本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于任意截止時(shí)刻包序列的能效數(shù)據(jù)流傳輸方法。

背景技術(shù)：

近年來，越來越嚴(yán)峻的環(huán)境問題擺在人類面前。節(jié)能、降耗、減排成了大勢(shì)所趨。通信作為一種服務(wù)業(yè)，依賴大量的工業(yè)產(chǎn)品，如基站、終端設(shè)備、傳輸路線等。這些都會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的大規(guī)模擴(kuò)大而翻倍增加，耗能巨大。所以，“綠色通信”這個(gè)概念孕育而生。綠色通信(Green Communications)，指節(jié)能減排、減少環(huán)境污染、資源浪費(fèi)以及對(duì)人體和環(huán)境危害的新一代通信理念，主要采用創(chuàng)新的高效功放、多載波、分布式、智能溫控等技術(shù)，以達(dá)到降低能耗的目的，最終實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

在通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)包的高能效傳輸是能效研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。特別地，無線數(shù)據(jù)流傳輸方法的相關(guān)研究結(jié)果表明，在無電路損耗的影響下，通過低速率的勻速傳輸可以有效地降低數(shù)據(jù)流的傳輸能耗。然而，實(shí)際情況中，由放大器、濾波器、DSP、整流器、振蕩器等引起的電路損耗是不可忽視的。由于電路損耗的影響，低速率的傳輸數(shù)據(jù)包有可能增加電路損耗，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗增加。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)能效的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)時(shí)，電路損耗是一個(gè)十分重要的考慮因素。

當(dāng)前的無線數(shù)據(jù)傳輸研究主要側(cè)重于“先入先出”數(shù)據(jù)流的能效傳輸，即包序列的到達(dá)時(shí)刻和截止時(shí)刻具有一致性，先到達(dá)的包擁有較早的截止時(shí)刻。然而在當(dāng)前實(shí)際的實(shí)時(shí)無線通信系統(tǒng)中，不同的應(yīng)用和設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)包時(shí)延有著不同的需求，例如，實(shí)時(shí)語音通信、視頻通信、實(shí)時(shí)游戲?qū)?shù)據(jù)包時(shí)延有著嚴(yán)格的要求，然而，像某些基于TCP的服務(wù)，如www，ftp和e-mail，這些對(duì)延遲的要求相對(duì)寬松一些。因此，“先入先出”的數(shù)據(jù)傳輸模型可能不再符合實(shí)際的數(shù)據(jù)流傳輸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為解決上述技術(shù)問題，提供一種在滿足包序列因果性約束和截止時(shí)刻約束的前提下，最小化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的總能耗的數(shù)據(jù)流傳輸方法，本發(fā)明提出一種基于任意截止時(shí)刻包序列的能效數(shù)據(jù)流傳輸方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種基于任意截止時(shí)刻包序列的能效數(shù)據(jù)流傳輸方法，包括步驟：

(1)參數(shù)初始化：初始化變量其中，為數(shù)據(jù)包集合，N為數(shù)據(jù)包總數(shù)，t_a，i、t_d，i和分別為數(shù)據(jù)包i的到達(dá)時(shí)刻、截止時(shí)刻和生存時(shí)間，定義為已確定傳輸速率的數(shù)據(jù)包集合，初始化

(2)對(duì)于任意且k≠l，找出區(qū)間內(nèi)所有至少包含一個(gè)數(shù)據(jù)包生存時(shí)間的子區(qū)間計(jì)算每個(gè)子區(qū)間的最小傳輸速率，找出最小傳輸速率中的最大值及其對(duì)應(yīng)的子區(qū)間

(3)計(jì)算系統(tǒng)的最高能效傳輸速率r_ee；計(jì)算生存時(shí)間包含在子區(qū)間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)包的最優(yōu)傳輸速率；

(4)根據(jù)步驟(3)的計(jì)算結(jié)果確定生存時(shí)間包含在子區(qū)間的所有數(shù)據(jù)包的傳輸順序，包括步驟：

令對(duì)于任意時(shí)刻尋找其中是在時(shí)刻t子區(qū)間內(nèi)已經(jīng)到達(dá)并且未傳輸完畢的具有最小截止時(shí)刻的包序號(hào)；以最優(yōu)傳輸速率傳輸數(shù)據(jù)包判斷是否滿足若滿足，則結(jié)束迭代；若不滿足，則轉(zhuǎn)入步驟(5)；

(5)令

轉(zhuǎn)入步驟(2)。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中計(jì)算每個(gè)子區(qū)間的最小傳輸速率的方法為：

式中，B_m表示數(shù)據(jù)包m的大小，表示至少包含一個(gè)數(shù)據(jù)包生存時(shí)間的子區(qū)間，表示生存時(shí)間包含在子區(qū)間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)包的集合。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中最小傳輸速率中的最大值對(duì)應(yīng)的子區(qū)間為：

式中，為最小傳輸速率最大值對(duì)應(yīng)的子區(qū)間，最小傳輸速率最大值為

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中最高能效傳輸速率r_ee的計(jì)算方法為：

其中，W(.)是朗伯W函數(shù)，h表示信道增益，σ²表示噪聲功率，α表示電路功率。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中計(jì)算生存時(shí)間包含在子區(qū)間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)包的最優(yōu)傳輸速率的計(jì)算公式為：

表示生存時(shí)間包含在子區(qū)間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)包的集合。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、本發(fā)明考慮包序列中各個(gè)數(shù)據(jù)包具有任意的截止時(shí)刻的傳輸模型，對(duì)已有先入先出的包傳輸模型進(jìn)行了有效地拓展和一般化，同時(shí)也符合實(shí)際無線通信場(chǎng)景的要求。

