一種用于差分隊列服務(wù)系統(tǒng)的剩余路徑投遞時間估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于差分隊列服務(wù)系統(tǒng)的剩余路徑投遞時間估計方法。在這種估計方法中，包含了一種基于半衰期的歷史信息有效性的計算方法，能根據(jù)歷史信息的登記時間計算其在當(dāng)前時刻的信息有效性。由此，一個數(shù)據(jù)分組剩余投遞時間的估計值等于其剩余路徑的反向路徑上的歷史實際投遞時間以信息有效性為權(quán)重的加權(quán)均值。這種估計方法提升了機(jī)會網(wǎng)絡(luò)場景下差分隊列服務(wù)系統(tǒng)中剩余投遞時間估計的準(zhǔn)確性，使差分隊列服務(wù)系統(tǒng)能更好地應(yīng)用于移動性大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳环€(wěn)定的環(huán)境中。
【專利說明】
-種用于差分隊列服務(wù)系統(tǒng)的剩余路徑投遞時間估計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于隊列管理和分組調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于差分隊列服務(wù)系統(tǒng) 的剩余投遞時間估計方法。 技術(shù)背景
[0002] 為了能夠更好滿足數(shù)據(jù)包的服務(wù)質(zhì)量要求，姜勝明提出了差分隊列服務(wù) (Differentiated Queueing Services)的方案（參考文獻(xiàn)[l]Jiang S.， "Gr曰nul曰rdifferenti曰ted queueing services for QoS:structure and cost model." ACM SIGCOMM Computer Communication Review2005;35(2): 13-22.)。該方案的主要思想 是:每個數(shù)據(jù)分組攜帶其時延要求，中間節(jié)點根據(jù)數(shù)據(jù)分組的的時延和鏈路狀況計算該數(shù) 據(jù)分組在本節(jié)點的最遲離開時刻，并W此決定其在緩存隊列里的位置，從而保障數(shù)據(jù)包的 服務(wù)質(zhì)量。差分隊列服務(wù)方案的主要優(yōu)點是，由于服務(wù)質(zhì)量要求是由數(shù)據(jù)分組攜帶，因而具 有可擴(kuò)展性;另外，由于該方案將新到的數(shù)據(jù)分組按時延要求放入隊列的合適位置，因而具 有數(shù)據(jù)包粒度的服務(wù)質(zhì)量保障。
[0003] 實現(xiàn)差分隊列服務(wù)的核屯、在于將新到的數(shù)據(jù)包按服務(wù)質(zhì)量要求放入隊列合適的 位置。運其中便運設(shè)及到估計每個包在其剩余路徑上的投遞時間，并據(jù)此計算該分組最遲 轉(zhuǎn)發(fā)時刻，決定對其服務(wù)的優(yōu)先級。因此，能否準(zhǔn)確衡量目前網(wǎng)絡(luò)W及鏈路上的情況，估計 每個數(shù)據(jù)分組在剩余路徑上的投遞時間是決定差分隊列服務(wù)性能的一個關(guān)鍵因素。尤其， 在機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的移動性很強，鏈路的狀況變化很快，對剩余路徑投遞時間的估計有了 更高的要求。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，X.Teng等人提出了一種通過周期性廣播化Ilo探測包，獲得剩余投 遞時間的方法（參考文獻(xiàn)[2]X.Teng,S.Jiang,G.Wei,et al.A cross-layer implementation of differentiated queueing service(dqs)for wireless mesh networksU]. Proc. I邸E VTC[C]. Singapore，2008:2233-2237)。在該方法中，探測周期越 短估算的準(zhǔn)確性就越高，但是會對網(wǎng)絡(luò)資源的消耗比較大，并且不適合于無線多跳網(wǎng)絡(luò)和 拓?fù)渥兓斓臋C(jī)會網(wǎng)絡(luò)。
