專利名稱：異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y 源分配系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)將包含多種無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，包括蜂窩通信系統(tǒng)、802. 16xWIMAX 等無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)、802. Ilx WLAN無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)及藍(lán)牙、Zigbee等無(wú)線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)。因此，異構(gòu) 及合作將是未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的重要特征。然而，如何利用網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，使得具有不同傳 輸能力的系統(tǒng)相互協(xié)同以共同為用戶服務(wù)，成為了當(dāng)前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)。當(dāng)前廣泛應(yīng)用于單一網(wǎng)絡(luò)中的單模終端，由于終端能力及網(wǎng)絡(luò)傳輸能力有限，并 不能支持所有業(yè)務(wù)，尤其是面向下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的多媒體業(yè)務(wù)，因此，在目前對(duì)異構(gòu)無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)的研究中，大多認(rèn)為用戶終端是多模終端，具備同時(shí)接入多個(gè)無(wú)線系統(tǒng)的能力。然 而，如果終端同時(shí)與多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)保持連接以傳輸數(shù)據(jù)，將需要多套工作于不同頻段、不 同功率的收發(fā)機(jī)，這對(duì)于功率受限及硬件復(fù)雜度受限的終端設(shè)備來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是極大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是擴(kuò)展設(shè)備終端可支持的業(yè)務(wù)種類，優(yōu)化系統(tǒng)性能。( 二 )技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)無(wú)線資源管理模塊以及終端側(cè)無(wú)線資源管理模塊，所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)無(wú)線 資源管理模塊包括業(yè)務(wù)分流單元，用于根據(jù)網(wǎng)絡(luò)承載能力以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的約束條件， 將一個(gè)業(yè)務(wù)分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流；業(yè)務(wù)控制單元，用于對(duì)所述多個(gè)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行處理，并將其 分別通過(guò)不同的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端側(cè)；所述終端側(cè)無(wú)線資源管理模塊包括協(xié)商單 元，用于識(shí)別設(shè)備終端接收到的業(yè)務(wù)子流，并將終到設(shè)備終端IP地址并非本設(shè)備終端IP地 址的業(yè)務(wù)子流轉(zhuǎn)發(fā)到所述業(yè)務(wù)子流相應(yīng)的終到設(shè)備終端。其中，所述業(yè)務(wù)控制單元進(jìn)一步包括封裝子單元，用于對(duì)于所述業(yè)務(wù)子流進(jìn)行封 裝，設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)位，填充其目的地址以及轉(zhuǎn)發(fā)地址。一種基于權(quán)上述異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系統(tǒng)的資源分配方法， 該方法包括步驟Si.根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的承載能力以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的約束，將一個(gè)業(yè)務(wù)流分為多個(gè)業(yè)務(wù) 子流；S2.對(duì)所述多個(gè)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行處理，并將其分別通過(guò)不同的接入網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端 側(cè)；S3.