[发明专利]多跳无线网络中的无线设备估计端到端延时概率特性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种延时概率特性估计方法，特别涉及一种多跳无线网络中的无线设备估计端到端延时概率特性的方法。

背景技术

多跳无线网络是一种网络连接方式，它使网络中不同的设备通过其他设备的交互与转发来完成彼此间的相互通信。图1为多跳无线网络的示意图，从无线设备1发送给无线设备4的数据包需要通过无线设备2和无线设备3的转发才能最终到达目的设备(无线设备4)。多跳无线的连接方式是对无线单跳连接方式的一种良好的补充，它使得两个在无线传输范围之外的无线设备通过这种多跳的方式彼此传递消息，使得数据的传输更加灵活和有效。同时，对比物理连接(通过网线，光纤等)带来的对大量的人力，物力和时间的消耗，和对网络的运营成本的提高，无线通信自身在网络部署上具备的便捷性使得这种多跳无线形式越来越多地得到了工业界的应用和学术界的重视。比如，

1.无线传感网(wireless sensor networks)的应用。无线传感网是一种比较典型的分布式网络。由于每个传感器(sensor)的覆盖范围不大，不同的传感器(sensor)，传感器(sensor)和汇聚点(sink)之间的数据传输往往需要通过这种多跳无线的方式来实现。现在，有很多针对无线传感网制定的标准，包括EnOcean，ZigBee，WirelessHART等等的标准。

2.无线回程传输网(wireless backhaul networks)的应用。无线回程网是一种在基站和基站控制器之间建立安全可靠的电路传输的手段。由于距离和发射功率的限制，很多公司采用点对点的微波中继的方法来保证带宽和延时的要求。

3.“无线最后一公里”的应用。“最后一公里”用来指代从通信服务商和用户终端的连接。而在众多“最后一公里”的解决方案里，无线宽带方案无疑是最有吸引力的一种。现在，包括IEEE 802.11s，IEEE 802.16j，IMT-Advanced在内的标准化组织都定义了多跳无线网络结构的应用场景，也逐步开始定义其在标准中的实施方案细则(无线设备在不同的标准有不同的称谓，如在IEEE 802.16j，和IMT-Advanced标准中，无线设备被称为中继(relay)，而在IEEE 802.11s中，无线设备则被称为mesh入口点(mesh portal point))，用来降低部署成本，解决小区边界覆盖及盲点的问题，和提高用户客户端的传输速率。

但是多跳无线网络也带来了很多新的问题。这使得在多跳无线网络下，对QoS保障(延时，丢包率，抖动)，较之传统的单跳环境下的QoS保障，成为了一个非常大的挑战。

为此，人们很早便开始了端到端的包延时研究。广义上说，端到端的包延时包括四个部分：1.包处理延时，2.电波传播延时，3.接入延时，4.包在队列中的等待延时。其中1类延时，2类延时和3类延时是相对固定的延时，并且相对与第4类延时来说，也是很小的。所以人们往往更加关注第4类延时。

1909年，丹麦数学家A.K.Erlang发表了名为“The Theory of Probabilities andTelephone Conversation”的文章，将分析排队系统理论化。之后的一个世纪里，排队论不断地完善，并成为一种可以准确分析数据包在排队系统中的等待延时的工具。但是用这种分析方式来分析数据包在一个某个无线设备上的延时统计情况时，人们往往需要预先知道输入过程(arrival process)的统计特性，这在实际系统中是非常难达到的。加之在处理多跳问题上，某个无线设备的输入过程(arrival process)特性往往是和别的无线设备相关的，这使得数据包在端到端的延时统计特性的分析变得非常复杂且不易于处理。

相比经典的排队论，网络积分是一种相对简单的分析排队延时的工具。网络积分的概念由R.Cruz在1991年第一次提出，之后CS.Chang和J.Le Bondec也对网络积分做出了非常大的贡献，使得该理论更加系统和完善，并使其被大量应用在ATM系统的分析上。网络积分仅需要本排队系统中输入曲线(arrival curve)和服务曲线(service curve)的特性来估计排队系统的性能，而不用去考虑本排队系统和其他排队系统的相关性。这种消除不同无线设备间的相关性使得不同无线设备之间相互独立的方法极大地方便了我们对多跳无线的分析。