一種多用戶單中繼通信系統(tǒng)中的帶寬分配方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多用戶單中繼通信系統(tǒng)中的帶寬分配方法，當(dāng)一個(gè)區(qū)域中有多個(gè)用戶時(shí)，部分可直接連接AP成為中繼，部分需要連接中繼用戶以獲取數(shù)據(jù)服務(wù)，當(dāng)用戶進(jìn)入該公共局域網(wǎng)區(qū)域時(shí)，根據(jù)用戶收益函數(shù)和中繼消耗函數(shù)，離散化用戶收益函數(shù)，并利用帶寬分配算法選擇最優(yōu)的帶寬分配策略進(jìn)行帶寬分配，同時(shí)也考慮了中繼的最大服務(wù)帶寬和用戶的最小需求帶寬的限制，在適當(dāng)?shù)那闆r下剔除對網(wǎng)絡(luò)效益不高的用戶，接入新的效益更高的用戶，并更新整個(gè)簇的帶寬分配。當(dāng)用戶離開時(shí)，釋放帶寬并更新帶寬分配。
【專利說明】—種多用戶單中繼通信系統(tǒng)中的帶寬分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種多用戶單中繼通信系統(tǒng)中的帶寬分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線局域網(wǎng)WLAN的發(fā)展，移動(dòng)用戶可以通過連接接入點(diǎn)AP接入互聯(lián)網(wǎng)獲取信息，隨時(shí)隨地瀏覽網(wǎng)頁、讀取郵件等。但是，由于AP連接的范圍有限、信號強(qiáng)度較差等原因，導(dǎo)致部分用戶無法接入互聯(lián)網(wǎng)。此時(shí)，多跳接入就可以很好的解決這一問題，也即，在AP信號覆蓋范圍內(nèi)的用戶直接接入AP成為中繼，對于那些無法直接連接AP的用戶則可以連接其周圍的中繼來間接獲取互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
[0003]WLAN中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的合作方式一般分為兩種:合作型和自私型。在合作場景下，所有節(jié)點(diǎn)都愿意為別人服務(wù)以解決資源分配問題。我們將一個(gè)用戶相對固定的無線局域網(wǎng)(如教室等)定義為中繼聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)(Relay-Union Network，RUN)，在RUN中每個(gè)用戶都愿意為別人服務(wù)以獲取整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大效益。在單個(gè)壟斷運(yùn)行商條件下，Jiongkuan Hou等人根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商利益最大化和擁塞管理方案對服務(wù)帶寬進(jìn)行定價(jià)，為用戶提供合適的接入服務(wù)。但這種定價(jià)策略主要目的是最大化服務(wù)提供商的利益，沒有考慮終端用戶的承受能力和服務(wù)需求，同時(shí)也忽略了 RUN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，比如普通用戶或者中繼的角色變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對上述問題，提出了一種多用戶單中繼通信系統(tǒng)中的帶寬分配方法，從用戶角度設(shè)計(jì)中繼的連接策略，最大化全網(wǎng)的收益。
[0005]本發(fā)明提供的多用戶單中繼通信系統(tǒng)中的帶寬分配方法，主要包括以下步驟:
[0006]步驟一、獲取為用戶分配帶寬所需參數(shù)，所述為用戶分配帶寬所需參數(shù)包括用戶最低帶寬需求Bmin、用戶收益函數(shù)4?^、中繼最大服務(wù)帶寬Bmax以及中繼消耗函數(shù)g(B)；
[0007]步驟二、初始化中繼帶寬限制網(wǎng)絡(luò)總收益Rrc以及為用戶分配的帶寬值k ；
[0008]步驟三、設(shè)置分段粒度ΛΒ，根據(jù)所述分段粒度Λ B對用戶收益函數(shù)&(Bi)進(jìn)行離散化，并根據(jù)所述分段粒度△ B和所述中繼帶寬限制建立候選帶寬集合；
[0009]步驟四、從所述候選帶寬集合中選擇帶寬作為給用戶分配的帶寬值k，計(jì)算i個(gè)用戶的用戶收益與中繼剩余帶寬j之間的函數(shù)dp(i, j)值,取dp(1-l, j-k)+fi(k)與dp(i_l,j)較大者，將k值依次增大,循環(huán)計(jì)算函數(shù)dp (i,j)值,直至k值大于中繼剩余帶寬j結(jié)束循環(huán)，記錄dp (i, j)值最大時(shí)為該用戶分配的帶寬分配值k ；
