基于dtn的无线接入互联网过渡策略.ppt

基于DTN的无线接入互联网过渡资源管理策略,zyh,课题的由来,无线接入业务的飞速增长 3G网络的实现 Wimax，wifi局部网络的成形,问题,我国的幅员辽阔性 用户的支付能力 决定到高速无线接入互联网必然有一过渡时期,过渡策略,由于移动互联网络的构建并非一朝一夕的事，而相应的用户消费能力在目前仍然是比较薄弱的。应该由点到线，由线到面地建设，并在建设中，合理的利用现有的资源。可持续性和过渡性问题,无线接入互联网方面的进展,企业转型和网络融合(FMC)使原本经渭分明的移动与固网的界限正在被一步步地“模糊化”,无线接入技术多样化的趋势将越来越明显,无线接入网作为承载业务,直接面向用户的网络,是体现运营商的用户覆盖率和企业竞争力主要指标的关键之一,与核心网趋于融合的趋势不同,接入网层面将有众多技术。 如英国的“蓝色电话”采用DECT数字无绳电话系统对移动和固网进行无缝连接。 国内“灵通无绳电话”是利用目前的小灵通无线网络直接与固网相连。 家庭网络是采用蓝牙或Wi-Fi无线技术来进行内部各终端之间的互连。 局域网和移动通信等领域的Wifi和WiMAX无线宽带技术应用。 3G（HSPA等 ）方面的应用也层出不穷。,现有的混合方案,Appear Networks使用Wi-Fi（用于热点连接）+GPRS（其他）。 (2007-08-15)英国铁路出资14亿英镑，准备在伦敦至苏格兰的东岸铁路主干线上为乘客提供免费Wi-Fi上网服务。头等厢的乘客可以免费使用这种上网服务,一般乘客要享受这项服务，需要每小时缴纳5.96美元或者每天20.11美元的上网费。车载Wi-Fi网络结合了卫星连接以及移动3G/GPRS网络，这可以保证100%的连接网络 我国高速列车GPRS 光纤直放站技术。 【引用】“无线城市”（多种覆盖技术） 是指利用GSM、GPRS、EDGE、CDMAone、CDMA1X、WiFi、TD-SCDMA、HSPA等无线接入技术，建设覆盖整个城市或城市主要地区的宽带接入网，实现网络和应用的无处不在。 “政府引导、运营商建设、市场运作”的模式。政府在建设“无线城市”中应明确需求、制订确实可行的技术规范、明确准入条件、制定详细的发展规划，扮演管理者和调控者的角色，尽可能避免盲目建设，节约资源，可分三个阶段建设 “无线城市”：第一阶段：2009年上半年，完成福州、厦门两大城市市区“无线城市”网络覆盖。第二阶段：2010年上半年，完成省内其他沿海城市市区和福州、厦门县城范围内的无线城市网络覆盖；第三阶段：2012年初，在前期基础上完成全省整体“无线城市”的建设工作。,共同特点,以wifi为主，蜂窝网络作为补充。 不能够主动区分用户不同需求，不能够主动做出预下载的请求。,由本算法实现,由DTN网关转换为DTN请求,在支持移动网络的那一个层面上做出较大改进能够较好地保证方案的前瞻性和最大的兼容性？DTN,不需要修改现有的tcp、ip协议，只需要应用层软件的支持 利用DTN协议建立基于用户行为和移动可预测性的移动互联网络体系结构模型 A 体系结构 B 针对DTN协议的调度算法,DTN的特点,容迟网络（DTN）体系是专门针对具挑战性而相对苛刻的通信环境而设计的，如中转路径长、网络分割频繁、误码率、具可变延迟以及异步数据速率等。 DTN 体系设计采取了下列措施： 使用基于存储-转发消息交换的覆盖体系。被传输的消息包含了用户数据和相关数据。消息交换体系不需预先知道数据传输大小或性能需要。DTN 层以应用层的形式运行在TCP/IP 协议之上。 节点间的基本传输使用存储-转发技术，如数据包在它被送往下一跳之前会被一直保留。这需要网络中的每个节点具有存储功能。存储功能还可使重传点逐步靠近目的端。,DTN的优势,DTN 允许在DTN 域中存在多个DTN 网关(从而将将网络映射到多个DTN 区域。只要将一个或多个DTN 网关联接到TCP / IP 网络，就能很容易地扩展为一个TCP / IP 网络)，这就解决了代理体系的单一失效点问题， 如果网络处于问题多发的通信环境中，则DTN 体系可在DTN 层保证通信可靠性。网络容量不够时，高优先级服务切换/初始化可能造成低优先级服务的服务中止，这种人为断流转向DTN服务。 