行升序排序；
[0025]
3.4)依次选择调度函数值最小的的sta进行ru资源分配。
[0026]
本发明的有益效果是：1、由于设计邻居ap监听信标帧的机制对ap工作状态进行监听，因此保证当某个ap出现故障后，设备快速接入新ap并提供服务，提高故障检测效率；2、由于设计面向时延和优先级的跨时隙ru分配方法，因此一旦检测到某个ap发生故障，针对时延和业务优先级为新加入的设备重新分配资源并提供服务。本发明在面向具体的地下管廊(如电力地下管廊)通信业务接入承载的资源分配和调度过程中，在满足全域强覆盖的前提下，通过定期信标帧的接收情况确认ap是否发生故障，判定ap故障后为设备重新选择接入点，并启用跨时隙故障恢复ru分配机制，为所有不同业务种类提供保证时延内的传输服务；从而尽最大可能满足故障ap下的业务正常传输需求。
附图说明
[0027]
图1是实施例中地下管廊无线网络的构架图。
[0028]
图2是图1中出现ap故障时的示意图。
[0029]
图3实施例步骤3.1)中采用txop内连续多帧传输模式的示意图。
[0030]
图4是实施例中对无法正常通信的sta进行ru资源分配结果的示意图。
具体实施方式
[0031]
实施例
[0032]
本实施例的一种地下管廊无线网络的wifi6动态信道资源分配方法涉及的某电力地下管廊无线网络包括有3个节点设备ap(access point的简称，指无线访问节点，如路由器等)和8个终端设备sta(指连接到无线网络的终端，如笔记本电脑、pda等)，3个ap分别是ap1、ap2和ap3，8个sta分别是sta1、sta2、sta3、sta4、sta5、sta6、sta7和sta8。每个sta都至少在两个ap的覆盖范围之内，每个ap占用20mhz带宽，且每个sta始终只与一个ap保持通信连接。
[0033]
如图1所示，ap1承担sta1和sta2的业务；ap2承担sta3、sta4和sta5的业务；ap3承担sta6、sta7和sta8的业务，且都能在一帧内调度完，则后续帧保持与第一帧相同的调度策略。
[0034]
本实施例的一种地下管廊无线网络的wifi6动态信道资源分配方法，包括执行以下步骤:
[0035]
1)采用邻居监听对3个ap(ap1、ap2和ap3)是否故障进行判断
[0036]
1.1)每一个ap周期接收邻居ap的信标帧，本实施例的一个ap周期取200毫秒。
[0037]
1.2)每一个ap的邻居ap是否连续两个周期以上无法接收到该ap的信标帧，如果否，跳转继续步骤1.1)；如果是，将无法正常通信的sta计为集合并进入步骤2)。
[0038]
比如，如图2所示，经过连续两个周期(400ms)，ap1和ap3都没有接收到ap2的信标帧，此时判断ap2发生故障，则将sta3、sta4和sta5计为集合
[0039]
2)对(sta3、sta4和sta5)进行新ap的重连
[0040]
2.1)从覆盖范围内的ap捕获rss(received signal strength,接收信号强度)并进行降序排序；
[0041]
比如，以sta3为例，sta3捕获ap1的rss是-50dbm，捕获ap3的rss是-40dbm，按照降序排序为ap3、ap1。
[0042]
2.2)(sta3、sta4和sta5)在覆盖范围内筛选出满足约束条件的下式(1)、(2)和(3)的ap集合；
[0043][0044][0045][0046]
上式(1)-(3)中，表示staj完成任务的时延阈值，staj是指无线网络中第j个sta。如对于sta3来说，取值为50us(微秒)；cj表示staj的信息传输速率，例如sta3与ap1的信息传输速率取值是72.2mbps；sta3与ap3的信息传输速率是29.3mbps；sta4和sta5与ap1、ap3的信息传输速率以此类推；j表示本实施例的无线网络中所有sta终端设备的集合，本实施例的j取值是8；b表示带宽大小，取值为20mhz(赫兹)。上式(2)表示内的每个sta最多只能同时与一个ap保持连接；sinrj表示staj的信噪比；tj表示staj完成任务所需时延，
＝α2＝0.5；∑
j∈s(i)
tj表示当前ap下所有sta的时延之和；pj表示staj携带业务的优先级，∑
j∈s(i)
pj表示当前ap下所有sta的优先级之和。
[0068]
经计算，
[0069][0070][0071]
3.3)将调度效益函数进行升序排序，本实施例的排序如下；
[0072]
u1《u3《u2，
[0073]