2、本發(fā)明提出了新穎的基于迭代的方法，尋找最優(yōu)的傳輸速率，同時(shí)，基于最小截止時(shí)刻的原則，確定最優(yōu)的數(shù)據(jù)包傳輸順序。該方法有效地降低網(wǎng)絡(luò)的總能耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的方法與現(xiàn)有技術(shù)在相同Non-FIFO包到達(dá)率條件下的系統(tǒng)平均總能耗對(duì)比圖；圖中，橫坐標(biāo)表示Non-FIFO包到達(dá)率，縱坐標(biāo)表示系統(tǒng)平均總能耗；

圖2為本發(fā)明提出的方法與現(xiàn)有技術(shù)在相同Non-FIFO包大小條件下的系統(tǒng)平均總能耗對(duì)比圖；圖中，橫坐標(biāo)表示Non-FIFO包大小，縱坐標(biāo)表示系統(tǒng)平均總能耗。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明是在高斯白噪聲時(shí)不變信道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路中，考慮了非理想的電路損耗，對(duì)具有任意截止時(shí)刻的包序列的網(wǎng)絡(luò)，在滿足因果性約束和截止時(shí)刻約束的前提下，提出一種最優(yōu)的傳輸方法來降低網(wǎng)絡(luò)總能耗。本實(shí)施例的具體步驟為：

(1)參數(shù)初始化：初始化變量其中，為數(shù)據(jù)包集合，N為數(shù)據(jù)包總數(shù)，t_a，i、t_d，i和分別為數(shù)據(jù)包i的到達(dá)時(shí)刻、截止時(shí)刻和生存時(shí)間，定義為已確定傳輸速率的數(shù)據(jù)包集合，初始化

(2)計(jì)算系統(tǒng)的最高能效傳輸速率r_ee為：

(3)計(jì)算子區(qū)間最小傳輸速率：對(duì)于任意且i，j，k，l兩兩互不相等，找出區(qū)間內(nèi)所有至少包含一個(gè)數(shù)據(jù)包生存時(shí)間的子區(qū)間計(jì)算每個(gè)子區(qū)間的最小傳輸速率為：

式中，B_m表示數(shù)據(jù)包m的大小，表示至少包含一個(gè)數(shù)據(jù)包生存時(shí)間的子區(qū)間，表示生存時(shí)間包含在子區(qū)間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)包的集合；

找出最小傳輸速率中的最大值對(duì)應(yīng)的子區(qū)間，定義變量表示當(dāng)前最小傳輸速率最大值對(duì)應(yīng)子區(qū)間，則有：

對(duì)應(yīng)的最小傳輸速率最大值為

(4)計(jì)算集合中各數(shù)據(jù)包的最優(yōu)速率為：

(5)確定集合中各個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸順序，包括步驟：

令對(duì)于任意時(shí)刻尋找其中是在時(shí)刻t集合中已經(jīng)到達(dá)并且未傳輸完畢的具有最小截止時(shí)刻的包序號(hào)；以最優(yōu)傳輸速率傳輸數(shù)據(jù)包判斷是否滿足若滿足，則結(jié)束迭代；若不滿足，則轉(zhuǎn)入步驟(6)；

(6)更新：

轉(zhuǎn)入步驟(3)。

本實(shí)例以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信鏈路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸為例，設(shè)置系統(tǒng)包含一個(gè)發(fā)送端(基站或移動(dòng)用戶)，一個(gè)接收端(基站或移動(dòng)用戶)，假設(shè)通信信道為高斯白噪聲時(shí)不變信道，數(shù)據(jù)包的大小、到達(dá)時(shí)刻和截止時(shí)刻以及信道狀態(tài)信息對(duì)于發(fā)送端而言均為已知信息。對(duì)于圖1的設(shè)置，發(fā)送端在時(shí)間窗[0，80]s內(nèi)以0.5包/秒的速率產(chǎn)生FIFO數(shù)據(jù)包，其中，每個(gè)包的大小設(shè)置為1KBit，生存時(shí)間為4秒，同時(shí)，發(fā)送端又在同一時(shí)間窗分別以0.05、0.1、0.15、0.2、0.25包/秒的速率產(chǎn)生Non-FIFO包序列，其中，每個(gè)Non-FIFO包的大小設(shè)置為1.5KBit，生存時(shí)間為1秒。對(duì)于圖2的設(shè)置，發(fā)送端在時(shí)間窗[0，80]s內(nèi)以0.2包/秒的速率產(chǎn)生FIFO數(shù)據(jù)包，Non-FIFO包大小取值范圍為0.8KBit到1.8Kbit，每個(gè)數(shù)據(jù)包的生存時(shí)間為4秒。圖1、圖2的仿真結(jié)果都是在1000次仿真結(jié)果中取平均值得到的。

由附圖可以看出：

圖1中，隨著Non-FIFO包的到達(dá)率由0.05包/秒增至0.25包/秒，本發(fā)明提出的能效傳輸方法優(yōu)于現(xiàn)有傳輸方法，并且節(jié)能的效果隨著Non-FIFO包到達(dá)率的增大而變好。同時(shí)，由于Non-FIFO數(shù)據(jù)包到達(dá)率的增加，包序列的總大小增加，因此，兩種方法的總能耗增加。

圖2中，本發(fā)明提出的能效傳輸方法在不同的Non-FIFO包大小的情況下總是要優(yōu)于現(xiàn)有傳輸方法，并且節(jié)能的效果隨著Non-FIFO包的增大而變好。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。