專利名稱：基于多用戶協(xié)同的無線資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是ー種基于多用戶協(xié)同的無線資源分配方法，可以提高無線帶寬資源使用率，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)總呑吐量的方法。用于解決在無線局域網(wǎng)環(huán)境中由于用戶業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)變化的需求，導(dǎo)致系統(tǒng)分配給用戶的帶寬資源不合理的問題。
背景技術(shù)：
近年來，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)業(yè)務(wù)的要求不斷增長(zhǎng)，移動(dòng)通信的用戶量和業(yè)務(wù)量也在不斷增長(zhǎng)，因此，如何在有限的帶寬資源中為盡可能多的用戶業(yè)務(wù)服務(wù)已經(jīng)顯得十分重要了。然而，在現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，帶寬資源分配算法是ー種靜態(tài)的分配算法，即初始條件下，固定各個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)與基站之間通信所使用的帶寬資源，不考慮用戶業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)變化。這種算法導(dǎo)致某些用戶節(jié)點(diǎn)的帶寬資源短缺，而另外ー些用戶的帶寬資源未被充分使用。當(dāng)大量用戶業(yè)務(wù)分別接入到基站的不同信道吋，有些信道由于用戶業(yè)務(wù)沒有到達(dá)或者到達(dá)的用戶業(yè)務(wù)較少，就會(huì)處于空閑或者輕負(fù)荷狀態(tài)；與此同時(shí)，有些信道會(huì)因?yàn)橛脩魳I(yè)務(wù)到達(dá)的太多而導(dǎo)致帶寬資源不夠用，處于超負(fù)荷狀態(tài)。當(dāng)信道處于輕負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，就不能完全利用基站分配給此用戶的帶寬資源，這對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說是ー種資源的浪費(fèi)；當(dāng)信道處于超負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，有些新到達(dá)的用戶業(yè)務(wù)由于沒有可用帶寬資源，就不得不被丟棄，降低了網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶的服務(wù)。因此，為了滿足用戶業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)移動(dòng)性和帶寬資源需求量不斷増加的趨勢(shì)，必須很好的解決帶寬資源分配不合理的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
基站分配給用戶帶寬資源和用戶的業(yè)務(wù)需求量之間存在著嚴(yán)重的不匹配情況 (例如，某個(gè)時(shí)刻，ー些用戶業(yè)務(wù)的帶寬資源需求量很大，但是基站分配的帶寬資源量不能滿足這些用戶業(yè)務(wù)的帶寬資源需求量，而ー些用戶業(yè)務(wù)的帶寬資源需求量不大甚至為0，那么這些帶寬資源就被浪費(fèi)了)，本發(fā)明利用中繼用戶節(jié)點(diǎn)使得用戶可以智能的使用帶寬資源，減少這種不匹配現(xiàn)象的發(fā)生，從而最大化網(wǎng)絡(luò)總體呑吐量。本發(fā)明公開了ー種業(yè)務(wù)高速移動(dòng)情況下，基干“獎(jiǎng)罰策略”的信道資源分配的優(yōu)化算法，即基于多用戶協(xié)同的無線資源分配方法，用于提高網(wǎng)絡(luò)整體性能。其核心思想為當(dāng)系統(tǒng)分配給某個(gè)用戶的信道資源小于該用戶當(dāng)前的總業(yè)務(wù)需要吋，該用戶就向周圍的中繼用戶借用帶寬，并以借用的帶寬量和借用時(shí)間作為參數(shù)，對(duì)中繼用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資金獎(jiǎng)勵(lì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本發(fā)明可以最大化的使用有限的帶寬資源，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總的呑吐量。