本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及定向無線自組織網(wǎng)絡(luò)鏈路可用帶寬預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

無線自組織網(wǎng)絡(luò)因具有組網(wǎng)快速、靈活、可靠性高的特點，在民用和軍事領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)中音頻、視頻等帶寬敏感多媒體業(yè)務(wù)快速增多，在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中支持多媒體業(yè)務(wù)的傳輸吸引了越來越多人的關(guān)注。然而，無線自組織網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)帶寬資源有限，加之無線信道的共享特性和節(jié)點之間的相互干擾使得保障多媒體業(yè)務(wù)的通信服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)變得困難。在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中采用定向天線傳輸數(shù)據(jù)可有效提高網(wǎng)絡(luò)空分復(fù)用度、增大網(wǎng)絡(luò)總吞吐量、增強(qiáng)信號抗干擾能力，能夠為多媒體業(yè)務(wù)的QoS保障提供有效支撐。鏈路可用帶寬是指在不影響網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有業(yè)務(wù)QoS水平的前提下，鏈路收/發(fā)節(jié)點所能獲得的最大數(shù)據(jù)傳輸帶寬。緊密結(jié)合定向數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，有效預(yù)測定向信道接入控制(Medium Access Control，MAC)協(xié)議的鏈路可用帶寬是為定向無線自組網(wǎng)多媒體業(yè)務(wù)提供QoS保證的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的鏈路可用帶寬預(yù)測方法主要針對全向無線自組織網(wǎng)絡(luò)展開，按照是否發(fā)送探測包可以分為基于探測的預(yù)測方法和基于感知的預(yù)測方法?；谔綔y的鏈路可用帶寬預(yù)測方法要求節(jié)點通過向網(wǎng)絡(luò)中注入端到端的探測包來預(yù)測信道上的可用帶寬?；诟兄逆溌房捎脦掝A(yù)測方法通常僅利用本地獲得的帶寬利用信息來預(yù)測鏈路的可用帶寬。該類方法無需發(fā)送探測包，不占用網(wǎng)絡(luò)中的可用帶寬，不會對網(wǎng)絡(luò)中的已有業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響，因而與基于探測的預(yù)測方法相比，該類方法能夠獲得更加準(zhǔn)確的鏈路可用帶寬預(yù)測結(jié)果。

目前，尚未有研究工作針對定向無線自組織網(wǎng)絡(luò)中鏈路可用帶寬預(yù)測展開。與全向通信相比，在定向通信條件下，鏈路可用帶寬預(yù)測方法必須保證節(jié)點能夠預(yù)測每個天線波束上的可用帶寬，同時需要充分考慮節(jié)點“聾”問題、“定向隱終端”以及隱藏節(jié)點干擾等問題對定向鏈路可用帶寬預(yù)測的影響。本發(fā)明即緊密結(jié)合定向數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，提出適用于定向信道接入控制協(xié)議的鏈路可用帶寬預(yù)測方法，為定向無線自組網(wǎng)多媒體業(yè)務(wù)QoS保障提供支撐。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對定向無線自組織網(wǎng)絡(luò)中鏈路可用帶寬預(yù)測的難點，緊密結(jié)合定向數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，提出適用于定向信道接入控制協(xié)議的鏈路可用帶寬預(yù)測方法，為定向無線自組網(wǎng)多媒體業(yè)務(wù)QoS保障提供支撐。為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明所采用的步驟是：

步驟1：計算鏈路最大吞吐量，鏈路最大吞吐量是指在不存在干擾業(yè)務(wù)的情況下，無線自組織網(wǎng)絡(luò)鏈路層能獲得的最大吞吐量，將鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀大小與鏈路成功完成一次數(shù)據(jù)傳輸所需要的時間相比，得到鏈路最大吞吐量，并將鏈路最大吞吐量視為定向鏈路可用帶寬的上限值。

