一種多rat并發(fā)傳輸方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，特別是涉及一種多RAT (Multiple Radio Access Techno Iogi es)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的并發(fā)傳輸方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶需求和業(yè)務(wù)的多樣化，以及WiFi技術(shù)與傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)在 業(yè)務(wù)承載能力、生命周期更替規(guī)律等方面的差異性，在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，移動(dòng)運(yùn)營商將 面對(duì)WiFi與2G/3G，LTE等多種異構(gòu)無線接入技術(shù)長期共存的局面。因此，如何做到異構(gòu)網(wǎng) 絡(luò)之間的相互協(xié)同、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提升WiFi網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)價(jià)值和網(wǎng)絡(luò)利用率，有效緩解目前蜂 窩網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)壓力，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)深度融合和平衡發(fā)展的目標(biāo)，最終向用戶提供無縫連接 和一致體驗(yàn)，是移動(dòng)運(yùn)營商面對(duì)關(guān)鍵技術(shù)難題。
[0003] 目前，LTE-A與WiFi網(wǎng)絡(luò)的深入融合仍有許多關(guān)鍵技術(shù)難題亟待解決。例如，目 前3GPP提出的IFOM方案中，提出了多模終端用戶在LTE和WiFi網(wǎng)絡(luò)共存情況下進(jìn)行負(fù)載 迀移、并發(fā)傳輸?shù)膱鼍昂桶咐?，但是針?duì)這些場景下的IFOM決策都較為簡單。為了提升網(wǎng) 絡(luò)容量，LTE-A網(wǎng)絡(luò)將朝著SmallCell方向演進(jìn)，未來網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將更為密集，終端用戶往往 同時(shí)處于多個(gè)LTE基站及WiFiAP節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍。此時(shí)，在設(shè)計(jì)IFOM方案時(shí)，除了需要 考慮信號(hào)強(qiáng)度，還要考慮信道利用率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量、時(shí)延等QoS相關(guān)因素，才能獲得更優(yōu)的 系統(tǒng)性能和用戶體驗(yàn)，這也是3GPPR12所關(guān)注的LTE-A網(wǎng)絡(luò)融合的重點(diǎn)問題之一。
[0004] 1、現(xiàn)有技術(shù)一的技術(shù)方案（專利號(hào)CN20101021038. 4)
[0005] 此方案公開了一種多網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸方法，主要應(yīng)用在多網(wǎng)絡(luò)接口 的PC機(jī)上。它通過改進(jìn)分組調(diào)度算法，試圖解決數(shù)據(jù)分發(fā)調(diào)度不合理、接收亂序及快速重 傳效率低下等問題。具體的，它通過對(duì)SCTP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)實(shí)現(xiàn)調(diào)度；并且，對(duì)擁塞窗口更新 算法的改進(jìn)，在每條路徑上獨(dú)立的使用擁塞控制機(jī)制?，F(xiàn)有技術(shù)一的缺點(diǎn)是該發(fā)明基于傳 輸層的SCTP協(xié)議修改，實(shí)時(shí)性效果不好。
[0006] 2、現(xiàn)有技術(shù)二的技術(shù)方案（專利號(hào)CN20121055122. 5)
[0007] 該發(fā)明公開了一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中基于跨層優(yōu)化的數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸方法。在網(wǎng) 關(guān)的網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層之間構(gòu)造一個(gè)新的協(xié)議層，稱為跨層處理層。它在跨層處理層構(gòu) 造虛擬網(wǎng)卡，基于跨層優(yōu)化的數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸方法，試圖實(shí)現(xiàn)無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中并發(fā)數(shù)據(jù) 的均衡傳輸?，F(xiàn)有技術(shù)二的缺點(diǎn)是該發(fā)明依賴端到端時(shí)延RTT的測量，實(shí)時(shí)性效果不好。