[0005] 毛華超提出了一種簡易的平均時延估算方法(參考文獻(xiàn)[3]毛華超.多跳無線網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)質(zhì)量與擁塞控制的聯(lián)合設(shè)計[D].華南理工大學(xué)，2013.)。運種方法的本質(zhì)是基于鏈路 前段的狀況來估計鏈路后段的狀況，實現(xiàn)最為簡單、帶來的網(wǎng)絡(luò)開銷也很小，但是犧牲了過 多的準(zhǔn)確性。
[0006] 孟祥旭提出了一種基于反向路徑歷史信息的估算方法(參考文獻(xiàn)[4]孟祥旭.差分 隊列服務(wù)(DQS)在機(jī)會網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué)，2015.)。采用一次指數(shù)平滑預(yù) 測法分別預(yù)測剩余跳數(shù)和每跳平均時延。運種方法比較適用于機(jī)會網(wǎng)絡(luò)場景，但是仍然沒 有充分考慮每個歷史記錄的不同信息價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有差分隊列服務(wù)中剩余投遞時間的估計方法，使得差分 隊列服務(wù)在節(jié)點移動性強、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快的機(jī)會網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中對剩余投遞時間的估計能夠 更準(zhǔn)確，能提供更好的服務(wù)。本剩余投遞時間估計方法有如下特點：（1)一種基于半衰期的 信息有效性計算方法，根據(jù)其登記時刻距當(dāng)前時刻的時長來計算其信息有效性；（2)-個數(shù) 據(jù)分組剩余投遞時間的估計值是其剩余路徑的反向路徑上的歷史實際投遞時間W信息有 效性為權(quán)重的加權(quán)均值。
[000引本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0009] 方法1.1: 一種基于半衰期的歷史信息有效性計算方法，根據(jù)其登記時刻計算其在 當(dāng)前時刻的信息有效性;歷史信息有效性是指在當(dāng)前時刻下，一個歷史信息用于預(yù)測或估 計時所具有的有用價值；
[0010] 在本方法中，信息有效性V的數(shù)值范圍是(0，1)，自信息登記時刻起，其有效性逐漸 減少，按每經(jīng)過一個半衰期A之后減半，其計算方法如下：
[0011] 設(shè)該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的面積為r，單位平方米，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的平均通信半徑為1，單位米，網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點的平均移動速度為S，單位米每秒，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中節(jié)點個數(shù)為n，則半衰期的計算如下：
,具體計算如下：
[001^ 其中，Tn表示該信息的登記時刻m距當(dāng)前時刻tn的時長，即Tn = tn-m;
[0013] 方法1.2: -種不需要發(fā)送順向探測包的剩余路徑投遞時間估計方法，在本方法 中，一個數(shù)據(jù)分組剩余投遞時間的估計值是其剩余路徑的反向路徑上的歷史實際投遞時間 W根據(jù)方法1.1所計算的信息有效性為權(quán)重的加權(quán)均值，及對該估計值的精確性的量化表 征;具體化，從太帶占到目的帶占d的投遞時間估計值巧：
[0014]
[001引其中代表保存在該節(jié)點上的從反向路徑d節(jié)點到本節(jié)點的第j個歷史實際投遞 時間，VdJ代表反向路徑歷史實際投遞時間TdJ根據(jù)方法1 . 1所計算的的信息有效性；
[0016]采用所述不需要發(fā)送順向探測包的剩余路徑投遞時間估計方法所計算的剩余路 徑投遞時間的估計值其準(zhǔn)確性P，是所有被采用的歷史實際投遞時間的 [0017]信息有效性總和，具體地：
[001 引
[0019] 準(zhǔn)確性P的數(shù)值范圍是(〇，n)，其中n代表目前保存在本節(jié)點上的反向路徑節(jié)點 本節(jié)點的實際投遞時間Td的個數(shù)。