步驟2：節(jié)點通過載波檢測機(jī)制估算每個波束方向上的發(fā)送可用時長和接收可用時長，節(jié)點為每個天線波束維護(hù)獨立的用于統(tǒng)計可用時長的定時器，定時器定時長度設(shè)置為RTS幀和CTS幀的傳輸時間及兩個收發(fā)轉(zhuǎn)換時間之和，采用分段累加的方式統(tǒng)計發(fā)送可用時長和接收可用時長。

步驟3：計算發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點定向波束可用時長不同步的概率，同時結(jié)合定向鏈路可用帶寬的上限值，得到定向鏈路可用帶寬的初步估計值。

步驟4：計算由于信道忙發(fā)送節(jié)點不能發(fā)送RTS幀和接收節(jié)點不能應(yīng)答CTS幀，發(fā)送節(jié)點接收CTS幀或ACK幀沖突，接收節(jié)點接收RTS幀或DATA幀沖突以及節(jié)點“聾”問題造成的鏈路可用時長的浪費，并通過去除這七種情況對鏈路可用時長的浪費，計算得到定向鏈路可用帶寬的修正值。

本發(fā)明提出的定向無線自組織網(wǎng)絡(luò)鏈路可用帶寬預(yù)測方法已經(jīng)在EXata網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境中實現(xiàn)。考慮不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，將本發(fā)明提出的定向鏈路可用帶寬預(yù)測方法預(yù)測的定向鏈路可用帶寬理論值與定向鏈路可用帶寬仿真值進(jìn)行對比。仿真中鏈路可用帶寬觀測周期為1s，仿真時間為25s，信道傳輸速率為2Mbps。

附圖6給出了兩點拓?fù)湎露ㄏ蜴溌房捎脦捓碚撝蹬c仿真值的對比。仿真中在發(fā)送節(jié)點S和接收節(jié)點R有業(yè)務(wù)正在傳輸?shù)那闆r下，預(yù)測鏈路剩余可用帶寬。節(jié)點S和R已有業(yè)務(wù)負(fù)載由小到大遞增，鏈路剩余可用帶寬理論值和仿真值的比較如圖中所示，理論值與仿真值的一致性證明了本發(fā)明提出的算法在目標(biāo)鏈路已有業(yè)務(wù)傳輸?shù)那闆r下預(yù)測鏈路剩余可用帶寬的準(zhǔn)確性。

附圖7給出了“聾”問題干擾下定向鏈路可用帶寬理論值與仿真值的對比。仿真中考慮三個節(jié)點S、R、V，節(jié)點S和節(jié)點V分別位于節(jié)點R的不同天線波束上。在節(jié)點R已有業(yè)務(wù)正在向節(jié)點V傳輸?shù)那闆r下，預(yù)測節(jié)點S到節(jié)點R之間的鏈路可用帶寬。節(jié)點R和節(jié)點V之間的背景業(yè)務(wù)負(fù)載從100Kbps增大到1000Kbps，附圖7給出了定向鏈路(S，R)可用帶的理論值與仿真值的對比，理論值與仿真值的一致性證明了本發(fā)明提出的算法在節(jié)點“聾”問題干擾下預(yù)測定向鏈路可用帶寬的準(zhǔn)確性。

附圖8給出了方形拓?fù)湎露ㄏ蜴溌房捎脦捓碚撝蹬c仿真值的對比。仿真中，兩條背景業(yè)務(wù)鏈路位于正方形的一組對邊，目標(biāo)鏈路節(jié)點分別位于兩條背景鏈路中點，正方形邊長為400m。背景鏈路的業(yè)務(wù)負(fù)載量從50Kbps增加到500Kbps。附圖8給出了定向鏈路可用帶寬理論值與仿真值的對比，可以看出理論值與仿真值一致。

