[發(fā)明專利]基于相遇時間聯(lián)合估計的無線網(wǎng)絡(luò)流量轉(zhuǎn)運(yùn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710377380.4
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107148050B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董超;李智敏;王海;李艾靜;張磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W40/02;H04W48/16;H04W48/18
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 吳茂杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種同時具備數(shù)據(jù)傳輸時延小、數(shù)據(jù)傳輸耗費(fèi)低的基于相遇時間聯(lián)合估計的無線網(wǎng)絡(luò)流量轉(zhuǎn)運(yùn)方法。

背景技術(shù)

隨著智能手機(jī)、智能可穿戴設(shè)備等移動智能設(shè)備的普及，以及音頻和視頻流媒體、移動社交共享和基于云端的服務(wù)等各種新型業(yè)務(wù)的興起，全球移動數(shù)據(jù)總量持續(xù)增長。為了提升數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量，支持越來越多的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量，運(yùn)營商迫切需要改善蜂窩網(wǎng)絡(luò)的承載能力。升級無線接入網(wǎng)絡(luò)和核心基礎(chǔ)設(shè)施以提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)容量是應(yīng)對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量快速增長最直接的方法。對蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級擴(kuò)容大大增加了建設(shè)和運(yùn)營成本，但是運(yùn)營商可獲得的利潤增量卻是有限的，即利潤并不會隨著蜂窩網(wǎng)絡(luò)所能夠支持的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)總量的增長而同比增長。考慮到蜂窩網(wǎng)絡(luò)升級擴(kuò)容的巨大成本，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提出利用各種已有的無線接入技術(shù)降低蜂窩網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓力，即將原本需要宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)承載的流量轉(zhuǎn)運(yùn)到小蜂窩網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備到設(shè)備(Device to Device，D2D)通信網(wǎng)絡(luò)中。這種技術(shù)被稱為移動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)運(yùn)(Mobile Data Offloading)或者流量轉(zhuǎn)運(yùn)(Traffic Offloading)。當(dāng)前，流量轉(zhuǎn)運(yùn)問題得到了工業(yè)和學(xué)術(shù)界界的廣泛關(guān)注，全球主要的移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商如AT&T、Verizon、T-Mobile、Vodafone和Orange公司等都已經(jīng)在他們的蜂窩網(wǎng)絡(luò)內(nèi)增加了大量的WiFi熱點(diǎn)，以支持流量轉(zhuǎn)運(yùn)。思科公司統(tǒng)計報告指出，2016年60％的全球移動數(shù)據(jù)流量通過WiFi或者femtocell轉(zhuǎn)運(yùn)到了固定網(wǎng)絡(luò)上，并且平均每個月有10.7Exa字節(jié)流量轉(zhuǎn)運(yùn)到固定網(wǎng)絡(luò)中。

當(dāng)無線節(jié)點(diǎn)運(yùn)動時，它可能會超出WiFi網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能夠利用WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也相對有限。例如，對于高速公路上的移動用戶而言，路邊單元(Roadside Units，RSUs)可以為用戶提供WiFi接入服務(wù)，但是單個RSUs的覆蓋范圍相對較小，由于高速移動，用戶處于某個RSUs覆蓋范圍的時間有限。從用戶角度而言，使用WiFi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行流量轉(zhuǎn)運(yùn)能夠大大減小數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)用，因此，用戶希望盡可能通過WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。但是，由于每次WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸時間有限，用戶可能需要多次與WiFi網(wǎng)絡(luò)相遇才能完成數(shù)據(jù)傳輸，這將導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸時延較大。也就是說，當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動時，基于WiFi的流量轉(zhuǎn)運(yùn)中存在著傳輸耗費(fèi)與傳輸時延之間的取舍問題，即用戶需要根據(jù)傳輸耗費(fèi)與時延之間的關(guān)系決定是否使用WiFi網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)運(yùn)流量。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動時，估計WiFi網(wǎng)絡(luò)能夠轉(zhuǎn)運(yùn)的流量是用戶選擇轉(zhuǎn)運(yùn)策略的關(guān)鍵。在WiFi網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)運(yùn)能力的估計中，相遇間隔時間和相遇持續(xù)時間是兩個重要概念。相遇間隔時間的定義是用戶離開上一個WiFi網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍到進(jìn)入下一個WiFi網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之間的時間間隔，而相遇持續(xù)時間的定義是用戶在某個WiFi網(wǎng)絡(luò)中的停留時間。相遇間隔時間體現(xiàn)用戶與WiFi網(wǎng)絡(luò)的相遇頻率，相遇持續(xù)時間則直接決定相遇時WiFi網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。當(dāng)前的研究成果主要根據(jù)用戶與AP的相遇歷史記錄或者對用戶的移動建立馬爾可夫鏈模型來估計WiFi網(wǎng)絡(luò)的流量轉(zhuǎn)運(yùn)能力，這些方法大都假設(shè)在移動過程中節(jié)點(diǎn)每次與WiFi網(wǎng)絡(luò)的相遇持續(xù)時間保持不變。然而，節(jié)點(diǎn)的移動受到實(shí)際交通狀況等因素的影響，會引起相遇持續(xù)時間的動態(tài)變化?，F(xiàn)有的估計方法并不能適應(yīng)相遇持續(xù)時間的不確定變化。如果估計的相遇持續(xù)時間小于實(shí)際值，將錯失基于WiFi網(wǎng)絡(luò)的流量轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)會，造成數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)用較高；而如果估計的相遇持續(xù)時間大于實(shí)際值，將引起數(shù)據(jù)傳輸時延增大。

總之，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：由于節(jié)點(diǎn)移動造成節(jié)點(diǎn)與WiFi網(wǎng)絡(luò)相遇持續(xù)時間的不確定性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸時延大或數(shù)據(jù)傳輸耗費(fèi)高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于相遇時間聯(lián)合估計的無線網(wǎng)絡(luò)流量轉(zhuǎn)運(yùn)方法，同時做到數(shù)據(jù)傳輸時延小、數(shù)據(jù)傳輸耗費(fèi)低。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種基于相遇時間聯(lián)合估計的無線網(wǎng)絡(luò)流量轉(zhuǎn)運(yùn)方法，包括如下步驟：

(10)相遇時間估計：無線節(jié)點(diǎn)根據(jù)每組相遇間隔時間-持續(xù)時間對的權(quán)重，計算相遇間隔時間-持續(xù)時間對概率分布，并根據(jù)該概率分布，估計無線節(jié)點(diǎn)與WiFi熱點(diǎn)之間的相遇間隔時間和相遇持續(xù)時間；

(20)數(shù)據(jù)傳輸：根據(jù)節(jié)點(diǎn)與WiFi熱點(diǎn)之間的估計相遇間隔時間和估計相遇持續(xù)時間，評估各數(shù)據(jù)傳輸方法的效用期望，并選擇最大效用期望對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸方法進(jìn)行流量轉(zhuǎn)運(yùn)，傳輸數(shù)據(jù)；