終端設(shè)備接收并識(shí)別接收到的業(yè)務(wù)子流，判斷接收到的業(yè)務(wù)子流的終到設(shè)備 終端IP地址是否為本設(shè)備終端IP地址，若不是，則將所述業(yè)務(wù)子流轉(zhuǎn)發(fā)至其相應(yīng)的終到設(shè)備終端。其中，在步驟Sl中，將一個(gè)業(yè)務(wù)流分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流的原則為使得系統(tǒng)整體傳 輸時(shí)延最小。其中，在步驟S2中，對(duì)所述多個(gè)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行封裝處理，其中，對(duì)于直接發(fā)送至終 到設(shè)備終端的業(yè)務(wù)子流，在封裝時(shí)，將轉(zhuǎn)發(fā)位設(shè)置為“0”，目的地址設(shè)置為終到設(shè)備終端IP 地址；對(duì)于發(fā)送到非終到設(shè)備終端的其他設(shè)備終端的業(yè)務(wù)子流，在封裝時(shí)，將轉(zhuǎn)發(fā)位設(shè)置為 “1”，填充包頭地址和轉(zhuǎn)發(fā)地址，所述包頭地址為接收所述業(yè)務(wù)子流的設(shè)備終端IP地址，所 述轉(zhuǎn)發(fā)地址為所述業(yè) 務(wù)子流的終到設(shè)備終端IP地址。其中，在步驟S3中，若終端設(shè)備識(shí)別業(yè)務(wù)子流的轉(zhuǎn)發(fā)位為“ 1 ”，則根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)地 址將所述業(yè)務(wù)子流轉(zhuǎn)發(fā)到所述終到設(shè)備終端。(三)有益效果本發(fā)明提出的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系統(tǒng)及方法，充分利用了 異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下各無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，將業(yè)務(wù)分為多個(gè)子流在不同的網(wǎng)絡(luò)上傳輸， 不僅可使得只支持單一網(wǎng)絡(luò)的單模終端能夠支持多種業(yè)務(wù)甚至是高數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)，還能 充分利用不同網(wǎng)絡(luò)的資源，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡，從而最優(yōu)化系統(tǒng)性能。


圖1為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配方 法流程圖；圖3(a)為本發(fā)明實(shí)施例的方法中直接發(fā)送到終端子系統(tǒng)中主設(shè)備終端的數(shù)據(jù)格 式圖；圖3(b)為本發(fā)明實(shí)施例的方法中發(fā)送給終端子系統(tǒng)中非主設(shè)備終端的數(shù)據(jù)格式 圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下無(wú)線廣域網(wǎng)與無(wú)線個(gè)域網(wǎng)相互協(xié)作、業(yè)務(wù) 分流及終端子系統(tǒng)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的不同資源分配方法下系統(tǒng)整體傳輸時(shí)延性能圖；圖6為只考慮廣域網(wǎng)系統(tǒng)間負(fù)載均衡的資源分配方法與本發(fā)明實(shí)施例的方法的 系統(tǒng)整體傳輸時(shí)延的性能對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系統(tǒng)及方法，結(jié)合附圖和 實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。本發(fā)明提出了終端子系統(tǒng)的概念，S卩，以業(yè)務(wù)最終到達(dá)的單模終端為主設(shè)備終端， 而其他連接于不同無(wú)線接入網(wǎng)的單模終端通過(guò)其他無(wú)線個(gè)域網(wǎng)與主設(shè)備終端相連。從網(wǎng)絡(luò) 側(cè)觀測(cè)，終端子系統(tǒng)具有多模終端所擁有的多連接特性，既同時(shí)與多個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)保持 連接，并能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)。如圖1所示，依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)無(wú)線資源管理模塊，即在網(wǎng)絡(luò)側(cè)部署的聯(lián)合無(wú)線資源管理實(shí)體(Common Radio Resource Management, CRRM)，位于各無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)之上，負(fù)責(zé)管理及分配包含多個(gè) 無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)的整體無(wú)線資源。