其具體實(shí)施步驟如下轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)之前用戶首先判斷自己的帶寬資源量是否夠用，如果不夠用就向周圍有剰余帶寬資源的用戶租用帶寬資源，租用的帶寬資源量取決于該用戶此刻的資金值、需要借用的帶寬資源量和中繼用戶的剩余帶寬資源，取三者中的小者；轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)期間由于用戶業(yè)務(wù)離開的隨機(jī)性，用戶對(duì)自己的剩余帶寬資源實(shí)時(shí)更新(業(yè)務(wù)離開就增加相應(yīng)數(shù)值，否則保持不變)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)剩余帶寬資源可以為被中繼用戶服務(wù)的業(yè)務(wù)服務(wù)時(shí)，就停止使用中繼用戶轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并給予中繼用戶相應(yīng)的資金獎(jiǎng)勵(lì)，自己的資金減少相應(yīng)值。上述基于獎(jiǎng)罰策略的協(xié)同通信中，“借用的實(shí)際帶寬資源”為用戶此時(shí)間段的資金值、需要借用帶寬資源和中繼用戶剩余帶寬資源中的最小者，目的是為了滿足用戶可以為中繼用戶付相應(yīng)的費(fèi)用，當(dāng)資金不足時(shí)，用戶就不能向中繼用戶借用帶寬，有效的防止了網(wǎng)絡(luò)中某些用戶無休止的占用中繼用戶帶寬的自私行為。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1)每個(gè)用戶根據(jù)自己當(dāng)前的業(yè)務(wù)量，決定是否借用帶寬資源或者為其他用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)，體現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的帶寬資源分配思想；2)采用了“獎(jiǎng)罰”策略，既提升了帶寬資源的利用率，又防止某個(gè)用戶過分占用中繼用戶的帶寬資源，從而提升網(wǎng)絡(luò)整體性能。總之，本發(fā)明在真正意義上體現(xiàn)了用戶業(yè)務(wù)資源移動(dòng)性對(duì)帶寬資源分配的影響， 實(shí)施起來更加簡(jiǎn)單和靈活方便，具有很好的使用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)物圖；圖2是本發(fā)明的流程圖；圖3為一個(gè)含有兩個(gè)基站、兩個(gè)用戶的示意圖；圖4為采用本發(fā)明的示意圖；圖5為網(wǎng)絡(luò)總吞吐量比較；圖6為帶寬資源使用情況的比較；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參考圖1和圖2，本發(fā)明的一個(gè)具體步驟如下1)用戶監(jiān)測(cè)到有業(yè)務(wù)到達(dá)。2)用戶對(duì)自己的剩余帶寬資源進(jìn)行檢測(cè)，判斷其值是否大于0。如果大于0，則執(zhí)行第3步；否則，執(zhí)行第4步。3)對(duì)此用戶處的剩余帶寬資源和當(dāng)前到達(dá)的業(yè)務(wù)的帶寬資源需求量進(jìn)行比較。如果剩余帶寬資源大于當(dāng)前到達(dá)的業(yè)務(wù)的帶寬資源需求量，說明此用戶處的帶寬資源可以為該業(yè)務(wù)服務(wù)，下一步執(zhí)行第1步，否則執(zhí)行第4步。4)向其他用戶發(fā)起借用帶寬資源的請(qǐng)求。5)判斷其他用戶是否在當(dāng)前時(shí)刻有剩余帶寬資源。如果有，就進(jìn)行第6步；否則， 就將此業(yè)務(wù)丟棄，因?yàn)闆]有可用的帶寬資源來為該業(yè)務(wù)服務(wù)。6)需要借用帶寬資源的用戶選擇一個(gè)用戶作為自己的中繼用戶。7)比較需要借用的帶寬資源和中繼用戶剩余帶寬資源，選擇小者，作為可供選為最終借用的帶寬資源的一個(gè)參數(shù)。8)比較借用帶寬資源的用戶的資金與第7步中選出的小者，選擇小者作為此時(shí)間段中最終的帶寬資源借用量。9)時(shí)間段結(jié)束時(shí)，對(duì)所有用戶的資金和剩余帶寬資源進(jìn)行更新。