專利名稱：多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種延時(shí)概率特性估計(jì)方法，特別涉及一種多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法。
背景技術(shù)：
多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是一種網(wǎng)絡(luò)連接方式，它使網(wǎng)絡(luò)中不同的設(shè)備通過(guò)其他設(shè)備的交互與轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)完成彼此間的相互通信。

圖1為多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的示意圖，從無(wú)線設(shè)備1發(fā)送給無(wú)線設(shè)備4的數(shù)據(jù)包需要通過(guò)無(wú)線設(shè)備2和無(wú)線設(shè)備3的轉(zhuǎn)發(fā)才能最終到達(dá)目的設(shè)備(無(wú)線設(shè)備4)。多跳無(wú)線的連接方式是對(duì)無(wú)線單跳連接方式的一種良好的補(bǔ)充，它使得兩個(gè)在無(wú)線傳輸范圍之外的無(wú)線設(shè)備通過(guò)這種多跳的方式彼此傳遞消息，使得數(shù)據(jù)的傳輸更加靈活和有效。同時(shí)，對(duì)比物理連接(通過(guò)網(wǎng)線，光纖等)帶來(lái)的對(duì)大量的人力，物力和時(shí)間的消耗， 和對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本的提高，無(wú)線通信自身在網(wǎng)絡(luò)部署上具備的便捷性使得這種多跳無(wú)線形式越來(lái)越多地得到了工業(yè)界的應(yīng)用和學(xué)術(shù)界的重視。比如，1.無(wú)線傳感網(wǎng)(wireless sensor networks)的應(yīng)用。無(wú)線傳感網(wǎng)是一種比較典型的分布式網(wǎng)絡(luò)。由于每個(gè)傳感器(sensor)的覆蓋范圍不大，不同的傳感器(sensor)，傳感器(sensor)和匯聚點(diǎn)(sink)之間的數(shù)據(jù)傳輸往往需要通過(guò)這種多跳無(wú)線的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在，有很多針對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)制定的標(biāo)準(zhǔn)，包括EnOcean，ZigBee, WirelessHART等等的標(biāo)準(zhǔn)。2.無(wú)線回程傳輸網(wǎng)(wireless backhaul networks)的應(yīng)用。無(wú)線回程網(wǎng)是一種在基站和基站控制器之間建立安全可靠的電路傳輸?shù)氖侄?。由于距離和發(fā)射功率的限制， 很多公司采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的微波中繼的方法來(lái)保證帶寬和延時(shí)的要求。3. “無(wú)線最后一公里”的應(yīng)用?！白詈笠还铩庇脕?lái)指代從通信服務(wù)商和用戶終端的連接。而在眾多“最后一公里”的解決方案里，無(wú)線寬帶方案無(wú)疑是最有吸引力的一種。 現(xiàn)在，包括IEEE 802. lis, IEEE 802. 16j, IMT-Advanced在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化組織都定義了多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)景，也逐步開始定義其在標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)施方案細(xì)則(無(wú)線設(shè)備在不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的稱謂，如在IEEE 802. 16j，和IMT-Advanced標(biāo)準(zhǔn)中，無(wú)線設(shè)備被稱為中繼 (relay)，而在 IEEE 802. Ils 中，無(wú)線設(shè)備則被稱為 mesh入口點(diǎn)(mesh portal point))，用來(lái)降低部署成本，解決小區(qū)邊界覆蓋及盲點(diǎn)的問(wèn)題，和提高用戶客戶端的傳輸速率。但是多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也帶來(lái)了很多新的問(wèn)題。這使得在多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下，對(duì)QoS保障(延時(shí)，丟包率，抖動(dòng))，較之傳統(tǒng)的單跳環(huán)境下的QoS保障，成為了一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。為此，人們很早便開始了端到端的包延時(shí)研究。廣義上說(shuō)，端到端的包延時(shí)包括四個(gè)部分1.包處理延時(shí)，2.電波傳播延時(shí)，3.接入延時(shí)，4.包在隊(duì)列中的等待延時(shí)。其中1 類延時(shí)，2類延時(shí)和3類延時(shí)是相對(duì)固定的延時(shí)，并且相對(duì)與第4類延時(shí)來(lái)說(shuō)，也是很小的。 所以人們往往更加關(guān)注第4類延時(shí)。1909 年，丹麥數(shù)學(xué)家 A. K. Erlang 發(fā)表了名為"The Theory of Probabilities
