專利名稱：一種無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào) 度方法。
背景技術(shù)：
不同于傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，對等網(wǎng)絡(luò)(P2P Peer-to-peer)弱化了服務(wù)器 的概念，網(wǎng)絡(luò)中成千上萬的節(jié)點均是地位相同的資源提供者和請求者，所有 節(jié)點之間擁有對等的關(guān)系，P2P網(wǎng)絡(luò)具有自組織、非中心化、可擴展性等優(yōu) 點。同時，隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，多跳分布式無線自組網(wǎng)(Ad Hoc)得到了前所未有的重視，其可以在任何時刻、任何地點不需要硬件基 礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，快速構(gòu)建起無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，具有獨立性、非中心 化、可擴展性等優(yōu)點。由于對等網(wǎng)絡(luò)、多跳分布式無線自組網(wǎng)是位于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中不同層上的 分布式結(jié)構(gòu)模式，兩者都具有非中心化、可擴展性等優(yōu)點，因此將二者充分 結(jié)合的無線對等網(wǎng)絡(luò)可以提供一種便利、快捷的無線通信模式。進一步地，目前，對于網(wǎng)絡(luò)的多源調(diào)度方法，在固定網(wǎng)絡(luò)中，主要是通 過服務(wù)器的協(xié)助，多個源節(jié)點同時對目標(biāo)源中文件的一部分進行發(fā)送，以完 成文件的傳輸。該方法不適合無線自組網(wǎng)中多媒體業(yè)務(wù)的傳輸，其存在同時 有多個源節(jié)點處于激活狀態(tài)，不利于移動終端的能量節(jié)約和無線自組網(wǎng)中帶 寬資源節(jié)約；只以最大傳輸速率為目的，沒有考慮節(jié)點的生存時間等缺陷。
而在無線自組網(wǎng)中，由于無線自組網(wǎng)自身的特性，如時變與獨立用戶衰 落信道特性、無線終端的能量有限性和系統(tǒng)的分布式特征，則無線自組網(wǎng)中的多源調(diào)度要面對的主要問題是系統(tǒng)的信息傳輸速率，以及能量消耗等問 題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施例提供了 一種無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，具有 信息傳輸速率高以及能量消耗小的優(yōu)點。一種無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，包括根據(jù)同一時隙各節(jié)點的信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)確定出該時隙綜合狀態(tài) 最佳的節(jié)點，通過該節(jié)點傳輸信息。由上述本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以看出，其充分利用了無線信 道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)信息，使得任何時刻都可以選擇綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點 進行信息的傳輸，從而保證接收端節(jié)點獲得最大的數(shù)據(jù)速率，并最小化網(wǎng)絡(luò) 中節(jié)點的耗電量。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā) 明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的 前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例的調(diào)度方法流程圖；圖2為本發(fā)明實施例的調(diào)度方法流程圖；圖3為本發(fā)明實施例的調(diào)度方法流程圖；圖4為本發(fā)明實施例調(diào)度方法選擇的最佳節(jié)點與隨機選擇的節(jié)點生存時間
比較示意圖；圖5為本發(fā)明實施例調(diào)度方法選擇的最佳節(jié)點與隨機選擇的節(jié)點耗電量比 較示意圖；圖6為本發(fā)明實施例調(diào)度方法選擇的最佳節(jié)點與隨機選擇的節(jié)點傳輸速率 比較示意圖；圖7為本發(fā)明實施例調(diào)度方法選擇的最佳節(jié)點與隨機選擇的節(jié)點耗電量比 較示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而 不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做 出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例一一種無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，包括根據(jù)各節(jié)點的實際信 道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)確定出同 一 時隙下綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點，通過該節(jié)點 傳輸信息。