[0020] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：首先，本發(fā)明公開的剩余路徑投遞時間估 計方法所帶來的網(wǎng)絡(luò)額外開銷很小，只需要在包頭中指明包生成時間即可，不會對網(wǎng)絡(luò)資 源造成過度的競爭。并且，本發(fā)明充分考慮了每個歷史記錄所具有的不同信息價值，能夠在 節(jié)點移動性大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快的情況下具有更好的估計準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0021] 圖I為剩余路徑及其反向路徑概念及原理示意圖
[0022] 圖2為本發(fā)明剩余投遞時間估計方法的流程圖
[0023] 圖3為保存在節(jié)點上的歷史信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和具體步驟進(jìn)行描述，
[0025] 圖1為本剩余路徑及其反向路徑概念及原理示意圖，例如有一個網(wǎng)絡(luò)分組1，其源 節(jié)點是B，目的節(jié)點是D，在該分組的傳播過程中經(jīng)過A節(jié)點。此時A節(jié)點根據(jù)其生成時間ti和 當(dāng)前時刻m，能計算出分組從B節(jié)點到本節(jié)點A的實際投遞時間Tn = t廣m，將實際投遞時間Tn 和登記時間m保存在本節(jié)點上。
[00%]另一個網(wǎng)絡(luò)分組2的源節(jié)點是C，目的節(jié)點是B，在傳播的過程中經(jīng)過A節(jié)點。此時， 若節(jié)點A需要對網(wǎng)絡(luò)分組2的剩余投遞時間進(jìn)行估計，節(jié)點A到節(jié)點B之間的鏈路便是該網(wǎng)絡(luò) 分組2的剩余路徑。與之相對應(yīng)的，從節(jié)點B到節(jié)點A之間的鏈路便是該網(wǎng)絡(luò)分組2的剩余路 徑的反向路徑。
[0027] 在本方法中，一個網(wǎng)絡(luò)分組在其剩余路徑上的投遞時間的估計便是根據(jù)其在剩余 路徑的反向路徑上的歷史實際投遞時間W信息有效性為權(quán)重加權(quán)計算得出的。舉例而言， 節(jié)點要估計網(wǎng)絡(luò)分組2的剩余投遞時間，該分組的目的節(jié)點是B，便要獲取保存在本節(jié)點上 的所有源節(jié)點為B節(jié)點，經(jīng)過A節(jié)點時的實際投遞時間。
[0028] 圖2為本發(fā)明剩余投遞時間估計方法的流程圖，本方法包括W下步驟：
[0029] 步驟1)每一個網(wǎng)路分組首先需要在其包頭信息中指明該分組的生成時刻ts。每當(dāng) 本節(jié)點收到分組之后，提取該分組的源節(jié)點i和生成時刻ts，并記錄下當(dāng)前時刻tn;
[0030] 步驟2)根據(jù)該分組的生成時刻ts和當(dāng)前時刻tn，計算該分組在源節(jié)點和本節(jié)點之 間鏈路上的實際投遞時間Tl, J，（其中Tl, J = tn-ts，j為編號表示運是保存在該節(jié)點上的從i節(jié) 點到本節(jié)點的第j個歷史實際投遞時間）并將TiJ和登記時刻mij(即之前記錄的當(dāng)前時刻 tn)保存在本節(jié)點上。然后，判斷是否需要對該分組的剩余投遞時間進(jìn)行估計?是，則進(jìn)入步 驟3);否，則結(jié)束。
[0031 ]步驟3)提取該分組的目的節(jié)點為d，對運個分組從本節(jié)點到目的節(jié)點d在剩余路徑 上的投遞時間進(jìn)行估計。首先查找出保存在本節(jié)點上的每個反向路徑實際投遞時間Td,J及 其對應(yīng)的登記時間mij，讀取當(dāng)前時刻記錄為tn然后，根據(jù)W下公式計算該投遞時間Td,J的 信息價值Vd. J;
[0032]
[00削其中，Tn表示該信息的登記時刻m距當(dāng)前時刻tn的時長，和=心-化^，人表示信息有 效性減半的半衰期，是本方法的參數(shù)，設(shè)該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的面積為r，單位平方米，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的平 均通信半徑為1，單位米，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的平均移動速度為S，單位米每秒，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中節(jié)點個數(shù) 為n，則半衰期的計算如下
守W定時更新。
[0034]再將W信息價值V"為權(quán)重的歷史實際投遞時間均值，作為剩余路徑投遞時間的 估計值巧，具體根據(jù)W下公式：