借用帶寬資源的用戶將自己的資金減少“借用的帶寬資源X借用時(shí)間”，同時(shí)更新剩余帶寬資源(可能其他被服務(wù)的業(yè)務(wù)此刻結(jié)束了，這時(shí)對(duì)應(yīng)的剩余帶寬資源就會(huì)增加)；中繼用戶將自己的資金增加“借用的帶寬資源X借用時(shí)間”，剩余帶寬資源也相應(yīng)更新。10)在下一個(gè)時(shí)間間隔中，重新判斷借用帶寬資源的用戶的剩余帶寬資源是否可以為被中繼服務(wù)的業(yè)務(wù)進(jìn)行服務(wù)，如果可以則進(jìn)行下面的步驟；否則執(zhí)行第13步。11)該用戶親自傳輸此被中繼服務(wù)的業(yè)務(wù)。12)更新中繼用戶和借用帶寬資源的用戶的資金和剩余帶寬資源。13)重復(fù)執(zhí)行第1步。圖3為一個(gè)含有兩個(gè)基站、兩個(gè)用戶的系統(tǒng)示意圖，用戶Sl和S2分別從基站BSl 和BS2獲得帶寬資源，Sl請(qǐng)求的數(shù)據(jù)速率為40Mbps，S2請(qǐng)求的數(shù)據(jù)速率為20Mbps。假設(shè)， 用戶在每個(gè)信道可獲得的最大帶寬資源為30Mbps。采用現(xiàn)有的通信方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，Sl可以完全使用系統(tǒng)提供的帶寬資源，并且有 IOMbps的數(shù)據(jù)被丟棄；S2只使用了系統(tǒng)提供的20Mbps帶寬資源，IOMbps的帶寬資源被浪費(fèi)了。由此可以見，當(dāng)用戶業(yè)務(wù)的帶寬資源需求量不同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致帶寬資源被不合理使用的情況。圖4為在上述含有兩個(gè)基站、兩個(gè)用戶的系統(tǒng)中采用基于“獎(jiǎng)罰”策略的傳輸機(jī)制的示意圖。從圖4中可看出，Sl從BSl首先獲得30Mbps的系統(tǒng)提供的最大帶寬資源，S2則獲得BS2提供的20Mbps的帶寬資源。此外，S2有剩余帶寬資源未被使用，而Sl的部分?jǐn)?shù)據(jù)被丟棄，如果Sl當(dāng)前的資金充足，則S2充當(dāng)中繼用戶，為Sl傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)獲得來自于 Sl的資金獎(jiǎng)勵(lì)。經(jīng)此改進(jìn)，Sl和S2都完全使用了基站分配的30Mbps帶寬資源，更好的服務(wù)了用戶，提高了網(wǎng)絡(luò)的總吞吐量。從圖4還可以看出，采用中繼用戶傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，被中繼用戶S2傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過兩個(gè)時(shí)隙到達(dá)目的用戶Si，則該部分?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)際速率減半。圖5和圖6是仿真結(jié)果，藍(lán)線代表本發(fā)明中繼算法的輸出值，紅線代表現(xiàn)有的通信傳輸機(jī)制的輸出值。參數(shù)是，基站為每個(gè)用戶分配的固定帶寬資源為30Mbps，用戶的每個(gè)業(yè)務(wù)占用的帶寬資源為20Mbps，每個(gè)用戶業(yè)務(wù)的到達(dá)和離開服從“M/M/1”型隊(duì)列，仿真的是系統(tǒng)中一共有6個(gè)用戶的情況。其中，圖5是網(wǎng)絡(luò)總吞吐量的比較(單位為Mbps)，圖6是帶寬資源使用情況的比較(即，“用戶使用的總帶寬資源量”與“用戶的總帶寬資源需求量” 的比值)。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明提出的算法確實(shí)可以提高網(wǎng)絡(luò)總吞吐量，滿足用戶業(yè)務(wù)對(duì)帶寬資源的動(dòng)態(tài)需求。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于多用戶協(xié)同的無線資源分配方法，其特征在于，當(dāng)系統(tǒng)分配給某個(gè)用戶的信道資源小于該用戶當(dāng)前的總業(yè)務(wù)需要時(shí)，該用戶就向周圍的中繼用戶借用帶寬，并以借用的帶寬量和借用時(shí)間作為參數(shù)，對(duì)中繼用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資金獎(jiǎng)勵(lì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多用戶協(xié)同的無線資源分配方法，其特征在于，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