4andTelephone Conversation”的文章，將分析排隊(duì)系統(tǒng)理論化。之后的一個(gè)世紀(jì)里，排隊(duì)論不斷地完善，并成為一種可以準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)包在排隊(duì)系統(tǒng)中的等待延時(shí)的工具。但是用這種分析方式來(lái)分析數(shù)據(jù)包在一個(gè)某個(gè)無(wú)線設(shè)備上的延時(shí)統(tǒng)計(jì)情況時(shí)，人們往往需要預(yù)先知道輸入過(guò)程(arrival process)的統(tǒng)計(jì)特性，這在實(shí)際系統(tǒng)中是非常難達(dá)到的。加之在處理多跳問(wèn)題上，某個(gè)無(wú)線設(shè)備的輸入過(guò)程(arrival process)特性往往是和別的無(wú)線設(shè)備相關(guān)的，這使得數(shù)據(jù)包在端到端的延時(shí)統(tǒng)計(jì)特性的分析變得非常復(fù)雜且不易于處理。相比經(jīng)典的排隊(duì)論，網(wǎng)絡(luò)積分是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的分析排隊(duì)延時(shí)的工具。網(wǎng)絡(luò)積分的概念由R. Cruz在1991年第一次提出，之后CS. Chang和J. Le Bondec也對(duì)網(wǎng)絡(luò)積分做出了非常大的貢獻(xiàn)，使得該理論更加系統(tǒng)和完善，并使其被大量應(yīng)用在ATM系統(tǒng)的分析上。網(wǎng)絡(luò)積分僅需要本排隊(duì)系統(tǒng)中輸入曲線(arrival curve)和服務(wù)曲線(service curve)的特性來(lái)估計(jì)排隊(duì)系統(tǒng)的性能，而不用去考慮本排隊(duì)系統(tǒng)和其他排隊(duì)系統(tǒng)的相關(guān)性。這種消除不同無(wú)線設(shè)備間的相關(guān)性使得不同無(wú)線設(shè)備之間相互獨(dú)立的方法極大地方便了我們對(duì)多跳無(wú)線的分析。有效容量(Effective Capacity)是吳大鵬教授在2002年，基于網(wǎng)絡(luò)積分提出的一種模型。吳大鵬教授同時(shí)通過(guò)大偏差理論(large deviation theory)提出了無(wú)線單跳環(huán)境下，恒定輸入流下的超出延時(shí)界概率的估算方法(具體可參見(jiàn)=Dapeng Wu and R. Negi, Effective capacity :a wireless link model for support of quality of service, Wireless Communications, IEEE Transactions on，vol.2，2003，pp.630-643.)。由于傳統(tǒng)的排隊(duì)論分析方法過(guò)于復(fù)雜，人們很多時(shí)候只是關(guān)注多跳下的平均延時(shí)和抖動(dòng)，或著只是局限于某種特殊的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如在文獻(xiàn)“Min Xie and Martin Haeggi,Towards anend-to—end delay analysis of wireless multihop networks,Ad Hoc Networks, vol. 7，2009，849-861 ”中，作者只是關(guān)注一維線性多跳下的端到端延時(shí)概率特性；而在文獻(xiàn):"Y. Chen, J. Chen, and Y. Yang, Multi-hopDelay Performance in Wireless Mesh Networks,MobiIe Networks and Applications, vol. 13,Apr. 2008,pp. 160-168，，中， 作者假設(shè)每一跳的延時(shí)概率特性都是相同且相互獨(dú)立的。而吳大鵬教授的有效容量模型也只是針對(duì)無(wú)線單跳環(huán)境下，恒定輸入流下的超出延時(shí)界概率的解決方案。此外，在參考文獻(xiàn)"Petr Jurcik，Anis Koubaa，et al，Real-Time Communications over Cluster-Tree Sensor Networks, tobe submitted to ACM Transactions on Sensor Networks，，中，作者運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)積分的方法獲得多跳情況下的延時(shí)下界。然而，以上的這些方法只是在某種程度上對(duì)多跳下的端到端延時(shí)概率特性給出解釋，但并不能在實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)中，對(duì)端到端的延時(shí)概率特性做出良好的判斷。因此，如何在實(shí)際的多跳網(wǎng)絡(luò)中對(duì)端到端的延時(shí)概率特性做出良好的評(píng)估，實(shí)已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)用的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法。為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法，包括步驟1)多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中每一無(wú)線設(shè)備監(jiān)測(cè)本地鏈路性能以獲得各自的數(shù)據(jù)包直接被服務(wù)從而其等待延時(shí)為0的概率參數(shù)Y和指數(shù)分布中的下降速度參數(shù)θ ；2)每一無(wú)線設(shè)備將各自的概率參數(shù)Y和下降速度參數(shù)θ在所述多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中予以廣播，以使各無(wú)線設(shè)備建立多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中每一無(wú)線設(shè)備與該無(wú)線設(shè)備的概率參數(shù)Y和下降速度參數(shù)θ的參數(shù)對(duì)照表；以及幻無(wú)線設(shè)備根據(jù)自身所建立的參數(shù)對(duì)照表、 和自身待發(fā)送至另一無(wú)線設(shè)備的數(shù)據(jù)包的路由，計(jì)算所述自身待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的端到端的超出延時(shí)界概率。
