基于3D-Markov鏈的IEEE802.11ad網(wǎng)絡(luò)用戶QoE優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于IEEE802.1 lad網(wǎng)絡(luò)與接入控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于3D_Markov鏈的IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)用戶QoE優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如何在不斷提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)業(yè)務(wù)能力的基礎(chǔ)上提升用戶對網(wǎng)絡(luò)的使用感受是未來信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。目前，針對用戶在高速數(shù)據(jù)、高清信號、低時(shí)延等傳輸方面的需求和要求，IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)有效解決了短距離高清信號傳輸過程中對吞吐量、時(shí)延的要求，可以改善系統(tǒng)吞吐量、時(shí)延、能耗等性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)QoS提升。而QoS作為描述網(wǎng)絡(luò)性能的客觀指標(biāo)并不能直接體現(xiàn)用戶對業(yè)務(wù)的感受，相比之下QoE作為一種業(yè)務(wù)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)，不僅能夠統(tǒng)一評價(jià)業(yè)務(wù)中的多種QoS指標(biāo)對用戶體驗(yàn)的影響，還能夠統(tǒng)一評價(jià)不同類型業(yè)務(wù)中的主觀使用體驗(yàn)，是一種適用于多業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化指標(biāo)。
[0003]因此，綜合考慮用戶在接入過程中影響QoE的多種因素，研究基于QoE的IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)用戶接入的退避行為，對于支持不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)的IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)用戶QoE具有重要的意義。
[0004]在現(xiàn)有的技術(shù)方案中，研究者往往借助隨機(jī)理論中的Markov模型對無線網(wǎng)絡(luò)接入退避行為進(jìn)行系統(tǒng)QoS分析，并且結(jié)合網(wǎng)絡(luò)接入選擇算法進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，以達(dá)到最佳接入控制效果。針對接入控制機(jī)制中接入退避行為，研究者主要集中在包括吞吐量、時(shí)延、丟包率等指標(biāo)的系統(tǒng)QoS方面研究，而進(jìn)一步的用戶QoE方面研究較少；同時(shí)，由于IEEE802.llad高吞吐量的特性，對時(shí)延參數(shù)高要求，因此大部分已有的二維馬爾科夫鏈分析模型以及三維馬爾科夫鏈模型已經(jīng)不能滿足IEEE802.11 ad對用戶體驗(yàn)的高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于3D_Markov鏈的IEEE802.11ad網(wǎng)絡(luò)用戶QoE優(yōu)化方法，該方法針對IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延與用戶QoE高要求的問題，建立適用于IEEE802.11ad網(wǎng)絡(luò)的用戶業(yè)務(wù)接入退避行為的3D-Markov鏈模型，考慮不同業(yè)務(wù)類型用戶體驗(yàn)質(zhì)量，供優(yōu)化用戶QoE研究使用，實(shí)現(xiàn)IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)接入用戶的整體QoE提升的QoE優(yōu)化方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于3D_Markov鏈的IEEE802.1 lad網(wǎng)絡(luò)用戶QoE優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0008]1)構(gòu)建適用于IEEE802.11ad網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)用戶接入退避行為的3D_Markov鏈分析模型；
[0009]2)根據(jù)3D_Markov鏈分析模型計(jì)算系統(tǒng)QoS指標(biāo)；
[0010]3)根據(jù)系統(tǒng)QoS指標(biāo)，采用典型的平均意見得分M0S評價(jià)方法映射得到用戶QoE量化指標(biāo)；
[0011 ] 4)動態(tài)檢測，實(shí)時(shí)更新，以QoE最大化為目標(biāo)優(yōu)化競爭時(shí)間窗口函數(shù)；
[0012]5)根據(jù)最優(yōu)競爭窗口值，得出最大QoE。
[0013]進(jìn)一步，在步驟1)中，引入競爭時(shí)間窗口函數(shù)構(gòu)建3D-MarkoV鏈分析模型；
[0014]用s(t)表示退避階數(shù)i的隨機(jī)過程，ie[0，m]m為用戶進(jìn)行二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制中最大退避階數(shù)…^丨表示退避計(jì)數(shù)值彳的隨機(jī)過程^三卜^匕^^匕為用戶的競爭時(shí)間窗口函數(shù)，且1^ = 21.kmin—v(V = 0,…，N;i = l，...,m)，kmin—v是不同業(yè)務(wù)競爭窗口函數(shù)最小值，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)優(yōu)先級的區(qū)分，N為假設(shè)的IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)中等待接入的不同業(yè)務(wù)種類的用戶數(shù)目；引入競爭時(shí)間窗口函數(shù)構(gòu)建3D-MarkoV鏈模型，用d(t)表示競爭時(shí)間窗口值k的隨機(jī)過程，ke [kmin_v,kmax] , kmax = 2".kmin—v。假設(shè)在每一次嘗試重傳時(shí)，不考慮已經(jīng)經(jīng)歷的重傳次數(shù)，每一個(gè)數(shù)據(jù)包的碰撞概率都用恒定獨(dú)立的常數(shù)表示。此種假設(shè)下，建立3D-MarkoV鏈模型。