在本發(fā)明中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的聯(lián)合無(wú)線資源管理模塊具體 包括業(yè)務(wù)分流單元(Traffic Splitter)及業(yè)務(wù)控制單元(TrafficController)。業(yè)務(wù)分流器用于根據(jù)網(wǎng)絡(luò)承載能力以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的約束條件，將一個(gè)大數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)合理 地分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流，其內(nèi)部署有資源分配策略，該策略遵循原則為使得系統(tǒng)整體傳輸時(shí) 延最小化；業(yè)務(wù)控制單元，由于未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)都是基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，因此，該模塊 根據(jù)業(yè)務(wù)分流單元的決策結(jié)果，根據(jù)業(yè)務(wù)子流是否發(fā)送至主設(shè)備終端而對(duì)進(jìn)行處理，封裝 不同的數(shù)據(jù)格式單元，以建立多網(wǎng)協(xié)作模式下的IP傳輸隧道，并將其分別通過(guò)不同的無(wú)線 接入網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端側(cè)，具體傳輸?shù)姆椒ㄔ谙挛闹羞M(jìn)行敘述。業(yè)務(wù)控制單元還包括封裝子 單元，用于對(duì)于業(yè)務(wù)子流進(jìn)行封裝，設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志位以及填充其終到設(shè)備終端地址以及轉(zhuǎn) 發(fā)地址。終端側(cè)無(wú)線資源管理模塊，即在終端側(cè)部署的聯(lián)合無(wú)線資源管理實(shí)體(Common Radio Resource Management, CRRM)，包括組成終端子系統(tǒng)的各單模設(shè)備終端，其接收并 識(shí)別接收到的業(yè)務(wù)流，當(dāng)讀取數(shù)據(jù)包中的標(biāo)志位為“1”，表明所接收到的業(yè)務(wù)流為業(yè)務(wù)子 流，然后將繼續(xù)讀取該數(shù)據(jù)包中的轉(zhuǎn)發(fā)地址字段，將業(yè)務(wù)子流按照該轉(zhuǎn)發(fā)IP地址發(fā)送到其 相應(yīng)的終到設(shè)備終端(即主設(shè)備終端)。在本發(fā)明中，為了盡可能少的對(duì)現(xiàn)有終端結(jié)構(gòu)進(jìn)行 調(diào)整和改變，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同及終端子系統(tǒng)的功能，對(duì)終端側(cè)的無(wú)線資源管理模塊進(jìn)行 升級(jí)，在終端設(shè)備增設(shè)協(xié)商單元，用于協(xié)調(diào)廣域網(wǎng)與個(gè)域網(wǎng)的同時(shí)連接，防止網(wǎng)絡(luò)間沖突， 識(shí)別接收到的業(yè)務(wù)子流，對(duì)業(yè)務(wù)子流的轉(zhuǎn)發(fā)做出處理，將其發(fā)送至相應(yīng)的設(shè)備終端。本發(fā)明還提供了一種基于上述系統(tǒng)的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配 方法，當(dāng)用戶請(qǐng)求具有大數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)時(shí)，由于單模終端及單個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的能力有限，不 能單獨(dú)承載該業(yè)務(wù)，將該業(yè)務(wù)切分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流，通過(guò)不同的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)將業(yè)務(wù)子流 發(fā)送到終端子系統(tǒng)中的不同單模終端；最后，業(yè)務(wù)子流在終端子系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)無(wú)線個(gè)域網(wǎng) 傳輸?shù)街髟O(shè)備終端。本發(fā)明的方法根據(jù)不同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的承載能力及網(wǎng)絡(luò)之間的約束條件， 將業(yè)務(wù)合理的分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流，分別在不同的網(wǎng)絡(luò)中傳輸，將這一資源分配方法歸納為 非線性最優(yōu)化問(wèn)題，通過(guò)Kuhn-Tucker條件得到全局最優(yōu)解，使得協(xié)作模式下的資源分配 能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡，最終使得系統(tǒng)整體傳輸時(shí)延最小化。