附圖9給出了隨機(jī)均勻拓?fù)湎露ㄏ蜴溌房捎脦捓碚撝蹬c仿真值的對比。仿真中將1500m×1500m的仿真區(qū)域均勻劃分為9個網(wǎng)格，整個仿真區(qū)域內(nèi)隨機(jī)均勻分布100個節(jié)點，目標(biāo)鏈路(S，R)處于中心的網(wǎng)格區(qū)域，發(fā)送節(jié)點S和接收節(jié)點R之間的距離為400m。同時，其它八個網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)均隨機(jī)建立一條相同負(fù)載的業(yè)務(wù)流作為背景業(yè)務(wù)流，每條業(yè)務(wù)流負(fù)載從50Kbps增加到500Kbps，在不同背景業(yè)務(wù)負(fù)載條件下觀測目標(biāo)鏈路的可用帶寬情況。從仿真結(jié)果可以看出，本發(fā)明提出的方法能準(zhǔn)確地預(yù)測出隨機(jī)拓?fù)渲胁煌?fù)載條件下目標(biāo)鏈路的可用帶寬。

附圖說明

圖1是定向信道接入控制協(xié)議傳輸周期示意圖；

圖2是收發(fā)節(jié)點可用時長不同步分析示意圖；

圖3是定向鏈路可用帶寬修正場景分析示意圖；

圖4是發(fā)送節(jié)點檢測到信道忙而不能發(fā)送RTS幀示意圖；

圖5是接收節(jié)點收完RTS幀時由于信道忙而放棄應(yīng)答CTS幀示意圖；

圖6是兩點拓?fù)湎露ㄏ蜴溌房捎脦捓碚撝蹬c仿真值的對比；

圖7是“聾”問題干擾下定向鏈路可用帶寬理論值與仿真值的對比；

圖8是方形拓?fù)湎露ㄏ蜴溌房捎脦捓碚撝蹬c仿真值的對比；

圖9是隨機(jī)均勻拓?fù)湎露ㄏ蜴溌房捎脦捓碚撝蹬c仿真值的對比。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

在后面的敘述中，將本發(fā)明提出的定向無線自組織網(wǎng)絡(luò)鏈路可用帶寬預(yù)測方法簡記為DABE(Available Bandwidth Estimation of Link Transmission based on Directional Antennas)。DABE首先規(guī)定了以下網(wǎng)絡(luò)模型：

(1)發(fā)送和接收節(jié)點通過RTS/CTS/DATA/ACK四次握手完成數(shù)據(jù)傳輸；

(2)RTS、CTS、DATA、ACK幀均為定向發(fā)送，接收節(jié)點通過全向偵聽接收RTS幀，CTS、DATA、ACK幀均為定向接收；

(3)發(fā)送節(jié)點發(fā)送完ACK幀或接收節(jié)點接收完ACK幀后即切換到全向偵聽狀態(tài)，直到再次定向發(fā)送RTS幀或者接收完RTS幀后定向應(yīng)答CTS幀。

本發(fā)明提出的定向無線自組織網(wǎng)絡(luò)鏈路可用帶寬預(yù)測方法已經(jīng)在無線網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境EXata中實現(xiàn)，并通過EXata環(huán)境中的仿真結(jié)果驗證了該方法的有效性。DABE方法具體實施步驟為：

步驟1：計算鏈路最大吞吐量。

鏈路最大吞吐量B_max是指在不存在干擾業(yè)務(wù)的情況下，無線自組織網(wǎng)絡(luò)鏈路層能夠獲得的最大吞吐量。定義鏈路收發(fā)節(jié)點成功完成一次數(shù)據(jù)傳輸所需要的時間為t，依據(jù)定向信道接入控制協(xié)議的規(guī)約可以得到B_max。具體方法如下：以附圖1所示鏈路(S，R)的信道接入過程為例，圖中完成RTS/CTS控制幀交互所需時間包括分布式幀間間隔DIFS(Distributed Inter Frame Space)、退避過程所經(jīng)歷的時間、傳輸RTS/CTS控制幀的時間和收發(fā)轉(zhuǎn)換時間間隔SIFS(Short Inter Frame Space)；完成數(shù)據(jù)幀傳輸和應(yīng)答所需時間包括傳輸DATA/ACK幀所需的時間和兩個SIFS時間。整個傳輸周期t可表示為：

t＝t_DIFS+t_BO+t_RTS+t_SIFS+t_CTS+t_DATA+t_ACK+2×t_SIFS (1)