[0010]步驟五、循環(huán)步驟四直至完成所有用戶的帶寬分配，記錄為每個(gè)用戶選擇的k值；
[0011]步驟六、計(jì)算中繼帶寬限制Br下的網(wǎng)絡(luò)總收益Rr。，Br = Br+ΛΒ，依次循環(huán)步驟四和步驟五直至中繼帶寬限制達(dá)到中繼最大服務(wù)帶寬，記錄最大網(wǎng)絡(luò)總收益Rm、該總收益下為每個(gè)用戶分配的帶寬值k以及獲得該最大網(wǎng)絡(luò)總收益的中繼帶寬限制B-
[0012]所述候選帶寬集合為從O依次增加分段粒度ΛΒ直至中繼帶寬限制的集合，即{O，BminJ Bmin+Δ B，...，Br}。
[0013]所述分段粒度ΛΒ根據(jù)實(shí)際需要的精確度進(jìn)行設(shè)置，所述分段粒度與所述精確度成反比。
[0014]所述k值依次增大循環(huán)計(jì)算函數(shù)dp (i，j)值為k值每次增加分段粒度ΛΒ。
[0015]所述中繼帶寬限制Br的變化范圍為{Bmin，Bmin+Δ B, , BmaJ。
[0016]所述方法還包括:當(dāng)中繼內(nèi)用戶離開所述中繼時(shí)，中繼重新執(zhí)行步驟六，為中繼內(nèi)其他用戶分配帶寬。
[0017]所述方法還包括:當(dāng)所述中繼離開局域網(wǎng)時(shí)，判斷所述局域網(wǎng)內(nèi)的用戶是否能與接入點(diǎn)AP直接連接，如果能，則將該用戶作為中繼為其他用戶提供服務(wù)；否則，隨機(jī)接入周圍的中繼，由該被接入的中繼執(zhí)行步驟一至步驟六。
[0018]本發(fā)明著重考慮單中繼多用戶條件下中繼的分配策略，提出了一種在用戶相對固定的無線局域網(wǎng)中的集中式帶寬分配合作方法，以最大化網(wǎng)絡(luò)中所有用戶的服務(wù)效益，降低服務(wù)提供者的開銷。與現(xiàn)有一般的算法相比，采用本發(fā)明的技術(shù)方案可以根據(jù)用戶的需求提高計(jì)算精度或降低計(jì)算復(fù)雜度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面將參照附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，其中:
[0020]圖1示出了用戶接入網(wǎng)絡(luò)的示意圖；
[0021]圖2示出了單用戶單中繼情況下帶寬收益變化的曲線圖；
[0022]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例帶寬分配方法的流程圖；
[0023]圖4示出了單用戶單中繼情況下帶寬分配的示意圖；
[0024]圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例帶寬重新分配的示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是所有實(shí)施例的窮舉。
[0026]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)資源分配與全網(wǎng)利益最大化，提出了一種在用戶相對固定的無線局域網(wǎng)中進(jìn)行集中式帶寬分配的方法，所設(shè)計(jì)的場景為合作場景，也即，所有用戶都會(huì)為其他用戶服務(wù)。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多用戶單中繼通信系統(tǒng)中的帶寬分配方法，主要技術(shù)方案如下:
[0028]如圖1所示，通過對周圍環(huán)境的感知和識別確定每個(gè)用戶自己的身份，根據(jù)坐標(biāo)位置以及接入點(diǎn)AP的位置，判斷該用戶是中繼還是普通用戶:
[0029]如果該用戶可以直接和局域網(wǎng)的接入點(diǎn)AP相連，則將其作為中繼，為其他用戶提供服務(wù)；
[0030]如果該用戶需要上網(wǎng)服務(wù)而不能直接與接入點(diǎn)AP相連，則隨機(jī)尋找周圍適合的中繼相連。
[0031]通常，將一個(gè)中繼和其服務(wù)的所有用戶的集合稱為一個(gè)簇。[0032]所有客戶端需在802.11協(xié)議定義的標(biāo)準(zhǔn)信標(biāo)幀的獨(dú)立基本服務(wù)集綜合業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)(IBSS, Independent Basic Service Set)參數(shù)集合之后加入定價(jià)參數(shù)集。定價(jià)參數(shù)集將包括用戶收益函數(shù)fi (Bi)、用戶最低帶寬需求Bmin、中繼消耗函數(shù)g(B)、中繼服務(wù)帶寬上限Bmax等參數(shù)。