[0015]進(jìn)一步，在步驟4)中，通過二分搜索思想，動態(tài)檢測，實(shí)時(shí)更新具體在不同業(yè)務(wù)用戶退避過程中，各個(gè)用戶實(shí)時(shí)檢測影響用戶QoE的競爭時(shí)間窗口值，綜合考慮業(yè)務(wù)需求的滿意用戶QoE值，一旦競爭時(shí)間窗口值改變，則重新回到步驟1)。
[0016]進(jìn)一步，選取最優(yōu)競爭時(shí)間窗口值具體包括以下步驟:
[0017]41)初始化:初始化不同業(yè)務(wù)用戶的競爭窗口函數(shù)值ki，且ki = 2i.kmin—V(v = 0，...，N; i = l，...，m)，111為用戶進(jìn)行二進(jìn)制指數(shù)退避機(jī)制中最大退避階數(shù)，kmin—V為不同業(yè)務(wù)競爭窗口函數(shù)最小值，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)優(yōu)先級的區(qū)分，N為假設(shè)的IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)中等待接入的不同業(yè)務(wù)種類的用戶數(shù)目；
[0018]42)設(shè)置不同業(yè)務(wù)用戶的QoE量化指標(biāo)M0S的滿意度值MOSidie;
[0019]43)計(jì)算當(dāng)前競爭窗口函數(shù)值所對應(yīng)的用戶QoE量化指標(biāo)M0S值MOSi，并與MOSidie進(jìn)行對比；
[0020]44)迭代求解:
[0021]在一輪迭代后更新競爭窗口函數(shù)值ki’，這里ki’e[kmin—v，kmax]，且kmax = 2m.kmin—v，kmax是競爭時(shí)間窗口函數(shù)最大值，并將lu ’作為下次迭代的初始值:
[0022]①對于不同業(yè)務(wù)用戶ACv(AccessCategory)，當(dāng)前用戶的競爭時(shí)間窗口函數(shù)值ki ’在此輪的更新將有兩個(gè)選擇:ki’ = (k1-kmin—v)/2，ki’ = (kmax-ki)/2;
[0023]②對所有可選擇的ki’，選取滿足條件ki’ e [kmin—v，kmax]的對應(yīng)ki’，計(jì)算此時(shí)QoE量化指標(biāo)M0S值MOSi’ ；
[0024]③將MOSi ’與MOSidie對比，若| MOSidie-MOSi ’ | <e(這里e為無限小的數(shù))，表示在誤差允許的范圍內(nèi)獲得了最大M0S值，迭代過程停止，輸出此時(shí)的lu’，否則返回步驟4，直到獲得最優(yōu)ki ’。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于:
[0026]首先，由于IEEE802.llad高吞吐量的特性，對時(shí)延參數(shù)高要求，本發(fā)明通過引入接入競爭時(shí)間窗口函數(shù)，構(gòu)造了一種適用于IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)用戶接入退避行為的3D-Markov鏈模型;此外，本發(fā)明的競爭時(shí)間窗口函數(shù)是動態(tài)的，與現(xiàn)有的競爭時(shí)間窗口函數(shù)不同的是，本發(fā)明的競爭時(shí)間窗口函數(shù)首先根據(jù)現(xiàn)有的二進(jìn)制指數(shù)回退策略來動態(tài)調(diào)整競爭時(shí)間窗口值，其次還要基于最優(yōu)QoE來二次調(diào)整競爭時(shí)間窗口值，不僅可以充分適用于IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)，而且為提升接入用戶的整體QoE提供了更精確的途徑。
【附圖說明】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0028]圖1為本發(fā)明的引入競爭時(shí)間窗口函數(shù)的3D-MarkoV鏈用戶數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明的二分搜索思想選取最優(yōu)競爭窗口函數(shù)值示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]在IEEE802.11ad網(wǎng)絡(luò)中，不同業(yè)務(wù)類型的用戶通過隨機(jī)競爭接入網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)用戶向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送接入請求時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通過接入控制策略協(xié)調(diào)不同業(yè)務(wù)種類用戶的接入。當(dāng)試圖接入網(wǎng)絡(luò)的N個(gè)用戶感知到信道空閑時(shí)，高優(yōu)先級用戶接入并進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)，次級用戶在等待信道連續(xù)空閑DIFS (Distributed Inter Frame Space)時(shí)間后，進(jìn)入退避狀態(tài)，此時(shí)次級用戶在0到競爭時(shí)間窗口函數(shù)內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)退避時(shí)間，存入退避計(jì)數(shù)器中。退避時(shí)間短的用戶退避計(jì)數(shù)器最先減至0，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，依次類推。如若用戶發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，采用二進(jìn)制指數(shù)回退策略，增大競爭窗口函數(shù)值ki = 2i.kmin，進(jìn)入下一階的退避狀態(tài)。
[0032]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0033]圖1為本發(fā)明的引入競爭時(shí)間窗口函數(shù)的3D-MarkoV鏈用戶數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)示意圖，本發(fā)明首先建立適用于IEEE802.llad網(wǎng)絡(luò)的3D-Markov鏈模型，參照圖1所示的單一IEEE802.1 lad網(wǎng)絡(luò)用于描述每個(gè)用戶接入過程的數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)圖。模型內(nèi)特殊狀態(tài)idle表示網(wǎng)絡(luò)基站在完成一次傳輸后沒有新的數(shù)據(jù)需要立刻傳輸?shù)臓顟B(tài)，特