[发明专利]一种无线多跳网络缓冲队列的部署方法

摘要

本发明公布了一种无线多跳网络缓冲队列的部署方案，应用列车中央部署网关节点和车地通信设备用于和地面基站BS之间通信，每节车厢部署1个AP用于承载车内多用户的接入需求，车厢之间利用无线中继对进行无线连接，车厢内AP和车厢中继之间采用有线连接的列车车厢WiFi系统中；采用无线多跳网络中每跳数据传输的缓冲队列长度的设置问题，使得系统在满足最大端到端时延的前提下，尽可能降低了系统丢包率，从而达到系统资源配置与系统可接受的端到端QoE的平衡。

主权项

1.一种无线多跳网络缓冲队列的部署方法，适用于采用如下构造的列车车厢WiFi系统：列车中央部署网关节点和车地通信设备用于和地面基站BS之间通信，每节车厢部署1个AP用于承载车内多用户的接入需求，车厢之间利用无线中继对进行无线连接，车厢内AP和车厢中继之间采用有线连接；以一节车厢为一个子网络，将此多跳串联通信网络分解为多个子网络，通过业务离去分析和参数拟合的方法，将前一子网络的业务离去过程拟合为下一子网络的业务到达过程；此后，运用排队模型表征每个子网络的数据收发过程，为每个子网络设置不同的队列长度并求解对应的时延以及丢包率，再根据每个子网络的时延和丢包率计算端到端时延、丢包率以及QoE；选择其中满足业务端到端时延和丢包率限制，且使系统端到端QoE最优的队列长度作为各子网络的缓冲队列长度的合理值，达到系统资源配置与系统可接受的端到端QoE的平衡；具体实施步骤描述为：(1)业务源到达过程参数拟合：按照业务特征配置终端，利用LAMBDA算法将数据包到达过程拟合为二态马尔科夫调制的贝努利过程(Markov‑Modulated Bernoulli Process，MMBP‑2)模型，作为第一个子网络的业务到达过程；(2)子网络的业务离去过程分析和参数拟合：系统子网络中的数据包离去为当前数据包已被正确接收，包括多次重传后被正确接收，传输失败以及未被正确接收的过程不能称之为数据包的离去，对前一子网络的业务离去过程进行分析，得到平均离去率ρ_D、离去时间间隔的平方变差系数离去时间间隔的一阶自相关系数以及每个时隙内离去数据包数的一阶自相关系数φ_d(1)，通过这四个统计量表征离去过程的随机特性，并与MMBP‑2业务源模型的到达过程所对应的四个统计量平均到达率ρ_MMBP‑2、到达时间间隔的平方变差系数到达时间间隔的一阶自相关系数和每时隙到达顾客数的一阶自相关系数φ_MMBP‑2(1)联立求解，得到描述下一子网络的到达过程的参数值，该过程也为MMBP‑2业务源模型；实现将当前子网络的业务离去过程拟合为下一子网的业务到达过程；(3)分析单个子网络业务收发过程，计算其时延及丢包率：用三维离散时间马尔科夫链{(N(m),R(m),S(m)),m＝0,1,...}来描述子网络业务的状态空间，其中，N(m)表示在m时刻子网络中正在传输和等待传输的数据包总数，且N(m)＝0,1,2,...,K，K为缓冲队列最大长度，即最大队长；R(m)表示在m时刻子网络中正在传输数据包的当前重传次数；S(m)则表示在m时刻到达过程所处的状态；为每一个子网络设置不同的缓冲队长最大值，即不同的K值，根据排队理论，建立对应的状态转移矩阵并求解其队长的稳态分布；最后，计算得到子网络业务传输的平均队长L_i、每个数据包的平均传输时间T_avg，吞吐量S_i，时延W_i和丢包率计算公式如下：上列公式中：n表示在m时刻子网络中正在传输和等待传输的数据包总数；r表示在m时刻子网络中正在传输数据包的当前重传次数；s表示在m时刻到达过程所处的状态；P(n,r,s)表示队长的稳态分布；Ps表示数据首次传输成功概率；Prs表示数据重传时传输成功概率；α和β分别表示到达过程处于两个状态下的发包速率；σ表示服务失败概率；(4)其余子网络性能求解：对于剩余的每个子网络，重复步骤(2)，将其前一子网的业务离去过程拟合为该子网络的业务到达过程；重复步骤(3)，得到该子网络对应的各项性能指标；(5)端到端性能的计算及最佳队长获取：根据每个子网络的时延和丢包率计算端到端时延和丢包率，计算对应的端到端QoE，选取满足业务端到端时延和丢包率要求，且网络端到端QoE最优的缓冲队列长度，将其设为各子网络缓冲队列长度。