肖 峰

(安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230031)

在異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，容易受到環(huán)境和信道不匹配特征的影響，導(dǎo)致異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃院蜁r效性不好，需要構(gòu)建優(yōu)化的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制模型，結(jié)合參數(shù)均衡配置和自適應(yīng)的信道均衡設(shè)計，實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延和信道的均衡控制，改善異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸和通信的質(zhì)量、研究異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制方法，在促進異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)妮敵龇€(wěn)定性和空間均衡性方面具有重要意義[1]。

對異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制是建立在網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性設(shè)計基礎(chǔ)上，分析異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制的相關(guān)性約束參數(shù)，通過信道模型構(gòu)建，結(jié)合分組交換和信道分集均衡調(diào)度，實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制[2]。當(dāng)前，對異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制方法主要有模糊聚類的時延控制方法、分組轉(zhuǎn)換的時延控制方法和有限帶寬約束的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制方法等[3-4]，結(jié)合異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點的優(yōu)化部署，采用相關(guān)的控制結(jié)構(gòu)模型，實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制優(yōu)化設(shè)計[5]。但傳統(tǒng)方法在對異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制中存在計算復(fù)雜度較高、均衡性不好的問題。針對傳統(tǒng)方法存在的問題，本文提出基于負載自適應(yīng)的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制方法。構(gòu)建異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道均衡配置模型，采用信道估計和優(yōu)先權(quán)調(diào)度的方法，構(gòu)建異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢撦d估計模型，然后根據(jù)匹配濾波檢測算法實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母蓴_抑制，分析信道切換隊列的差異性特征分量，采用負載自適應(yīng)調(diào)度和參數(shù)融合的方法，實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸時延控制和信道均衡設(shè)計，最后進行仿真測試分析，展示了本方法在提高異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制性能方面的優(yōu)越性。

1 異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道模型和特征分析

1.1 異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道模型

為了實現(xiàn)基于負載自適應(yīng)的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制，首先需要構(gòu)建異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道模型，采用負載均衡調(diào)度的方法實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的時延反饋誤差補償調(diào)節(jié)，通過計算異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的空間特征參數(shù)[6]，結(jié)合編碼函數(shù)轉(zhuǎn)換和連續(xù)功率分配[7]，得到異構(gòu)云無線接入網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)域匹配函數(shù)：

(1)

其中，k為聯(lián)合優(yōu)化用戶關(guān)聯(lián)的時間片大小，C={i1,i2,…,in}為網(wǎng)絡(luò)用戶公平實現(xiàn)信息傳輸?shù)臅r間間隔序列，Ddec為功率分配和資源塊匹配參數(shù)，根據(jù)上述分析，得到異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)纳漕l單元為：

(2)

采用混合多址接入的方法，將異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇a元序列Pdec轉(zhuǎn)換為(K-2)位的二進制序列，即為海量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速傳輸?shù)碾[私保護信息P。根據(jù)先驗參數(shù)估計結(jié)果，得到Pdec=2，則P=10。在執(zhí)行射頻處理的過程中，分析異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延帶寬[8]，得到高維狀態(tài)空間中的傳輸時延表示為：

d=P-Pdec

(3)

采用相似度度量的方法，得到異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓叫詡鬏斠蜃訛镸2，分析第T′時隙接收到的信號為H，且H[0,2m-1]，m為異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸通信雙方事先約定的信道帶寬，得到異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延編碼函數(shù)：

(4)

其中P為異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸碼元序列長度為m的離散特征序列，采用離散化處理的方法，求得多普勒頻譜，描述為：

(5)

圖1 異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道模型

1.2 異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道特征分析

(6)

在前傳網(wǎng)絡(luò)選擇中，異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的多徑時延帶寬為：

(7)

采用自適應(yīng)加權(quán)控制對異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的信道進行模糊匹配[10]，對比M1和M2之間的聯(lián)合分布特征量，得到信道均衡迭代公式為：

f(k+1)=Capadj-ρ·eMDMMA(k)+YT′(f)

(8)

上式中：

(9)

其中，ρ為異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南嗨贫认禂?shù)。采用信道估計和優(yōu)先權(quán)調(diào)度的方法，構(gòu)建異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢撦d估計模型，用M4表示負載參數(shù)，得到能耗因子2m-1。傳輸給用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的編碼函數(shù)為：

(10)

其中，P為異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)穆?lián)合特征分布信息。假設(shè)k為時間片大小，根據(jù)上述分析，得到異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的特征分析函數(shù)為：

(11)

其中，(k+2m-2)表示異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度的時延?；诖藢崿F(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的特征分析。

2 網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制的優(yōu)化設(shè)計

2.1 基于匹配濾波的干擾抑制優(yōu)化

為了實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母蓴_抑制，利用匹配濾波檢測算法對其進行優(yōu)化處理。首先分析信道切換隊列的差異性特征分量，采用負載自適應(yīng)調(diào)度和參數(shù)融合的方法，集合分組交換的方法，得到異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)穆?lián)合隊列長為RMDMMA_i(i=1,…,N)，在前傳鏈路模型中，得到基站與無線網(wǎng)絡(luò)進行交互時的時延誤差，使其滿足：

(12)

其中，ω表示異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)資源分配的聯(lián)合特征量，0≤ω≤1，通過基站分配無線資源的時延特征量，結(jié)合基站分配無線資源行為實現(xiàn)特征分布式融合和調(diào)度，得到時延擴展過程為：