無線對等網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點為分布式狀態(tài)，通過對等網(wǎng)絡(luò)找到需要傳輸?shù)?文件后，如果該文件同時存在多個候選源節(jié)點時，那么需要借助多源調(diào)度方 法，綜合各候選源節(jié)點的實際綜合狀態(tài)信息，選擇狀態(tài)最佳的節(jié)點源進行文 件的傳輸，從而保證接收端獲得最大的數(shù)據(jù)速率，并最小化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的耗 電量。實施例二如圖1所示， 一種無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，其主要利用對各 節(jié)點的理論信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)分別建立馬爾可夫模型，合并各馬爾可 夫模型得到各節(jié)點的綜合狀態(tài)馬爾可夫模型，以便根據(jù)各節(jié)點的綜合狀態(tài)馬 爾可夫模型以及各節(jié)點在同一時隙下實測的信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)確定出 所述各節(jié)點中綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點，通過該節(jié)點傳輸信息，從而保證接收端 獲得最大的數(shù)據(jù)速率，并最小化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的耗電量。所述調(diào)度方法具體包括如下步驟1 、各節(jié)點獲得其實際信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)的步驟11:通過對等網(wǎng)絡(luò)找到需要的文件后，當(dāng)該文件同時存在多個候選源節(jié)點時，所有的候選源節(jié)點獲得同一時隙下各節(jié)點IP以及實測獲得節(jié)點狀態(tài)信息，該狀態(tài)信息包括信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)。2、各節(jié)點建立綜合狀態(tài)馬爾可夫模型的步驟12:由于節(jié)點的信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)具有不相關(guān)性，所以通過對各候選 源節(jié)點的理論信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)分別建立馬爾可夫模型，合并各馬爾 可夫模型得到各節(jié)點的綜合狀態(tài)馬爾可夫模型，以描述各節(jié)點的綜合狀態(tài)。 節(jié)點的信道狀態(tài)指信道慢衰落情況，節(jié)點的剩余能量狀態(tài)指節(jié)點電池剩余能 量的多少情況。例如，將無線對等網(wǎng)絡(luò)中無線信道劃分為G個狀態(tài)C-(q,q…Ce),對候 選源節(jié)點信道狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換建立為馬爾可夫模型，如以候選源節(jié)點/為例， 其轉(zhuǎn)移概率矩陣為4(/)=(、丄「，其中 一 步轉(zhuǎn)移概率又如，對能量受限的節(jié)點，將其剩余能量狀態(tài)劃分為H個等級，對候選 源節(jié)點的剩余能量建立馬爾可夫模型e-(《,A，…&)，如以候選源節(jié)點/為 例，其轉(zhuǎn)移概率矩陣為4(/)=(egA)w ,其中 一 步轉(zhuǎn)移概率<formula>formula see original document page 7</formula> 基于節(jié)點的信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)的不相關(guān)性，將信道狀態(tài)和剩余能 量狀態(tài)馬爾可夫模型中的狀態(tài)樣本混合，即合并各馬爾可夫模型得到節(jié)點的綜合狀態(tài)馬爾可夫模型，如候選源節(jié)點/在時隙K時的狀態(tài)/(/)可建模為<formula>formula see original document page 8</formula>其轉(zhuǎn)移概率矩陣為4)-[UUi 。3、各節(jié)點確定出綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點的步驟13:如圖2所示，各節(jié)點得到其收益值的步驟131:通過各節(jié)點的綜合狀態(tài)的 馬爾可夫模型以及各節(jié)點的實際信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)得到各節(jié)點的綜合 狀態(tài)的收益函數(shù)，進而得到各節(jié)點的收益值。如以候選源節(jié)點Z為例，其綜合狀態(tài)馬爾可夫模型轉(zhuǎn)移概率矩陣為 4) = l(cg/)，^lxUi ，通過適時實測候選源節(jié)點/的狀態(tài)，得到其概率矩陣為^卜fc/(/lu^喝，其中^,『,分別為理論狀態(tài)數(shù)和實測狀態(tài)數(shù)，實現(xiàn)從實測 值對理論值進行合理估計，進而，得到節(jié)點/收益函數(shù)/ ^(/(/),/),其收益值 與候選源節(jié)點/的狀態(tài)有關(guān)，對候選源節(jié)點調(diào)度的最優(yōu)化就是實現(xiàn)收益函數(shù)在無限時間軸上的數(shù)學(xué)期望■/。=五的最大化<其他的各節(jié)點的綜合狀態(tài)馬爾可夫模型以及收益值的計算原理，可以參 考候選源節(jié)點/,不做贅述。所以，各候選源節(jié)點根據(jù)下面的公式(1)計算其自身在實測信道狀態(tài)和 剩余能量狀態(tài)下收益函數(shù)的收益值，<formula>formula see original document page 8</formula>公式(1)中，Z(/,x(/》表示節(jié)點/處于狀態(tài);c(/)時的收益函數(shù)，/if(0是對 P(/,;r)的有限維表示，即P(/，;r)= max (^丫;r(/) ，W的定義為<formula>formula see original document page 8</formula>為簡單起見略去/。
