【24华为杯数模研赛赛题思路已出】国赛B题思路丨附参考代码丨免费分享

2024年华为杯研赛B题解题思路

B题 WLAN组网中网络吞吐量建模

问题1

请根据附件WLAN网络实测训练集中所提供的网络拓扑、业务流量、门限、节点间RSSI的测试基本信息，分析其中各参数对AP发送机会的影响，并给出影响性强弱的顺序。通过训练的模型，预测每个AP的发送机会，即发送数据帧序列的总时长（seq_time），并通过测试集 test_set_1_2ap和test_set_1_3ap（仅提供模型输入信息）预测AP发送数据帧序列的总时长。可按照同频AP个数分类分析和分别建模，也可统一分析和建模。

除了发送机会外，WLAN网络吞吐量还取决于发送时所选用的PHY Rate以及数据帧的比特数。AP给不同STA发送数据所选用的（MCS, NSS），即PHY Rate，受传输方式和干扰情况影响。以两个AP传输一段时间为例，有以下三种情形：

a）仅有同步传输时，两个AP交替抢到信道，偶然同时发送。因此，STA接收数据时的干扰主要来自环境底噪，因而SINR高，AP选用的（MCS, NSS）较高，PHY Rate高。

b）当两个AP总是不互听时，STA接收数据时可能受到较小的邻区干扰和环境底噪。分析时，假设环境底噪可忽略，则STA的SINR为关联AP到该STA的RSSI与邻区AP到该STA的RSSI之差。以图3.1中AP1与AP2为例，AP1发送数据给STA1-2，AP2发送数据给STA2-1，那么STA1-2在接收来自AP1的信号时，受到来自AP2的干扰，其SINR为AP1到STA1-2的RSSI与AP2到STA1-2的RSSI之差，STA2-1同理。AP发送数据选用的（MCS, NSS）与SINR相关。

c）当两个AP的RSSI处于[PD, ED]或[NAV, PD]时，传输中出现由于错过Preamble而导致的异步传输，与同步传输混合。那么在同步传输阶段，STA接收数据时受到的干扰只有环境底噪，在异步传输阶段，干扰来自邻区AP和环境底噪。

可见，AP的AMC所选用的（MCS, NSS）不仅与SINR相关，同时也与AP的传输方式相关。

1.1题目分析

问题 1：分析并预测AP发送机会（发送时长）

分析：

本题要求根据实测数据中的网络拓扑、业务流量、节点间的RSSI信息等，分析哪些因素对AP发送机会的影响，并通过训练模型预测AP发送数据的帧序列总时长（seq_time）。这里的“发送机会”可以通过AP发送数据时长来表征。由于WLAN中AP竞争信道资源，随机回退机制和信道条件（RSSI、CCA门限）对AP的发送机会影响很大。

初步思路：

1. 数据预处理：提取影响发送机会的关键参数，如RSSI、信道门限、流量类型等。需要处理并清洗数据，尤其是RSSI信息。
2. 特征分析：利用相关分析或统计方法，分析不同特征（RSSI、业务流量、信道门限等）对发送时长的影响，得出特征的重要性排序。
3. 模型构建：可以选择机器学习算法（如随机森林、XGBoost）进行建模，训练模型预测AP的发送时长。由于AP数量不同，可能需要对同频AP数量进行分类建模。
4. 模型验证：通过测试集对模型进行验证，评估预测精度。

1.2解题思路

1. 问题分析与特征选择

我们要根据WLAN的实际测量数据，分析影响AP发送机会的因素，并建立模型来预测AP的发送时长。首先，从数据集可以获得的主要特征包括：

• RSSI (Received Signal Strength Indication)：表示接收信号强度，是影响信道质量的重要因素。
• 协议类型 (TCP/UDP)：不同的协议可能影响数据包的发送时机和丢包率。
• 包长度 (Packet Length)：数据包的大小可能影响传输时长。
• 竞争窗口 (Contention Window)：AP竞争信道的时间与AP的发送机会直接相关。
• NAV（Network Allocator Vector）门限：表示静默时长，可能对AP的信道使用机会产生影响。
• 干扰情况 (Interference)：AP之间的相互干扰影响各自的发送机会。

2. 发送机会的数学描述

AP的发送时长可以通过多个因素的函数来描述。假设AP的发送时长与信道空闲时间、AP间的干扰、竞争窗口、RSSI等因素相关，我们可以将AP发送时长建模为这些变量的函数。

令：

3. 竞争窗口的建模

AP 发送数据之前，需要通过竞争窗口机制进行信道争夺。竞争窗口的大小 CWi 是由AP 的竞争机制决定的，若碰撞发生，则CWi 逐渐增大。

竞争窗口可以描述为：