其中，無(wú)線設(shè)備可采用廠或
權(quán)利要求
1.一種多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法，其特征在于包括步驟1)多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中每一無(wú)線設(shè)備監(jiān)測(cè)本地鏈路性能以獲得各自的數(shù)據(jù)包直接被服務(wù)從而其等待延時(shí)為0的概率參數(shù)γ和指數(shù)分布中的下降速度參數(shù)θ ；2)每一無(wú)線設(shè)備將各自的概率參數(shù)Y和下降速度參數(shù)θ在所述多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中予以廣播，以使各無(wú)線設(shè)備建立多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中每一無(wú)線設(shè)備與該無(wú)線設(shè)備的概率參數(shù)Y和下降速度參數(shù)θ的參數(shù)對(duì)照表；3)無(wú)線設(shè)備根據(jù)自身所建立的參數(shù)對(duì)照表、和自身待發(fā)送至另一無(wú)線設(shè)備的數(shù)據(jù)包的路由，計(jì)算所述自身待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的端到端的超出延時(shí)界概率。
2.如權(quán)利要求1所述的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法， 其特征在于無(wú)線設(shè)備獲得數(shù)據(jù)包直接被服務(wù)從而其等待延時(shí)為0的概率參數(shù)Y的方法
3.如權(quán)利要求1所述的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法， 其特征在于無(wú)線設(shè)備獲得數(shù)據(jù)包直接被服務(wù)從而其等待延時(shí)為0的概率參數(shù)Y的方法
4.如權(quán)利要求2或3所述的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方
5.如權(quán)利要求4所述的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法，其特征在于還包括無(wú)線設(shè)備根據(jù)自身所建立的參數(shù)對(duì)照表計(jì)算數(shù)據(jù)包的平均延時(shí) 和延時(shí)抖動(dòng)的步驟，其中計(jì)算平均延時(shí)和延時(shí)抖動(dòng)的方法為 延時(shí)抖動(dòng)
6.如權(quán)利要求1所述的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法， 其特征在于無(wú)線設(shè)備計(jì)算超出延時(shí)界概率的方法為卷積方法，即如果i興j，O1^ θ j,
7.如權(quán)利要求1所述的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法，其特征在于無(wú)線設(shè)備計(jì)算超出延時(shí)界概率的方法為矩陣相乘法，即
全文摘要
本發(fā)明的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線設(shè)備估計(jì)端到端延時(shí)概率特性的方法，首先由多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中每一無(wú)線設(shè)備監(jiān)測(cè)本地鏈路性能以獲得各自的數(shù)據(jù)包直接被服務(wù)從而其等待延時(shí)為0的概率參數(shù)γ和指數(shù)分布中的下降速度參數(shù)θ，接著，每一無(wú)線設(shè)備將各自的概率參數(shù)γ和下降速度參數(shù)θ在多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中予以廣播，以使各無(wú)線設(shè)備建立多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中每一無(wú)線設(shè)備與該無(wú)線設(shè)備的概率參數(shù)γ和下降速度參數(shù)θ的參數(shù)對(duì)照表，最后無(wú)線設(shè)備根據(jù)自身所建立的參數(shù)對(duì)照表、和自身待發(fā)送至另一無(wú)線設(shè)備的數(shù)據(jù)包的路由，計(jì)算自身待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的端到端的超出延時(shí)界概率，經(jīng)仿真比較，本發(fā)明的方法和理論分析結(jié)果擬合良好，完全可以對(duì)多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下的端到端延時(shí)概率特性給出良好的解釋。
文檔編號(hào)H04W24/00GK102244876SQ201010172840
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者楊旸, 陳宇 申請(qǐng)人:上海無(wú)線通信研究中心