如圖2所示為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式資源分配方法流程圖，該方法包括步驟Si.當(dāng)用戶請(qǐng)求具有大數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)(例如多媒體業(yè)務(wù))時(shí)，由于單模終端及單 個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的能力有限，不能單獨(dú)承載該業(yè)務(wù)，因此，業(yè)務(wù)分流單元根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的承載能力以 及不同網(wǎng)絡(luò)之間的約束，將該大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流，分配原則遵循使得系統(tǒng)整 體傳輸時(shí)延最小化；S2.業(yè)務(wù)控制單元對(duì)屬于該業(yè)務(wù)流的多個(gè)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行處理，并將其分別通過(guò)不 同的接入網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端側(cè)；S3.設(shè)備終端的協(xié)商單元接收并識(shí)別接收到的業(yè)務(wù)子流，判斷接收到的業(yè)務(wù)子流 的終到設(shè)備終端的IP地址是否為本設(shè)備終端的IP地址，若不是，則將該業(yè)務(wù)子流轉(zhuǎn)發(fā)至其相應(yīng)的終到設(shè)備終端。為了實(shí)現(xiàn)屬于同一業(yè)務(wù)的多個(gè)業(yè)務(wù)子流在不同的無(wú)線接入網(wǎng)中進(jìn)行傳輸，并最后 通過(guò)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)技術(shù)匯聚到主設(shè)備終端恢復(fù)成原有業(yè)務(wù)，本發(fā)明采用了全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架， 即所有無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)都是采用包交換(Packet Switch)。因此網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)IP地址識(shí)別不 同的設(shè)備終端，即設(shè)備終端可以通過(guò)分配的IP地址來(lái)識(shí)別。在步驟Sl中，當(dāng)大數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)側(cè)時(shí)，業(yè)務(wù)分流單元根據(jù)將業(yè)務(wù)分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流，并將分配結(jié)果告知業(yè)務(wù)控制單元。因?yàn)闃I(yè)務(wù)信息中包含其終到設(shè)備終端的 IP地址，因此，在步驟S2中，業(yè)務(wù)控制單元區(qū)別對(duì)待傳輸給終端子系統(tǒng)中主設(shè)備終端及其 他設(shè)備終端的業(yè)務(wù)子流，由封裝子單元對(duì)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行封裝處理，對(duì)于直接發(fā)送到主設(shè)備 終端的業(yè)務(wù)子流，在數(shù)據(jù)封裝時(shí)，目的地址使用主設(shè)備終端的IP地址，并將轉(zhuǎn)發(fā)指示標(biāo)志 位標(biāo)識(shí)為“0” ；對(duì)于發(fā)送到終端子系統(tǒng)中其他設(shè)備終端的業(yè)務(wù)子流，在數(shù)據(jù)封裝時(shí)，將填充 兩個(gè)地址，即包頭地址和轉(zhuǎn)發(fā)地址。包頭地址是接收該業(yè)務(wù)子流的設(shè)備終端的IP地址，而 轉(zhuǎn)發(fā)地址是該業(yè)務(wù)最終到達(dá)的主設(shè)備終端的IP地址。此外，還將轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志位標(biāo)識(shí)為“1”。當(dāng)終端側(cè)接收到數(shù)據(jù)后，在步驟S3中，協(xié)商單元將首先剝離包頭，讀取轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志 位，若轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志位為“ 1 ”，則繼續(xù)讀取轉(zhuǎn)發(fā)地址，并按照轉(zhuǎn)發(fā)地址將該數(shù)據(jù)發(fā)送到與該地址 相應(yīng)的設(shè)備終端；若轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志位為“0”，則無(wú)需轉(zhuǎn)發(fā)。如圖3(a)和3(b)所示為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的業(yè)務(wù)子流數(shù)據(jù)包格式說(shuō)明 圖。