[0008] 3、現(xiàn)有技術(shù)三的技術(shù)方案（專利申請(qǐng)?zhí)朇N20121048255. 9)
[0009] 該發(fā)明公開了一種多流業(yè)務(wù)并發(fā)傳輸控制方法及裝置，它試圖克服無法充分利用 聚合帶寬資源導(dǎo)致不必要的數(shù)據(jù)重傳的缺陷，避免接收端亂序而導(dǎo)致的不必要的重傳和鏈 路帶寬擁塞?，F(xiàn)有技術(shù)三的缺點(diǎn)是該發(fā)明僅依賴鏈路傳輸時(shí)延的估計(jì)和預(yù)測，它解決亂序 問題的方式很難在實(shí)際中應(yīng)用。而且，它沒有考慮數(shù)據(jù)源的包到達(dá)特征。
[0010] 因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種多RAT并發(fā)傳輸方法，解決多流時(shí)延不 一致在接收端的造成的亂序問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是多流時(shí)延不一致在接 收端的造成的亂序問題。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種多RAT(MultipleRadioAccess Technologies)并發(fā)傳輸方法，將多流并發(fā)傳輸問題建模為"批到達(dá)"的M/G/m排隊(duì)論模型， 基于數(shù)學(xué)步驟按比例地將單一流分裂為多條流進(jìn)行傳輸，在大數(shù)統(tǒng)計(jì)意義上消除多流時(shí)延 差異。
[0013] 進(jìn)一步地，所述數(shù)學(xué)步驟如下：
[0014] 步驟1 :調(diào)度器根據(jù)不同鏈路的反饋信息以及總的數(shù)據(jù)包到達(dá)率計(jì)算數(shù)據(jù)包在不 同鏈路上的理論時(shí)延；
[0015] 步驟2 :調(diào)度器先將多流時(shí)延問題建模為凸優(yōu)化模型，再轉(zhuǎn)為拉格朗日對(duì)偶問題 進(jìn)行求解；如果是2流問題，則得到解析解；如果是大于等于3流問題，則得到迭代解；
[0016] 步驟3a:調(diào)度器確定單一流分裂成多條流的流量比例的大數(shù)概率方案；調(diào)度器將 數(shù)據(jù)包按概率在不同鏈路上進(jìn)行傳輸；
[0017] 步驟3b:調(diào)度器確定單一流分裂成多條流的流量比例；
[0018] 步驟4:重復(fù)迭代步驟3,直到結(jié)果收斂為止；調(diào)度器確定流量比例的大數(shù)概率方 案，將數(shù)據(jù)包按概率在不同鏈路上進(jìn)行傳輸。
[0019] 進(jìn)一步地，步驟1中所述理論延遲的總時(shí)延公式如下：
[0021] 其中，馬表示批到達(dá)數(shù)據(jù)包的平均等待時(shí)間，g和p分別表示到數(shù)據(jù)包到達(dá)分
到達(dá)率與服務(wù)率的比值；公式的第一項(xiàng)為單個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)的時(shí)延，第二項(xiàng)為由于批到達(dá)所
[0022] 進(jìn)一步地，步驟2中所述凸優(yōu)化模型如下：
[0027] 其中，約束條件（2)保證對(duì)于一個(gè)RAT來說，數(shù)據(jù)包的到達(dá)率要小于其RAT的服務(wù) 率，即要完成有效傳輸；約束條件（3)要求分流后的所有RATs上的到達(dá)率總和等于總的數(shù) 據(jù)包到達(dá)率；約束條件（4)要求分流后每個(gè)RAT上的數(shù)據(jù)包到達(dá)率不能為負(fù)值。
[0028] 進(jìn)一步地，步驟3a所述大數(shù)概率方案在雙流場景下的解析解如下：
[0034] 進(jìn)一步地，步驟3b中所述確定分流流量比例的過程如下：
[0035] (1)拉格朗日函數(shù)變形為：
[0043] (5)設(shè)定迭代步長，并初始化拉格朗日參數(shù)，并由此計(jì)算出此時(shí)的最優(yōu)Xj，繼
[0044] 而確定所有RATs上的最大時(shí)延；
[0045] (6)初始化拉格朗曰參數(shù)，由A|(i) =argm!iiAi%(A|)訶以求得此時(shí)最優(yōu)的 入r，
[0046] (7)根據(jù)公式1"_ =Tff-I) - {1 - 來更新T的值；
[0047] (8)根據(jù)上述得到的結(jié)果，用梯度值來更新拉格朗日參數(shù)，公式如下：
[0048]
[0049] 本發(fā)明還提供了一種多RAT(MultipleRadioAccessTechnologies)并發(fā)傳輸裝 置，將多流并發(fā)傳輸問題建模為"批到達(dá)"的M/G/m排隊(duì)論模型，基于數(shù)學(xué)步驟按比例地將 單一流分裂為多條流進(jìn)行傳輸，在大數(shù)統(tǒng)計(jì)意義上的消除多流時(shí)延差異。