3.4)依次选择调度函数值最小的sta进行ru资源分配
[0074]
先对sta1进行资源分配，按所需速率大小分配4个ru资源块；然后对sta3进行资源分配，按所需速率大小分配3个ru资源块；最后对sta2进行资源分配，由于第一帧内资源不足以分配给sta2完成，因此跨时隙在第二帧内分配资源块，以此类推，循环直到第二个txop到来。sta终端ru资源分配结果如图2所示。
[0075]
对于重连的ap3的其他sta进行ru资源分配与上述ap1的sta1，sta2和sta3ru资源分配过程类同,此处不再赘述。
[0076]
本实施例的一个变化是，在步骤1.2)中，如果一段时间(如五分钟)后，ap1和ap3重新接收到到ap2发出的信标帧，则判断ap2是断电重启，返回步骤1.1)继续监听。
技术特征：1.一种地下管廊无线网络的wifi6动态信道资源分配方法,设定地下管廊无线网络全域强覆盖的所有终端sta均被无线节点ap信号覆盖，并且保证每个终端sta至少在两个无线节点ap的通信范围内,其特征在于执行下步骤:1)采用邻居监听对所述ap是否故障进行判断；1.1)每一个ap周期接收邻居ap的信标帧，1.2)是否邻居ap连续两个周期以上无法接收到该ap的信标帧，如果否，跳转步骤1.1)；如果是，将无法正常通信的sta计为集合并进入步骤2)；2)对进行新ap的重连；2.1)从覆盖范围内的ap捕获rss并进行降序排序；2.2)在覆盖范围内筛选出满足约束条件公式(1)、(2)和(3)的ap集合；在覆盖范围内筛选出满足约束条件公式(1)、(2)和(3)的ap集合；在覆盖范围内筛选出满足约束条件公式(1)、(2)和(3)的ap集合；上式(1)-(3)中，表示staj完成任务的时延阈值，staj是指所述无线网络中第j个sta，c
j
表示所述staj的信息传输速率，j表示所述无线网络中所有sta集合,b表示带宽大小,式(2)表示内的每个sta最多只能同时与一个ap保持连接，sinr
j
表示所述staj的信噪比；t
j
表示所述staj完成任务所需时延，t
j
用下式(4)表示，式(4)中,d
j
表示所述staj的业务大小；2.3)选择一个满足下式(5)的邻居ap建立连接,3)对与重连的新ap进行ru的重分配：3.1)首先，新ap通过tf帧触发传输向其覆盖范围内的所有sta进行调度和ru资源的分配请求；3.2)然后，新ap获得终端缓存信息和数据等后，根据下式(6)计算新ap覆盖范围内所有sta的调度效益函数，式(6)中，α1是时延权重因子，α2是业务优先级权重因子，且满足α1+α2＝1，∑
j∈s(i)
t
j
表示当前ap下所有sta的时延之和，p
j
表示所述staj携带业务的优先级，∑
j∈s(i)
p
j
表示当前ap下所有sta的优先级之和；3.3)将调度效益函数进行升序排序；3.4)依次选择调度函数值最小的的sta进行ru资源分配。
2.根据权利要求1所述地下管廊无线网络的wifi6动态信道资源分配方法，其特征在于：所述步骤1.2)中，如果五分钟后，ap1和ap3重新接收到到ap2发出的信标帧，则判断ap2是断电重启，返回步骤1.1)继续监听。3.根据权利要求1所述地下管廊无线网络的wifi6动态信道资源分配方法，其特征在于：所述步骤3.1)中，基于txop连续多帧传输的资源分配模式，在一个txop时间内，如果在一帧内完成不了所有任务的调度，则剩余设备在经历一个sifs时间间隔后，在同一个txop内中的下一帧继续进行传输，直到所有sta终端调度完。
技术总结本发明涉及一种地下管廊无线网络的WiFi6动态信道资源分配方法，属于动态资源划分的网络配置技术领域。该方法先采用邻居监听对AP是否故障进行判断；再对无法正常通信的STA进行新AP的重连；最后对与无法正常通信的STA重连的新AP进行RU的重分配。该方法在面向具体的地下管廊通信业务接入承载的资源分配和调度过程中，在满足全域强覆盖的前提下，通过定期信标帧的接收情况确认AP是否发生故障，判定AP故障后为设备重新选择接入点，并启用跨时隙故障恢复RU分配机制，为所有不同业务种类提供保证时延内的传输服务；从而尽最大可能满足故障AP下的业务正常传输需求。下的业务正常传输需求。下的业务正常传输需求。
技术研发人员：郦竞伟 刘少君 朱红 邵苏杰 韦磊 蒋承伶 杨光畅 郭少勇 陆忞 沙倚天 王文帝
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司
技术研发日：2022.06.08
技术公布日：2022/11/1