其中，t_DIFS表示DIFS時長，t_SIFS表示SIFS時長，t_BO表示一次數(shù)據(jù)傳輸過程中退避過程所經(jīng)歷的平均時間，t_RTS、t_CTS和t_ACK分別表示傳輸RTS、CTS和ACK幀的時長，t_DATA為傳輸DATA幀的時長，L_DATA表示DATA幀的長度。

當(dāng)且僅當(dāng)鏈路(S，R)在每個傳輸周期t內(nèi)均可以成功進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，該鏈路才能獲得最大吞吐量，所以無線自組織網(wǎng)絡(luò)中一條鏈路能獲得的最大吞吐量B_max為：

最大吞吐量B_max即為無線自組織網(wǎng)絡(luò)中一條鏈路可用帶寬的上限值。

步驟2：節(jié)點統(tǒng)計每個波束方向上的發(fā)送可用時長和接收可用時長。

節(jié)點通過載波檢測機(jī)制估算每個波束方向上的發(fā)送可用時長和接收可用時長。節(jié)點為每個天線波束維護(hù)發(fā)送可用時長和接收可用時長變量，初始值均為0；并為每個天線波束維護(hù)獨立的用于統(tǒng)計可用時長的定時器，采用分段累加的方式統(tǒng)計發(fā)送可用時長和接收可用時長。定向信道接入控制協(xié)議中收發(fā)節(jié)點成功完成信道預(yù)約即可發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，因而DABE將可用時長定時器定時長度設(shè)置為t_RTS+t_CTS+2×t_SIFS時間。DABE判定某一天線波束i方向上信道可用的功率條件為：波束i上的噪聲功率P_noise(i)小于或等于信號接收門限P_rxTH。

開啟可用時長定時器的情況如下：

(1)初始預(yù)測開始，節(jié)點開啟所有滿足可用時長定時器開啟功率條件的天線波束方向上的定時器。

(2)當(dāng)前幀完成，如果當(dāng)前發(fā)送的為ACK幀，節(jié)點則開啟所有滿足可用時長定時器開啟功率條件的天線波束方向上的定時器；如果當(dāng)前發(fā)送的不是ACK幀，且當(dāng)前波束方向滿足可用時長定時器開啟功率條件，則開啟當(dāng)前波束的定時器，其它波束保持不變。

(3)當(dāng)前幀接收完成，如果當(dāng)前接收的為RTS幀，且當(dāng)前波束方向滿足可用時長定時器開啟功率條件，則開啟當(dāng)前天線波束的定時器。如果當(dāng)前接收的為ACK幀，節(jié)點則開啟所有滿足可用時長定時器開啟功率條件的天線波束方向上的定時器。

(4)發(fā)生沖突，如果當(dāng)前波束方向滿足可用時長定時器開啟功率條件，則開啟當(dāng)前天線波束的定時器。

(5)定時器超時，如果當(dāng)前波束方向滿足可用時長定時器開啟功率條件，則開啟當(dāng)前天線波束的定時器。

(6)噪聲變化，當(dāng)噪聲減少時，如果節(jié)點當(dāng)前不處于發(fā)送或接收狀態(tài)，且當(dāng)前噪聲功率小于或等于信號接收門限，并且該波束的定時器還未開啟，則開啟當(dāng)前波束定時器。

取消可用時長定時器的情況如下：

(1)節(jié)點發(fā)送幀時取消所有波束方向上的可用時長定時器。

(2)節(jié)點判定可以正確接收當(dāng)前到達(dá)的幀時，取消當(dāng)前波束方向上的可用時長定時器。

當(dāng)節(jié)點某一波束方向上的可用時長定時器超時時，節(jié)點將定時器時長累加到當(dāng)前波束方向上的發(fā)送可用時長和接收可用時長。每個觀測周期結(jié)束時，節(jié)點存儲該周期內(nèi)的可用時長信息，并開始下一個周期的可用時長統(tǒng)計，直到預(yù)測結(jié)束。