各節(jié)點確定出具有最大收益值的節(jié)點的步驟132:各候選源節(jié)點進行信 息廣播其收益值，于是每個候選源節(jié)點都了解其他候選源節(jié)點的綜合狀態(tài)，候選源節(jié)點根據(jù)綜合狀態(tài)的優(yōu)劣進行排序確定出綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點，即各 節(jié)點中具有最大收益值的節(jié)點為綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點，之后，由最佳的源節(jié)點傳送文件的首段，即只有一個源節(jié)點處于激活狀態(tài)，可以保證接收端獲得 最大的數(shù)據(jù)速率，并最小化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的耗電量。這里可以知道，對等網(wǎng)絡(luò)找到存儲有目標(biāo)文件的多個候選源節(jié)點后，在 步驟11、 12中，各候選源節(jié)點可以根據(jù)文件的大小對將需要傳輸?shù)奈募M行 合理分段以實現(xiàn)分段傳輸，此時在步驟13中，各候選源節(jié)點進行信息廣播其 收益值的同時也將傳輸文件的首段發(fā)送請求廣播給其他候選源節(jié)點，實現(xiàn)選 擇最優(yōu)傳送源節(jié)點分段傳輸文件。4、各節(jié)點循環(huán)確定綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點的步驟14:如圖3所示，傳輸一段信息的節(jié)點更新其狀態(tài)的步驟141:綜合狀態(tài)最佳 的節(jié)點傳送首段文件后，該節(jié)點根據(jù)公式(2)更新其綜合狀態(tài)馬爾可夫模 型的狀態(tài)空間，進而獲得更新后的收益值；而前一時隙沒有被選中的候選節(jié) 點，不必更新其各自的綜合狀態(tài)馬爾可夫模型，所以其收益值不變。這樣， 根據(jù)該綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點更新的收益值，各節(jié)點可以確定出下一個綜合狀 態(tài)最佳的節(jié)點進行下 一段信息的傳輸。公式(2)中，Z(/),xW(/)分別表示源節(jié)點z在k， k+1時段的綜合狀態(tài)信 息，即源節(jié)點所處的綜合狀態(tài)的概率。5(/,/+1(/))表實測狀態(tài)為/+1(/)時，理論 狀態(tài)的可能概率矩陣。C表示長度為^、值為1的列向量的轉(zhuǎn)置，義(/)表示 j(/)矩陣的轉(zhuǎn)置，j(/)矩陣為源節(jié)點/的理論狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。確定出下傳輸一段信息的最佳節(jié)點的步驟142:如果傳送文件首段的最 佳節(jié)點的狀態(tài)劣于前次狀態(tài)，則向其他候選源節(jié)點廣播該狀態(tài)信息，重新選 擇最佳源節(jié)點來傳送文件的下一段；否則，則仍由傳送文件首段的最佳節(jié)點
來傳送文件的下一段。 一般通過多次循環(huán)調(diào)度源節(jié)點，實現(xiàn)對整個文件的傳 輸。由上可見，通過多次循環(huán)調(diào)度源節(jié)點，實現(xiàn)在任何時刻都可以選擇綜合 狀態(tài)最佳的節(jié)點進行信息的傳輸，從而保證接收端節(jié)點獲得最大的數(shù)據(jù)速 率，并最小化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的耗電量。上述公式(1 ) 、 (2)參照文獻V. Krishnamurthy， A Value Iteration Algorithm for Partially Observed Markov Decision Process Multi-armed Bandits, Mathematics of Operations Research, 2005, 5， pp: 133-152(數(shù)學(xué)運籌學(xué)，部分可測馬爾可夫決策過程多臂賭博機的值迭代算法，2005 年5月，133國152頁，作者V. Krishnamurthy)。參見圖4-7，通過仿真試驗，驗證了本發(fā)明中多源調(diào)度方法與普通的隨機 選捧的節(jié)點相比在數(shù)據(jù)速率和耗電量兩項指標(biāo)的改善。圖4中橫坐標(biāo)為能提供目標(biāo)文件的源節(jié)點個數(shù)；縱坐標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)的存活 時間(時隙)。圖5中橫坐標(biāo)為在激活時隙，移動設(shè)備電池從高能級變到 低能級的概率；縱坐標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)的存活時間(時隙)。圖6中橫坐標(biāo)為在 激活時隙，移動設(shè)備電池從高能級變到低能級的概率；縱坐標(biāo)為目標(biāo)節(jié)點 的接收比特率(kbits/s，千比特每秒)。