[0050] 進(jìn)一步地，所述數(shù)學(xué)步驟如下：
[0051] 步驟1 :調(diào)度器根據(jù)不同鏈路的反饋信息以及總的數(shù)據(jù)包到達(dá)率計(jì)算數(shù)據(jù)包在不 同鏈路上的理論時(shí)延；
[0052] 步驟2 :調(diào)度器先將多流時(shí)延問題建模為凸優(yōu)化模型，再轉(zhuǎn)為拉格朗日對(duì)偶問題 進(jìn)行求解；如果是2流問題，則得到解析解；如果是大于等于3流問題，則得到迭代解；
[0053] 步驟3a:調(diào)度器確定單一流分裂成多條流的流量比例的大數(shù)概率方案；調(diào)度器將 數(shù)據(jù)包按概率在不同鏈路上進(jìn)行傳輸；
[0054] 步驟3b:調(diào)度器確定單一流分裂成多條流的流量比例；
[0055] 步驟4:重復(fù)迭代步驟3,直到結(jié)果收斂為止；調(diào)度器確定流量比例的大數(shù)概率方 案，將數(shù)據(jù)包按概率在不同鏈路上進(jìn)行傳輸。
[0056] 本發(fā)明提出一種新型的多流并發(fā)傳輸方法和裝置，目的是解決多流時(shí)延不一致在 接收端的造成的亂序問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造性地引入"數(shù)據(jù)源的包到達(dá)特征"， 將多流并發(fā)傳輸問題建模為"批到達(dá)"的M/G/m排隊(duì)論模型，基于數(shù)學(xué)推理按比例地將單 一流分裂為多條流進(jìn)行傳輸，達(dá)到大數(shù)統(tǒng)計(jì)意義上的徹底消除多流時(shí)延差異的技術(shù)效果。
[0057] 本發(fā)明可以應(yīng)用在基于Cloud-WiFi架構(gòu)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，在Cloud-WiFi架構(gòu)下，Cloud-AC可以獲取WiFi網(wǎng)絡(luò)中各AP節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，通過與LTE-A的深入 融合，可以優(yōu)化終端用戶在LTE-A和WiFi網(wǎng)絡(luò)間的切換、負(fù)載迀移、負(fù)載均衡等決策。
[0058] 我們所研宄的場景如圖5所示。用戶終端同時(shí)連接WiFi和LTE網(wǎng)絡(luò)分別為RATl和RAT2鏈路，上行或下行數(shù)據(jù)都可以通過這兩條鏈路流通。在實(shí)際應(yīng)用中，由于各個(gè)RAT共 用某些無線資源（帶寬），分配給某種RAT的帶寬資源是有限的。當(dāng)一個(gè)新用戶接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 由于網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的用戶數(shù)量及其業(yè)務(wù)需求都會(huì)對(duì)可用的網(wǎng)絡(luò)資源產(chǎn)生影響，因此需要根據(jù)各 RAT的可用資源情況進(jìn)行決策。針對(duì)用戶的某種業(yè)務(wù)，從保證QoS的角度出發(fā)，在網(wǎng)絡(luò)中已 有用戶占用了部分RAT資源的情況下，可以通過估計(jì)RAT的可達(dá)數(shù)據(jù)率和傳輸時(shí)延，得到當(dāng) 前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的信息。此時(shí)，如果某個(gè)RAT具有足夠可用資源時(shí)，可以為用戶分配最大帶寬， 而當(dāng)該RAT已達(dá)到自身網(wǎng)絡(luò)容量限制時(shí)，則充分利用重疊覆蓋的其他RAT的可用資源，滿足 用戶的最小帶寬需求。此外，對(duì)用戶而言，還必須考慮不同RAT方式接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)的功耗和費(fèi) 用問題，可以為用戶設(shè)計(jì)相應(yīng)的效用函數(shù)，在滿足用戶當(dāng)前業(yè)務(wù)需求的情況下，盡可能的最 小化用戶的功率消耗和費(fèi)用，或者在用戶的功耗或費(fèi)用受限制的情況下，最大化QoS性能。
[0059] 本發(fā)明方法基于數(shù)學(xué)推理按比例地將單一流分裂為多條流進(jìn)行傳輸，達(dá)到大數(shù)統(tǒng) 計(jì)意義上的徹底消除多流時(shí)延差異的技術(shù)效果；從源頭上克服多流并行傳輸技術(shù)遇到的多 流時(shí)延不一致問題。
[0060] 圖6,圖7,圖8分別與算法的對(duì)比和算法的收斂性能的模擬仿真結(jié)果，模擬場景為 3個(gè)RATs的，數(shù)據(jù)包的到達(dá)符合"批到達(dá)"的M/G/m排隊(duì)論模型，采用的對(duì)比算法為OMMA算 法。圖6的縱坐標(biāo)表示網(wǎng)絡(luò)時(shí)延（Seconds)，橫坐標(biāo)表示數(shù)據(jù)包到達(dá)率（Mbps)?？梢杂^察 到DO