步驟3：計算發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點定向波束可用時長不同步概率，得到定向鏈路可用帶寬的初步估計值。

通過步驟2可以獲得每個觀測周期內(nèi)節(jié)點各天線波束的發(fā)送可用時長和接收可用時長，定向鏈路可用帶寬由發(fā)送節(jié)點發(fā)送波束對應(yīng)的發(fā)送可用時長和接收節(jié)點接收波束對應(yīng)的接收可用時長共同決定。發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置不同，受周圍節(jié)點的干擾情況也各不相同，導(dǎo)致了收發(fā)節(jié)點定向波束可用時長不同步的現(xiàn)象，而實際中只有在滿足發(fā)送節(jié)點發(fā)送波束可以發(fā)送，同時接收節(jié)點接收波束可以接收的條件下才能成功完成數(shù)據(jù)傳輸，即要求發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點定向波束的可用時長同步。

將目標(biāo)鏈路發(fā)送節(jié)點相應(yīng)發(fā)送波束可以發(fā)送，對應(yīng)接收節(jié)點相應(yīng)接收波束同時可以接收的可用時長定義為鏈路可用時長T_L。附圖2具體分析了發(fā)送和接收可用時長不同步的情況，其中T_L(n₁)和T_L(n₂)表示同一節(jié)點在一個觀測周期內(nèi)的第n₁和第n₂段鏈路可用時長。

對于由發(fā)送節(jié)點S和接收節(jié)點R組成的定向鏈路(S，R)，作如下定義：

T：觀測周期；

T_S(S，i)：發(fā)送節(jié)點S的第i個天線波束的發(fā)送可用時長；

T_R(R，j)：接收節(jié)點R的第j個天線波束的接收可用時長；

T_L(i，j)：定向鏈路(S，R)使用波束i發(fā)送、波束j接收時的鏈路可用時長；

CE1：鏈路發(fā)送節(jié)點S的天線波束i可以發(fā)送，但接收節(jié)點R的天線波束j不能接收的情況，對應(yīng)事件概率為P_CE1(i，j)；

CE2：鏈路發(fā)送節(jié)點S的天線波束i不能發(fā)送，而接收節(jié)點R的天線波束j可以接收的情況，對應(yīng)事件概率為P_CE2(i，j)。

DABE中，事件CE1的概率為發(fā)送端可以發(fā)送的概率與接收端不可以接收的概率之積，事件CE2的概率為發(fā)送端不可以發(fā)送的概率與接收端可以接收的概率之積，即

去除發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點可用時長不同步的部分，得到定向鏈路可用時長：

T_L(i，j)＝min{[1-P_CE1(i，j)]·T_S(S，i)，[1-P_CE2(i，j)]·T_R(R，j)} (5)

T_L(i，j)取T_S(S，i)和T_R(R，j)去除可用時長不同步部分后的較小值。所以，在每個觀測周期T內(nèi)，定向鏈路(S，R)可用帶寬的初步估計值DAB_pre(i，j)為：

步驟4：計算定向傳輸條件下干擾信號造成的鏈路可用時長的浪費，對定向鏈路可用帶寬進(jìn)行修正，得到鏈路可用帶寬的修正值。

在目標(biāo)鏈路接入網(wǎng)絡(luò)后，還需要考慮干擾信號導(dǎo)致的鏈路可用時長的浪費，從而引起鏈路可用帶寬的下降。DABE考慮了由于信道忙發(fā)送節(jié)點不能發(fā)送RTS幀和接收節(jié)點不能應(yīng)答CTS幀，發(fā)送節(jié)點接收CTS幀或ACK幀沖突，接收節(jié)點接收RTS幀或DATA幀沖突以及節(jié)點“聾”問題，最終通過去除這七種情況對鏈路可用時長的浪費，計算得到定向鏈路可用帶寬的修正值DABref。