(13)

采用低維和離散的信道空間估計，結(jié)合負載均衡調(diào)度，得到信道資源分配輸出為：

(14)

采用匹配濾波檢測算法，得到分組交換網(wǎng)絡(luò)傳輸與信道的輸出抑制處理的判決函數(shù)關(guān)系為：

(15)

其中，Ry表示所對應(yīng)的資源分配的負載。

基于自適應(yīng)加權(quán)控制方法對異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)信道進行聯(lián)合概率密度特征估計，在優(yōu)化目標(biāo)的最佳決策下，根據(jù)匹配濾波所得到的網(wǎng)絡(luò)傳輸與信道輸出抑制處理結(jié)果，進行異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸干擾抑制的優(yōu)化函數(shù)為：

(16)

其中，資源分配信道的負載開銷W(es)為：

(17)

通過上述處理，利用匹配濾波檢測的方法，實現(xiàn)了對異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的干擾抑制優(yōu)化設(shè)計。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸時延的均衡優(yōu)化

基于異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的干擾抑制，利用負載自適應(yīng)結(jié)合自適應(yīng)均衡調(diào)度的方法，分析異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)信道切換隊列的干擾特征分量，采用負載自適應(yīng)調(diào)度和參數(shù)融合的方法，構(gòu)建異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道傳輸?shù)穆?lián)合控制模型：

(18)

其中，a(t)表示最大允許時延估計，由于干擾因素會對異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，因此，為了降低干擾特征分量對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠绊懗潭?，最大允許時延估計需滿足下列條件：

(19)

根據(jù)上述時延估計結(jié)果，聯(lián)立公式(19)得到時延傳輸控制的優(yōu)化迭代傳遞函數(shù)為：

(20)

基于優(yōu)化迭代傳遞函數(shù)，計算第t時隙的信噪比，得到長距離覆蓋的決策函數(shù)為：

(21)

其中，β表示網(wǎng)絡(luò)的能耗。

采用比特序列調(diào)度，構(gòu)建異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男诺谰夂头软憫?yīng)模型，其表達為：

dn=(n-1)·ff(k)-n·d(t)

(22)

考慮非理想信道估計的情況下，利用自適應(yīng)均衡調(diào)度的方法，得到異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的時延均衡優(yōu)化模型為：

(23)

根據(jù)上述設(shè)計，采用負載自適應(yīng)調(diào)度和參數(shù)融合的方法，實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸時延控制和信道均衡設(shè)計，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)化控制，以提高異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木庑院蛯崟r性。

3 實驗分析

為了驗證本方法在實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡和時延控制的應(yīng)用性能，進行實驗測試分析，異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇a元帶寬為120 Bps，碼元序列采樣的長度為1024，測試序列迭代時間間隔為2.4 ms，空間信道均衡參數(shù)為α=0.37，β=2.5×10-5，根據(jù)參數(shù)設(shè)定，得到異質(zhì)網(wǎng)傳輸?shù)娜萘颗c時間片大小關(guān)系為隨著時間片變大異質(zhì)網(wǎng)傳輸?shù)娜萘恐饾u減小，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)的子載波數(shù)為28。為了保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，實驗中獲取的實驗數(shù)據(jù)均由Matlab軟件進行相關(guān)處理。

運用本方法進行網(wǎng)絡(luò)能效分布測試，得到結(jié)果如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)能效分布

分析圖2得知，本文方法進行異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延均衡控制，能夠有效測得網(wǎng)絡(luò)能效分布，表明異質(zhì)網(wǎng)傳輸?shù)娜萘枯敵鼍庑暂^好。

為進一步驗證本方法的應(yīng)用性能，將本方法作為實驗組，將模糊聚類的方法、分組轉(zhuǎn)換的方法和有限帶寬約束的方法作為對照組，測試網(wǎng)絡(luò)的平均隊列長度，得到對比結(jié)果如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)平均隊列長度對比結(jié)果

分析圖3得知，通過本方法進行網(wǎng)絡(luò)信道均衡設(shè)計，得到網(wǎng)絡(luò)的平均隊列長度較高，且明顯高于傳統(tǒng)的三種方法，表明本方法能夠?qū)崿F(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延的有效控制。

運用四種方法測試網(wǎng)絡(luò)的能耗開銷，得到對比結(jié)果如圖4所示。

分析圖4得知，通過本方法進行網(wǎng)絡(luò)信道均衡設(shè)計，得到的能耗開銷較小，明顯低于其他三種傳統(tǒng)方法，表明網(wǎng)絡(luò)能耗開銷得到有效抑制，提高了網(wǎng)絡(luò)輸出的可靠性。

圖4 網(wǎng)絡(luò)能耗開銷對比結(jié)果

4 結(jié)論

構(gòu)建優(yōu)化的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制模型，結(jié)合參數(shù)均衡配置和自適應(yīng)的信道均衡設(shè)計，實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延和信道的均衡控制，本提出基于負載自適應(yīng)的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制方法。采用模糊信道均衡調(diào)節(jié)和特征分布式融合的方法，構(gòu)建異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男诺谰夂头软憫?yīng)模型，通過基站分配無線資源的時延特征量，結(jié)合基站分配無線資源行為實現(xiàn)特征分布式融合和調(diào)度，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時延控制和估計優(yōu)化。分析得知，本設(shè)計進行異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸時延控制的均衡性較好，平均隊列長度較高，能耗開銷較小，有效提高了異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r延控制。