圖7中橫坐標(biāo)為能提供目標(biāo)文件的源 節(jié)點數(shù)；縱坐標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)的存活時間(時隙)。綜上可見，本發(fā)明提出一種無線對等網(wǎng)絡(luò)中分布式多源調(diào)度方法，將無 線對等網(wǎng)絡(luò)中信道的多變性和無線設(shè)備能量等級建模為有限狀態(tài)馬爾可夫模 型，綜合候選源節(jié)點的狀態(tài)信息，各候選源節(jié)點之間進行狀態(tài)信息的廣播和 及時更新，使得任何時刻都選擇狀態(tài)最佳的節(jié)點源進行文件的傳輸，從而保 證接收端獲得最大的數(shù)據(jù)速率，并最小化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的耗電量。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可 輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明 的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，其特征在于，包括根據(jù)各節(jié)點的實際信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)確定出同一時隙下綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點，通過該節(jié)點傳輸信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，其特征 在于，所述方法具體包括獲得所述各節(jié)點的實際信道狀態(tài)和剩余能量狀 態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，其特征 在于，所述方法還包括對所述各節(jié)點的理論信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)分別 建立馬爾可夫模型，合并各馬爾可夫模型得到所述各節(jié)點綜合狀態(tài)的馬爾可 夫模型。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，其特征 在于，所述方法還包括通過所述各節(jié)點的綜合狀態(tài)的馬爾可夫模型以及所述各節(jié)點的實際信道 狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)得到所述各節(jié)點的綜合狀態(tài)的收益函數(shù)，進而得到各節(jié) 點的收益值；所述各節(jié)點廣播其收益值并確定出具有最大收益值的節(jié)點為綜合狀態(tài)最 佳的節(jié)點。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4述的無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，其特征在 于，所述方法還包括所述綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點完成信息傳輸后，該節(jié)點根據(jù)其信道狀態(tài)和剩 余能量狀態(tài)更新其綜合狀態(tài)的馬爾可夫模型并得到其更新的收益值；根據(jù)該綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點更新的收益值，所述各節(jié)點確定出下一個綜 合狀態(tài)最佳的節(jié)點進行信息的傳輸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 4或5所述的無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方 法，其特征在于，所述各節(jié)點對其上需要傳輸?shù)男畔⑦M行分段處理。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，其特征 在于，所述各節(jié)點還對需要傳輸?shù)男畔⑦M行分段廣播。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，其特征 在于，所述信道狀態(tài)指信道慢衰落情況，所述剩余能量狀態(tài)指節(jié)點電池剩余 能量情況。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的多源調(diào)度方法，包括根據(jù)各節(jié)點的實際信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)確定出同一時隙下綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點，通過該節(jié)點傳輸信息。本發(fā)明節(jié)點的多源調(diào)度方法充分利用了無線信道狀態(tài)和剩余能量狀態(tài)信息，使得任何時刻都可以選擇綜合狀態(tài)最佳的節(jié)點進行信息的傳輸，從而保證接收端節(jié)點獲得最大的數(shù)據(jù)速率，并最小化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的耗電量。
文檔編號H04L25/02GK101399851SQ200810225189
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者非 于, 司鵬搏, 亭 李, 屹 李, 曦 李, 梅敬青, 王仕果, 紅 紀, 羅常青 申請人:北京郵電大學(xué)