附圖3給出了定向鏈路可用帶寬修正場景分析示意圖。對于目標(biāo)鏈路(S，R)，設(shè)信號定向發(fā)送、全向接收的傳輸距離為R_do，物理載波檢測距離為R_docs；信號定向發(fā)送、定向接收的傳輸距離為R_dd，物理載波檢測距離為R_ddcs；接收節(jié)點信號接收的沖突距離是R_co。修正場景分析示意圖被劃分為13個區(qū)域：A₁-A₁₃，定義區(qū)域S₁-S₆，且規(guī)定區(qū)域S_i(i＝1，2，…，6)不僅表示該區(qū)域發(fā)生的物理事件，還代表區(qū)域面積。

S₁：發(fā)送節(jié)點S檢測到信道忙而不能發(fā)送RTS幀，區(qū)域面積S₁＝A₁₀+A₁₁；

S₂：接收節(jié)點R全向接收RTS幀沖突，S₂＝A₄+A₅+A₁₂+A₁₃；

S₃：接收節(jié)點R接收完RTS幀時由于信道忙而放棄應(yīng)答CTS幀，S₃＝A₁+A₂；

S₄：發(fā)送節(jié)點S定向接收CTS幀沖突，S₄＝A₇+A₈；

S₅：接收節(jié)點R定向接收DATA幀沖突，S₅＝A₄+A₅；

S₆：發(fā)送節(jié)點S定向接收ACK幀沖突，S₆＝S₄。

根據(jù)雙線地面反射傳播層模型，接收節(jié)點R的接收功率為：

其中，d_SR為發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點間距離，P_t為發(fā)送功率，h_t、h_r分別代表發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點的天線高度，G_t和G_r是發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點的天線增益。由(7)式可知接收功率P_r與(1/d_SR)⁴成正比。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點采用統(tǒng)一的天線配置：全向天線增益為G_o，定向天線增益為G_d，信號接收門限為P_rxth，信號載波檢測門限為P_csth，則傳輸距離和物理載波檢測距離分別為：

定義信號能被正確接收的信噪比門限為SNR_th，假設(shè)節(jié)點S或R發(fā)送數(shù)據(jù)時，與節(jié)點S或R距離為r的其它節(jié)點同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點S或R發(fā)送的數(shù)據(jù)能被節(jié)點R或S正確接收的條件是：

定義滿足上述條件的r的最小值為沖突距離R_co，即有

以節(jié)點S或R為圓心，R_co為半徑的圓內(nèi)區(qū)域即為節(jié)點S或R的沖突干擾范圍。SNR_th取一定值時，沖突距離與鏈路收發(fā)節(jié)點間的距離d_SR成正比。當(dāng)d_SR較小時，節(jié)點的R_co會小于R_do；d_SR較大時，節(jié)點的R_co會大于R_dd，甚至大于節(jié)點的R_docs。下面依據(jù)附圖3所示場景來分析背景業(yè)務(wù)干擾對目標(biāo)鏈路(S，R)可用帶寬的影響。

(1)發(fā)送節(jié)點S檢測到信道忙而不能發(fā)送RTS幀

DABE判定某一天線波束上的噪聲功率小于或等于信號接收門限即認(rèn)為該天線波束方向上信道可用，而按照定向信道接入控制協(xié)議的規(guī)約，發(fā)送節(jié)點發(fā)送波束物理層狀態(tài)不為空閑時不能發(fā)送RTS幀，因而需要將因為信道忙而不能發(fā)送RTS幀的時間從節(jié)點發(fā)送可用時長中去除。如附圖3所示，節(jié)點發(fā)送波束的物理層不為空閑是因為區(qū)域S₁內(nèi)有節(jié)點向節(jié)點S所在的方向發(fā)送數(shù)據(jù)。一個觀測周期T內(nèi)，設(shè)節(jié)點S處于全向偵聽狀態(tài)時，區(qū)域S₁內(nèi)的節(jié)點向節(jié)點S所在的方向發(fā)送數(shù)據(jù)的總時間為T₁。此時，節(jié)點S的發(fā)送天線波束方向上的噪聲功率滿足：

P_csth＜P_noise＜P_rxth (12)