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的業(yè)務(wù)控制單元將根據(jù)圖3(a)和3(b)所給的數(shù)據(jù)包格式為不同的業(yè)務(wù)子流進(jìn) 行數(shù)據(jù)封裝。如圖3(a)所示，該圖給出了直接發(fā)送到終端子系統(tǒng)中主設(shè)備終端的數(shù)據(jù)格式，該 數(shù)據(jù)格式主要分為三部分?jǐn)?shù)據(jù)包頭包含主設(shè)備終端的IP地址；轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志位lbit，標(biāo)識(shí) 為“0” ；數(shù)據(jù)承載部分承載業(yè)務(wù)子流的IP數(shù)據(jù)包。如圖3(b)所示，該圖給出了發(fā)送給終端子系統(tǒng)中非主設(shè)備終端的數(shù)據(jù)格式，該數(shù) 據(jù)格式主要分為三部分?jǐn)?shù)據(jù)包頭包含兩個(gè)IP地址，首先是該非主設(shè)備終端的IP地址， 然后是主設(shè)備終端的IP地址；轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志位讓^，標(biāo)識(shí)為“1”;數(shù)據(jù)承載部分承載業(yè)務(wù)子流 的IP數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)側(cè)的業(yè)務(wù)控制單元首先根據(jù)第一個(gè)IP地址將封裝后的數(shù)據(jù)包發(fā)送到相應(yīng)接 入網(wǎng)的設(shè)備終端中，該設(shè)備終端中的協(xié)商模塊接收到數(shù)據(jù)后，首先讀轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)志位，若為“ 1 ”， 則在包頭中讀取第二個(gè)IP地址，并按照該地址將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到主設(shè)備終端。實(shí)施例圖4示出了本實(shí)施例中異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下無(wú)線廣域網(wǎng)與無(wú)線個(gè)域網(wǎng)相互協(xié)作、業(yè)務(wù) 分流及終端子系統(tǒng)的說(shuō)明圖。在該異構(gòu)無(wú)線環(huán)境中，有四種不同的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，分別記為 無(wú)線接入網(wǎng)1(簡(jiǎn)記為RAN1)、無(wú)線接入網(wǎng)2(簡(jiǎn)記為RAN 2)、無(wú)線接入網(wǎng)3 (簡(jiǎn)記為RAN 3) 及無(wú)線接入網(wǎng)4(簡(jiǎn)記為RAN 4)。其中，RAN URAN 2及RAN 3為無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)，RAN 4為 無(wú)線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)。而工作在三種不同無(wú)線廣域網(wǎng)中的終端設(shè)備分別為終端1(簡(jiǎn)記為MT 1)、 終端2 (簡(jiǎn)記為MT 2)及終端3 (簡(jiǎn)記為MT 3)，其中MT 1為主設(shè)備終端，其余設(shè)備終端通過(guò) 無(wú)線個(gè)域網(wǎng)RAN 4連接到MT 1，從而形成終端子系統(tǒng)。如圖所示，大數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)被分為三個(gè)業(yè)務(wù)子流，分別在三個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn) 行傳輸，除了直接傳輸?shù)街髟O(shè)備終端MT 1的業(yè)務(wù)子流外，其他兩條業(yè)務(wù)子流都必須通過(guò)無(wú)線廣域網(wǎng)與無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的協(xié)同傳輸而最終傳輸?shù)組T 1，如圖中鏈路2和鏈路3所示。本實(shí)施例所提的多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配方法是綜合考慮了不同無(wú)線廣域網(wǎng)的 承載能力及廣域網(wǎng)及個(gè)域網(wǎng)間的相互限制，從而得到了使得系統(tǒng)整體時(shí)延最小的業(yè)務(wù)分配 方法。以下將上述過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象和數(shù)學(xué)描述，并尋求最優(yōu)解。不失一般性，假設(shè)當(dāng)前到來(lái)的業(yè)務(wù)的速率為RMbps，而業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為 Lpbits，假設(shè)業(yè)務(wù)子流數(shù)據(jù)包到達(dá)設(shè)備終端的速率服從參數(shù)為λ的泊松分布，則有X=R/ Lp。