[0033]用戶收益函數(shù)& (Bi)描述的是用戶接入帶寬與其滿意度之間的關(guān)系，表示了相應(yīng)用戶節(jié)點(diǎn)Ci在接收到服務(wù)后的滿意程度，其中用戶接入帶寬Bi是指用戶每單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)，代表用戶節(jié)點(diǎn)從它的中繼節(jié)點(diǎn)處獲得的接入帶寬，fi (Bi)則是用戶愿意為這個(gè)帶寬所支付的信用上限。
[0034]中繼消耗函數(shù)g(B)，表示中繼的成本函數(shù)，其中B為中繼的服務(wù)帶寬，而g(B)是它提供帶寬B的成本。中繼服務(wù)帶寬B是指中繼節(jié)點(diǎn)所服務(wù)的所有用戶的接入帶寬之和，當(dāng)該中繼向N個(gè)用戶提供服務(wù)時(shí)，用戶i從中繼獲得的服務(wù)帶寬為Bi,則中繼服務(wù)帶寬為
【權(quán)利要求】
1.一種多用戶單中繼通信系統(tǒng)中的帶寬分配方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、獲取為用戶分配帶寬所需參數(shù)，所述為用戶分配帶寬所需參數(shù)包括用戶最低帶寬需求Bmin、用戶收益函數(shù)4汍)、中繼最大服務(wù)帶寬Bmax以及中繼消耗函數(shù)g(B)；步驟二、初始化中繼帶寬限制網(wǎng)絡(luò)總收益艮。以及為用戶分配的帶寬值k ; 步驟三、設(shè)置分段粒度ΛΒ，根據(jù)所述分段粒度Λ B對用戶收益函數(shù)&(Bi)進(jìn)行離散化，并根據(jù)所述分段粒度△ B和所述中繼帶寬限制建立候選帶寬集合； 步驟四、從所述候選帶寬集合中選擇帶寬作為給用戶分配的帶寬值k，計(jì)算i個(gè)用戶的用戶收益與中繼剩余帶寬j之間的函數(shù)dp(i, j)值,取dp(1-l, j-k)+fi(k)與dp(i_l, j)較大者，將k值依次增大,循環(huán)計(jì)算函數(shù)dp (i, j)值,直至k值大于中繼剩余帶寬j結(jié)束循環(huán)，記錄dp (i, j)值最大時(shí)為該用戶分配的帶寬分配值k ； 步驟五、循環(huán)步驟四直至完成所有用戶的帶寬分配，記錄為每個(gè)用戶選擇的k值； 步驟六、計(jì)算中繼帶寬限制B,下的網(wǎng)絡(luò)總收益RM，Br = Λ B，依次循環(huán)步驟四和步驟五直至中繼帶寬限制達(dá)到中繼最大服務(wù)帶寬，記錄最大網(wǎng)絡(luò)總收益Rm、該總收益下為每個(gè)用戶分配的帶寬值k以及獲得該最大網(wǎng)絡(luò)總收益的中繼帶寬限制B-
2.如權(quán)利要求1所述的帶寬分配方法，其特征在于，所述候選帶寬集合為從O依次增加分段粒度Λ B直至中繼帶寬限制Br的集合，即{O, Bmin, Bmin+Δ B,...，Bj。
3.如權(quán)利要求1所述的帶寬分配方法，其特征在于，所述分段粒度ΛΒ根據(jù)實(shí)際需要的精確度進(jìn)行設(shè)置，所述分段粒度與所述精確度成反比。
4.如權(quán)利要求1所述的帶寬分配方法，其特征在于，所述k值依次增大循環(huán)計(jì)算函數(shù)dp(i, j)值為k值每次增加分段`粒度ΛΒ。
5.如權(quán)利要求1所述的帶寬分配方法，其特征在于，所述中繼帶寬限制4的變化范圍為{Bmin，Bmin+ Δ B，...，BmaxI。
6.如權(quán)利要求1所述的帶寬分配方法，其特征在于，所述方法還包括:當(dāng)中繼內(nèi)用戶離開所述中繼時(shí)，中繼重新執(zhí)行步驟六，為中繼內(nèi)其他用戶分配帶寬。
7.如權(quán)利要求1所述的帶寬分配方法，其特征在于，所述方法還包括:當(dāng)所述中繼離開局域網(wǎng)時(shí)，判斷所述局域網(wǎng)內(nèi)的用戶是否能與接入點(diǎn)AP直接連接，如果能，則將該用戶作為中繼為其他用戶提供服務(wù)；否則，隨機(jī)接入周圍的中繼，由該被接入的中繼執(zhí)行步驟一至步驟六。
【文檔編號】H04W84/12GK103561471SQ201310581786
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】崔勇, 馬驍, 鮑亞運(yùn) 申請人:清華大學(xué)