)之前用戶首先判斷自己的帶寬資源量是否夠用，如果不夠用就向周圍有剩余帶寬資源的用戶租用帶寬資源，租用的帶寬資源量取決于該用戶此刻的資金值、需要借用的帶寬資源量和中繼用戶的剩余帶寬資源，取三者中的小者；轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)期間由于用戶業(yè)務(wù)離開的隨機(jī)性，用戶對(duì)自己的剩余帶寬資源實(shí)時(shí)更新，當(dāng)發(fā)現(xiàn)剩余帶寬資源可以為被中繼用戶服務(wù)的業(yè)務(wù)服務(wù)時(shí)，就停止使用中繼用戶轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并給予中繼用戶相應(yīng)的資金獎(jiǎng)勵(lì)，自己的資金減少相應(yīng)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多用戶協(xié)同的無線資源分配方法，其特征在于，所述方法具體執(zhí)行以下步驟。1)用戶監(jiān)測(cè)到有業(yè)務(wù)到達(dá)；。2)用戶對(duì)自己的剩余帶寬資源進(jìn)行檢測(cè)，判斷其值是否大于0；如果大于0，則執(zhí)行第3 步；否則，執(zhí)行第4步；。3)對(duì)此用戶處的剩余帶寬資源和當(dāng)前到達(dá)的業(yè)務(wù)的帶寬資源需求量進(jìn)行比較；如果剩余帶寬資源大于當(dāng)前到達(dá)的業(yè)務(wù)的帶寬資源需求量，說明此用戶處的帶寬資源可以為該業(yè)務(wù)服務(wù)，下一步執(zhí)行第1步，否則執(zhí)行第4步；。4)向其他用戶發(fā)起借用帶寬資源的請(qǐng)求；。5)判斷其他用戶是否在當(dāng)前時(shí)刻有剩余帶寬資源；如果有，就進(jìn)行第6步；否則，就將此業(yè)務(wù)丟棄，因?yàn)闆]有可用的帶寬資源來為該業(yè)務(wù)服務(wù)；。6)需要借用帶寬資源的用戶選擇一個(gè)用戶作為自己的中繼用戶；。7)比較需要借用的帶寬資源和中繼用戶剩余帶寬資源，選擇小者，作為可供選為最終借用的帶寬資源的一個(gè)參數(shù)；。8)比較借用帶寬資源的用戶的資金與第7步中選出的小者，選擇小者作為此時(shí)間段中最終的帶寬資源借用量；。9)時(shí)間段結(jié)束時(shí)，對(duì)所有用戶的資金和剩余帶寬資源進(jìn)行更新；借用帶寬資源的用戶將自己的資金減少“借用的帶寬資源X借用時(shí)間”，同時(shí)更新剩余帶寬資源；中繼用戶將自己的資金增加“借用的帶寬資源X借用時(shí)間”，剩余帶寬資源也相應(yīng)更新；。10)在下一個(gè)時(shí)間間隔中，重新判斷借用帶寬資源的用戶的剩余帶寬資源是否可以為被中繼服務(wù)的業(yè)務(wù)進(jìn)行服務(wù)，如果可以則進(jìn)行下面的步驟；否則執(zhí)行第13步；。11)該用戶親自傳輸此被中繼服務(wù)的業(yè)務(wù)；。12)更新中繼用戶和借用帶寬資源的用戶的資金和剩余帶寬資源；。13)重復(fù)執(zhí)行第1)步。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多用戶協(xié)同的無線資源分配方法，當(dāng)系統(tǒng)分配給某個(gè)用戶的信道資源小于該用戶當(dāng)前的總業(yè)務(wù)需要時(shí)，該用戶就向周圍的中繼用戶借用帶寬，并以借用的帶寬量和借用時(shí)間作為參數(shù)，對(duì)中繼用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資金獎(jiǎng)勵(lì)。每個(gè)用戶根據(jù)自己當(dāng)前的業(yè)務(wù)量，決定是否借用帶寬資源或者為其他用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)，體現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的帶寬資源分配思想；采用了“獎(jiǎng)罰”策略，既提升了帶寬資源的利用率，又防止某個(gè)用戶過分占用中繼用戶的帶寬資源，從而提升網(wǎng)絡(luò)整體性能。
文檔編號(hào)H04W72/08GK102548002SQ20121006055
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者侯蓉暉, 常曉妮, 李建東, 趙林靖 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)