此外，各無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的可用無(wú)線資源為對(duì))Mbps U=I,2,3 )，而各無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)速率 服從參數(shù)為= 1,2,3)的指數(shù)分布，則凡·=對(duì))/Lp。因此可以將業(yè)務(wù)子流在RAN 1,RAN 2及RAN 3的傳輸過(guò)程抽象為M/M/1排隊(duì)模型，其中，M為排隊(duì)論中約定俗成的表示方法第 一個(gè)M表示數(shù)據(jù)包的到達(dá)服從泊松分布，第二個(gè)M表示網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)時(shí)間服從指數(shù)分布，第三 個(gè)參數(shù)“ 1，，表示該排隊(duì)模型只有一個(gè)服從窗口。而對(duì)于功率受限的通信系統(tǒng)，節(jié)省功率的一個(gè)有效途徑就是提高單位能效的數(shù)據(jù) 吞吐量，而提高吞吐量在一定程度上取決于系統(tǒng)整體傳輸時(shí)延。時(shí)延較大的通信系統(tǒng)，在消 耗相同功率的情況下，其數(shù)據(jù)吞吐量小于系統(tǒng)平均時(shí)延較小的系統(tǒng)。因此，使得系統(tǒng)整體傳 輸時(shí)延最小化的目標(biāo)可以抽象為minDlotal(k)( 1 )其中λ = (A1, λ2，λ 3)，λ^ = 1,2,3)表示經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)分流單元后分到RANl， RAN 2及RAN 3中的業(yè)務(wù)子流的包到達(dá)速率。而Dttrtal ( λ )表示不同業(yè)務(wù)分配方案下的系統(tǒng) 總體時(shí)延。假設(shè)經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)分流單元后，業(yè)務(wù)分為三個(gè)子流，其數(shù)據(jù)速率分別為Ri (i = 1,2,3), 而業(yè)務(wù)子流速率與業(yè)務(wù)總速率的關(guān)系為 雖然業(yè)務(wù)子流在RAN 1，RAN 2及RAN 3的傳輸過(guò)程抽象為M/M/1排隊(duì)模型，但是 在經(jīng)過(guò)無(wú)線廣域網(wǎng)的傳輸后，業(yè)務(wù)子流的包到達(dá)速率是否仍然是泊松過(guò)程則不能確定。因 此，將給出下面定理以證明業(yè)務(wù)子流通過(guò)RAN 4的傳輸過(guò)程仍然可以抽象為M/M/1排隊(duì)模 型。定理1 一個(gè)顧客到達(dá)速率為Y，服務(wù)速率為μ的M/M/1隊(duì)列，如果Y < μ，則 當(dāng)該系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，顧客離開(kāi)的輸出過(guò)程是一個(gè)速率為Y的泊松過(guò)程。在本發(fā)明提出的資源分配方法中，業(yè)務(wù)子流分配時(shí)考慮各無(wú)線廣域網(wǎng)的承載能 力，因此，λ2< μ2, λ3< μ3。所以業(yè)務(wù)子流在通過(guò)RAN 2及RAN 3后，其輸出過(guò)程仍然 服從參數(shù)為入2及λ 3的泊松過(guò)程。由于RAN 4的服務(wù)速率服從參數(shù)為μ 4的指數(shù)分布，因 此，在鏈路2及鏈路3中，業(yè)務(wù)子流通過(guò)RAN 4進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程仍然可以抽象為M/M/1排隊(duì) 模型。因此，業(yè)務(wù)子流在鏈路2及鏈路3中的傳輸過(guò)程則可以抽象為兩個(gè)連續(xù)的M/M/1排 隊(duì)模型。以鏈路2為例，分析業(yè)務(wù)子流在鏈路2中傳輸?shù)臅r(shí)延，記為D2。假設(shè)狀態(tài)(n，m)表 示當(dāng)前鏈路2上在RAN 2中有η個(gè)數(shù)據(jù)包，在RAN 4中有m個(gè)數(shù)據(jù)包。根據(jù)排隊(duì)論相關(guān)定 理，RAN 2中的數(shù)據(jù)包數(shù)目與RAN 4中的數(shù)據(jù)包數(shù)目相互獨(dú)立，因此得到如下的概率分布
<formula>formula see original document page 8</formula>其中，Pn，m表示狀態(tài)(n，m)的概率。則鏈路2中平均的數(shù)據(jù)包數(shù)目L為<formula>formula see original document page 8</formula><formula>formula see original document page 8</formula>根據(jù)李特爾公式，則鏈路2上的平均時(shí)延D2為<formula>formula see original document page 8</formula>同理可以得到鏈路1及鏈路3的平均時(shí)延，因此，多網(wǎng)協(xié)作模式下資源分配的目標(biāo) 可以進(jìn)一步從式(1)演化為<formula>formula see original document page 8</formula>其中，<formula>formula see original document page 8</formula>如上式所示，多網(wǎng)協(xié)作下的資源分配問(wèn)題歸納為具有等式及不等式約束的非線性 