下面將定向鏈路可用時長T_L(i，j)用前文所述的T_L表示。為了計算T₁對T_L造成浪費的概率，先將T₁和T_L歸一化處理，得到歸一化的時長x₁和x_a，其值分別為T₁/T和T_L/T。定義定向鏈路(S，R)在一次數(shù)據(jù)傳輸中RTS幀的傳輸時間在總傳輸時間中所占的比率k₁為t_RTS/t，則k₁·x_a可視為鏈路(S，R)用于傳輸RTS幀的歸一化時間。根據(jù)統(tǒng)計得到的T₁的大小，發(fā)送節(jié)點S檢測信道忙而不能發(fā)送RTS幀可以分為附圖4中所示的兩種情形。

情形1：x₁＞(1-k₁·x_a)

k₁·x_a結(jié)束于最后的(1-x₁)時間段內(nèi)，將(1-x₁)時間段劃分為N等份，x₁結(jié)束于其中的任意一份的概率為1/N。設(shè)x₁結(jié)束于(1-x₁)的第i份，則發(fā)送節(jié)點S檢測信道忙而不能發(fā)送RTS幀的概率p₁表示為：

情形2：x₁≤(1-k₁·x_a)

根據(jù)x₁是否結(jié)束于最后的k₁·x_a時間段將此情形進(jìn)一步劃分為(a)和(b)兩類子情形。情形2(a)中，x₁結(jié)束于最后的k₁·x_a時間段內(nèi)，類似情形1中的計算，概率p_a1表示為：

情形2(b)中，x₁結(jié)束于(1-k₁·x_a)時間段內(nèi)，概率p_b1計算為：

結(jié)合子情況(a)和(b)，情形2中的概率p₁可表示為：

基于以上分析，綜合情形1和2，節(jié)點S檢測信道忙而不能發(fā)送RTS幀的概率p₁為：

(2)接收節(jié)點R全向接收RTS幀沖突

全向接收沖突功率門限P_doco為：

定向接收沖突功率門限P_ddco為：

接收節(jié)點R全向接收RTS幀時，區(qū)域S₂內(nèi)的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)會造成節(jié)點R接收RTS幀沖突。記節(jié)點R在全向偵聽過程中，偵聽到信號的接收功率大于全向沖突功率門限的總時長為T₂，其歸一化值x₂為T₂/T。由于區(qū)域S₂包含了區(qū)域S₅，而區(qū)域S₅內(nèi)的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)可能會導(dǎo)致R接收RTS幀或者DATA幀沖突，為了區(qū)分這兩種沖突，將t_RTS/(t_RTS+t_DATA)和t_DATA/(t_RTS+t_DATA)分別作為區(qū)域S₅內(nèi)的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)導(dǎo)致RTS幀和DATA幀沖突的比率。記以節(jié)點R為圓心，沖突距離R_co為半徑的圓的面積為S(R_co)，將引起RTS幀沖突的節(jié)點所在區(qū)域在S(R_co)中所占比例與x₂的乘積作為接收節(jié)點R全向接收RTS幀沖突的概率p₂，則p₂可以表示為：

(3)接收節(jié)點R接收完RTS幀時由于信道忙而放棄應(yīng)答CTS幀

節(jié)點R接收完RTS幀時，判斷信道空閑才能應(yīng)答CTS幀。節(jié)點R接收完節(jié)點S發(fā)送的RTS幀時，如果位于S₃扇形區(qū)域內(nèi)的節(jié)點恰好在向節(jié)點R所在的方向發(fā)送數(shù)據(jù)，則節(jié)點R將判斷信道忙而放棄應(yīng)答CTS幀。節(jié)點S因接收不到CTS幀而重傳，導(dǎo)致鏈路可用時長的浪費。