[0035]
[0036] 其中T。代表保存在該節(jié)點上的從反向路徑d節(jié)點到本節(jié)點的第j個歷史實際投遞 時間；VdJ代表反向路徑歷史實際投遞時間的TdJ信息有效性，根據(jù)方法1 . 1計算；
[0037] 圖3是節(jié)點保存實際投遞時間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖，節(jié)點需要維護(hù)一個哈希表，該哈 希表的關(guān)鍵字為節(jié)點的地址，哈希函數(shù)可W采用除留余數(shù)法構(gòu)造。哈希表中每個地址指向 一個結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體包含了節(jié)點地址和指向?qū)嶋H投遞時間列表的指針。
[0038] 時間列表則是一個二維數(shù)組，每個歷史實際投遞時間及其登記時刻成為一組數(shù) 據(jù)，節(jié)點可W根據(jù)自身情況設(shè)定一個歷史信息保存的最大個數(shù)，當(dāng)保存的歷史信息個數(shù)到 達(dá)了最大數(shù)之后根據(jù)登記時刻的先后將最久遠(yuǎn)的實際投遞時間和登記時刻覆蓋。
[0039] 當(dāng)需要查找一個反向路徑上歷史投遞時間時，例如節(jié)點d到本節(jié)點的歷史投遞時 間時，先根據(jù)關(guān)鍵字即節(jié)點d的網(wǎng)絡(luò)地址調(diào)用哈希函數(shù)和沖突處理函數(shù)，定位該關(guān)鍵字在哈 希表中的位置，得到指向?qū)嶋H投遞時間列表的指針。然后利用指針獲取時間列表，最后提取 每個歷史實際投遞時間及其對應(yīng)的登記時刻。
【主權(quán)項】
1. 一種用于差分隊列服務(wù)系統(tǒng)的剩余路徑投遞時間估計方法，其特征在于包括方法 1.1，一種基于半衰期的歷史信息有效性計算方法和方法1.2,一種不需要發(fā)送順向探測包 的剩余路徑投遞時間估計方法； 方法1.1:一種基于半衰期的歷史信息有效性計算方法，根據(jù)歷史信息的登記時刻計算 所述歷史信息在當(dāng)前時刻的信息有效性;歷史信息有效性是指在當(dāng)前時刻下，一個歷史信 息用于預(yù)測或估計時所具有的有用價值； 信息有效性V的數(shù)值范圍是(0，1)，自信息登記時刻起，其有效性逐漸減少，按每經(jīng)過一 個半衰期λ之后減半，其計算方法如下： 設(shè)該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的面積為r，單位平方米，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的平均通信半徑為1，單位米，網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點的平均移動速度為S，單位米每秒，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中節(jié)點個數(shù)為η，則半衰期的計算如下：其中，Τη表示該信息的登記時刻m距當(dāng)前時刻tn的時長，即Τη= tn-m; 方法1.2: -種不需要發(fā)送順向探測包的剩余路徑投遞時間估計方法，本方法中一個數(shù) 據(jù)分組剩余投遞時間的估計值是其剩余路徑的反向路徑上的歷史實際投遞時間W根據(jù)方 法1.1所計算的信息有效性為權(quán)重的加權(quán)均值，及對該估計值的精確性的量化表征；具體 地，從本節(jié)點到目的節(jié)點d的投遞時間估計値fd:其中τ"代表保存在該節(jié)點上的從反向路徑d節(jié)點到本節(jié)點的第j個歷史實際投遞時 間，Vdj代表反向路徑歷史實際投遞時間Tdj根據(jù)方法1.1所計算的的信息有效性； 采用所述不需要發(fā)送順向探測包的剩余路徑投遞時間估計方法所計算的剩余路徑投 遞時間的估計值其準(zhǔn)確性P，是所有被采用的歷史實際投遞時間的信息有效性總和，具體 地：準(zhǔn)確性P的數(shù)值范圍是(〇，n)，其中η代表目前保存在本節(jié)點上的反向路徑節(jié)點d到本節(jié) 點的實際投遞時間Td的個數(shù)。
【文檔編號】H04W40/02GK105979559SQ201610242993
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】錢彥臻, 姜勝明, 楊愷健, 楊方
【申請人】上海海事大學(xué)