目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)Kuhn-Tucker (K-T)條件進(jìn)行求解令式(5)中的優(yōu)化目標(biāo)為下面的多維函數(shù)<formula>formula see original document page 8</formula>之后，引入非負(fù)的拉格朗日乘子ω = {ω0, ω2，ω3}，將式(5)的等式約束及 不等式約束及優(yōu)化目標(biāo)都變成如下的新的拉格朗日函數(shù)<formula>formula see original document page 8</formula>定義 gi ( λ ) = μ j-λ ljg2(A ) =min(y 2, μ 4) - λ 2，及 g3 ( λ ) =η η(μ 3, μ 4)-λ 3。 根據(jù) K-T 條件，ω β (λ) = 0，(i = 1,2,3) ο 如果 μ ！=入1或 Xi = π η(μ ，μ4)，(i = 1，2，3)，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，為了滿足K-T條件，(Oi = 0(i = 1，2，3)。若ω0 =0，則拉格朗日乘子將失去其作用，因此(Oci Φ 0。
BL dL n對(duì)于任意i = 1，2，3，因?yàn)?lt;formula>formula see original document page 8</formula>，將得到下面的式子
<formula>formula see original document page 9</formula>
通過(guò)解方程組(8)，將得到Xq=UVXVX °3}，其被定義為K-T點(diǎn)。根據(jù)Κ_Τ 理論，若fUp λ2，λ3)是凸函數(shù)，而giU)是凹函數(shù)，并且&(入)在λ。= (A01, λ°2， 入°3}連續(xù)，則K-T點(diǎn)位全局最優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)上述公式，不難證明上述結(jié)論正確。因此λ。= {λ V λ°2, λ°3}是優(yōu)化問(wèn)題(5)的全局最優(yōu)解。本方案所提的多網(wǎng)協(xié)作模式下的資源分配方法可使得系統(tǒng)整體時(shí)延最小。圖5示出了不同資源分配方法對(duì)系統(tǒng)總體傳輸時(shí)延的性能圖。該圖給出了不同資 源分配結(jié)果下系統(tǒng)總體時(shí)延(對(duì)數(shù)值)的性能對(duì)比圖。圖6示出了只考慮廣域網(wǎng)系統(tǒng)間負(fù)載均衡的資源分配方法與本發(fā)明提出的資源 分配方法間關(guān)于系統(tǒng)總體傳輸時(shí)延的性能對(duì)比圖。對(duì)于只考慮廣域網(wǎng)間負(fù)載均衡的資源分 配策略，其分配方法為“<formula>formula see original document page 9</formula>
通過(guò)對(duì)比，顯然本發(fā)明所提出的資源分配方法具有更好的系統(tǒng)性能。本發(fā)明的方法還適用于有無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)參與的協(xié)作傳輸?shù)那?形，還可覆蓋多模終端的情況。以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)無(wú)線資源管理模塊以及終端側(cè)無(wú)線資源管理模塊，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)無(wú)線資源管理模塊包括業(yè)務(wù)分流單元，用于根據(jù)網(wǎng)絡(luò)承載能力以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的約束條件，將一個(gè)業(yè)務(wù)分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流；業(yè)務(wù)控制單元，用于對(duì)所述多個(gè)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行處理，并將其分別通過(guò)不同的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端側(cè)；所述終端側(cè)無(wú)線資源管理模塊包括協(xié)商單元，用于識(shí)別設(shè)備終端接收到的業(yè)務(wù)子流，并將終到設(shè)備終端IP地址并非本設(shè)備終端IP地址的業(yè)務(wù)子流轉(zhuǎn)發(fā)到所述業(yè)務(wù)子流相應(yīng)的終到設(shè)備終端。
2.如權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系統(tǒng)，其特征在于， 所述業(yè)務(wù)控制單元進(jìn)一步包括封裝子單元，用于對(duì)于所述業(yè)務(wù)子流進(jìn)行封裝，設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)位，填充其目的地址以及轉(zhuǎn)發(fā) 地址。