設(shè)區(qū)域S₃內(nèi)的節(jié)點向節(jié)點R所在的方向發(fā)送數(shù)據(jù)的總時長為T₃，其歸一化值x₃為T₃/T。區(qū)域S₃內(nèi)的節(jié)點向節(jié)點R所在的方向發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點R偵聽到的噪聲功率滿足P_csth＜P_noise＜P_rxth。將RTS幀接收結(jié)束時刻與x₃作比較，得到類似情況(1)中的三種情形，如附圖5所示。情形1中x₃開始于最初的(1-x₃)時間段，情形2(a)中x₃開始于最初的k₁·x_a時間段，情形2(b)中x₃開始于(1-k₁·x_a)時間段。只需將T₃替換(17)式中的T₁便可得到接收節(jié)點R接收完RTS幀時由于信道忙而放棄應(yīng)答CTS幀的概率p₃：

(4)發(fā)送節(jié)點S定向接收CTS幀沖突

發(fā)送節(jié)點S發(fā)送波束和接收節(jié)點R接收波束共同覆蓋的區(qū)域A₆內(nèi)的節(jié)點在目標(biāo)鏈路(S，R)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸時，在與節(jié)點S和R相對的波束上會一直處于接收狀態(tài)，不會對節(jié)點S或R的傳輸造成干擾。區(qū)域S₄內(nèi)的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)會造成節(jié)點S接收CTS幀或ACK幀沖突，結(jié)合沖突距離R_co，S₄可以表示為：

其中，m是節(jié)點天線波束數(shù)量。

當(dāng)R_co＜R_do時，區(qū)域S₄內(nèi)存在由于偵聽不到節(jié)點S發(fā)送的RTS幀和DATA幀導(dǎo)致“定向隱終端”問題的節(jié)點；當(dāng)R_co＞R_do時，區(qū)域A₅內(nèi)存在由于偵聽不到節(jié)點S發(fā)送的RTS幀和DATA幀導(dǎo)致“定向隱終端”問題的節(jié)點，區(qū)域A₄內(nèi)存在由于增益不對稱導(dǎo)致“定向隱終端”問題的節(jié)點。記節(jié)點S全向偵聽過程中發(fā)送波束上噪聲功率大于定向沖突功率門限P_ddco的信號持續(xù)總時長為T₄。由于S₄包含了CTS幀和ACK幀沖突，因而將t_CTS/(t_CTS+t_ACK)和t_ACK/(t_CTS+t_ACK)分別作為區(qū)域S₄內(nèi)的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)導(dǎo)致CTS幀和ACK幀沖突的比率，可以得到發(fā)送節(jié)點S定向接收CTS幀沖突的條件概率為：

(5)接收節(jié)點R定向接收DATA幀沖突

與CTS幀和ACK幀沖突類似，區(qū)域S₅內(nèi)的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)會導(dǎo)致節(jié)點R接收DATA幀沖突，且有S₅＝S₄。記節(jié)點R全向偵聽過程中接收波束上噪聲功率大于定向沖突功率門限信號發(fā)送的總時長為T₅，則接收節(jié)點R定向接收DATA幀沖突的概率為：

(6)發(fā)送節(jié)點S定向接收ACK幀沖突

根據(jù)情況(4)的分析，可以直接得到發(fā)送節(jié)點S定向接收ACK幀沖突的概率P₆：

(7)接收節(jié)點R參與背景業(yè)務(wù)導(dǎo)致的“聾”問題

節(jié)點S向節(jié)點R發(fā)送RTS幀時，如果節(jié)點R正在參與其它天線波束方向上的通信，無法應(yīng)答CTS幀，節(jié)點S則重傳RTS幀，造成鏈路可用時長的浪費。記節(jié)點R參與其它天線波束方向上通信的總時長為T₇。設(shè)節(jié)點R第i個天線波束方向上定向發(fā)送的總時間為T_sd[i]，定向接收的總時間為T_rd[i]，則T₇可以表示為：

其中，j表示節(jié)點R接收節(jié)點S發(fā)送的信號時的接收波束。節(jié)點“聾”問題導(dǎo)致鏈路可用時長損耗的概率p₇為：

上述七種情況降低了定向鏈路的可用帶寬，通過去除這七種情況浪費的鏈路可用時長，可以得到一個觀測周期T內(nèi)定向鏈路的可用帶寬修正值：

本發(fā)明申請書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。