3.一種基于權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系 統(tǒng)的資源分配方法，該方法包括步驟51.根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的承載能力以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的約束，將一個(gè)業(yè)務(wù)流分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流；52.對(duì)所述多個(gè)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行處理，并將其分別通過(guò)不同的接入網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端側(cè)；53.終端設(shè)備接收并識(shí)別接收到的業(yè)務(wù)子流，判斷接收到的業(yè)務(wù)子流的終到設(shè)備終端 IP地址是否為本設(shè)備終端IP地址，若不是，則將所述業(yè)務(wù)子流轉(zhuǎn)發(fā)至其相應(yīng)的終到設(shè)備終端。
4.如權(quán)利要求3所述的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配方法，其特征在于， 在步驟Sl中，將一個(gè)業(yè)務(wù)流分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流的原則為使得系統(tǒng)整體傳輸時(shí)延最小。
5.如權(quán)利要求3所述的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配方法，其特征在于， 在步驟S2中，對(duì)所述多個(gè)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行封裝處理，其中，對(duì)于直接發(fā)送至終到設(shè)備終端的 業(yè)務(wù)子流，在封裝時(shí)，將轉(zhuǎn)發(fā)位設(shè)置為“0”，目的地址設(shè)置為終到設(shè)備終端IP地址；對(duì)于發(fā) 送到非終到設(shè)備終端的其他設(shè)備終端的業(yè)務(wù)子流，在封裝時(shí)，將轉(zhuǎn)發(fā)位設(shè)置為“ 1 ”，填充包 頭地址和轉(zhuǎn)發(fā)地址，所述包頭地址為接收所述業(yè)務(wù)子流的設(shè)備終端IP地址，所述轉(zhuǎn)發(fā)地址 為所述業(yè)務(wù)子流的終到設(shè)備終端IP地址。
6.如權(quán)利要求5所述的異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配方法，其特征在于， 在步驟S3中，若終端設(shè)備識(shí)別業(yè)務(wù)子流的轉(zhuǎn)發(fā)位為“1”，則根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)地址將所述業(yè)務(wù) 子流轉(zhuǎn)發(fā)到所述終到設(shè)備終端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下多網(wǎng)協(xié)作傳輸?shù)馁Y源分配系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)包括業(yè)務(wù)分流單元，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)承載能力以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的約束條件，將一個(gè)業(yè)務(wù)分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流；業(yè)務(wù)控制單元，對(duì)多個(gè)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行處理，并將其通過(guò)不同的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端側(cè)；終端側(cè)包括協(xié)商單元，識(shí)別設(shè)備終端接收到的業(yè)務(wù)子流，并將業(yè)務(wù)子流轉(zhuǎn)發(fā)到其相應(yīng)的終到設(shè)備終端。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法，充分利用了異構(gòu)無(wú)線環(huán)境下各無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，將業(yè)務(wù)分為多個(gè)子流在不同的網(wǎng)絡(luò)上傳輸，不僅可使得只支持單一網(wǎng)絡(luò)的單模終端能夠支持多種業(yè)務(wù)，還能充分利用不同網(wǎng)絡(luò)的資源，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡，從而最優(yōu)化系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)H04W28/18GK101827396SQ201010163109
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者孫雷, 張平, 沈東明, 田輝, 胡錚 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)