最后，从安全性和计费的角度考虑，由于所有的访问都要通过前端DTN网关代理，故它能很好地实现用户及数据认证。DTN 体系具有安全性和为单个消/路由器使用非对称加密的先天优势。,目前DTN的研究进展,主要针对其核心问题-路由研究.这方面研究已经很多223 如 ED (earliest delivery) ,MED (mean expected delay) 等 其中DTN 延时传送模型的研究主要针对链路建立延时的情形 集中于交通环境下的移动互联网接入的文章不多，对于预先传输研究几乎没有。,DLC层结构示意图,IP层结构图,DTN结构示意图,DTN的调度算法,可以移植比较经典的方法：通过下式估算用户效用，作为调度尺度metres 语音 视频会议 点播,效用函数具有边际效用递减性质, 随着呼叫占用的资源增加,其效用的增长变缓,并且存在极限值, 即Uj ( 0) = 0 , Uj ( ) = Uj max , 其中,Uj max为第j 类业务的最大效用. 基于带宽和效用的这种关系,当新呼叫接入时,系统尽可能地给它分配较大带宽,而当系统没有足够的空闲带宽分配给切换呼叫时, 则减少正在进行的呼叫的带宽,将释放出来的带宽分配给切换呼叫.,缺点,仅仅按照类别考虑，没有从用户的紧急程度或者评价考虑 没有从供应商的角度考虑 因此将尺度改为 （s+p+iUi） 供应商+用户的评价+已定类别的具体效用 这里 s=P i dt s设置为边际受益Pi 类别时长 （如果被剥夺通话权，时长设置为0）,定义t 时刻系统满意度为系统中正在进行呼叫的总效用: Qt = （s+p+iUi( b （i,t）) i C 式中: C 代表t 时刻一个移动路由器所管辖的范围（如火车）正在进行的呼叫的集合; b（ i，t ）为t时刻呼叫i ( i C) 当前使用的带宽.,-,定义t + 1 时刻有切换呼叫到达时,系统的用户满意度为正在进行呼叫的总效用及加上、或者减去切换呼叫服务质量的函数,即 Qt+1 = Qt+ zQho - (1 - z) Qd , i C 这里Qt=s+p+iUi ( b（i，t+1 ) Qho表示接入切换呼叫带来的收益 Qd表示拒绝切换呼叫带来的损失; 为设定系统的切换掉话率权重,切换呼叫的优先级越高,权重值越大,通过调整可以改变掉话率对系统服务质量的影响; z为boolean变量, 当拒绝切换呼叫时, 取值为0 ;当接受切换呼叫时,取值为1.,*,设yi 为呼叫i 释放的带宽, yi = b（i，t）- b （i，t+1）则 y = y i 表示从C 释放的总带宽. i C 切换策略的目标是在切换呼叫服务质量和正在进行呼叫的总效用之间取得平衡,使系统用户满意度最大. 令 Q1 = Qt+1 +zQ ho ; Q2 = Qt - (1 - z) Qd . B 为切换呼叫需要的最小带宽,当释放的带宽y 大于或等于B ,且Q1 Q2 时,接入切换呼叫,否则拒绝切换呼叫.,-,正在进行的呼叫有多个, 各自使用的带宽也不相同,需要考虑释放哪个呼叫的带宽、释放多少等问题. 若某个呼叫释放过多的带宽,则导致其效用函数急剧下降,这是得不偿失的. 为了实现切换策略,需要求解Q1 的最大值. 因, z 和Qho 均为常数, s也是b（i，t+ 1）的函数，只需求解 令（s+p+iUi( b （i,t）) 取最大值的b（i，t+ 1）,设k 和l 分别为呼叫i 当前的带宽等级和释放部分带宽后的带宽等级, k l , 且k , l Gi, Gi为第i 个呼叫的带宽等级集合; b（i，k）为呼叫i 带宽等级为k 时实际使用的带宽, U（i，k为呼叫i 在带宽等级k 时的效用, 则呼叫i 释放的带宽为y （i） = b（i，k）- b（i，l） max（s+p+iUi( b （i,t）)应满足约束条件: s. t . b（i，k）-y （i）= b(i，l )x y i B ; xi1 , n Ui=Ua ( b（t） ) t=1 当呼叫i 的带宽等级等于l时，x=1，否则=0,将得到的Q1 与Q2 进行比较, 若Q1 Q2 ,则按照求解的结果, 减少正在进行呼叫的带宽,在采用自适应调制编码的系统中,下一个传输帧就可以按照新的带宽大小进行. 释放的带宽用于接入切换呼叫.,设R 为波束小区总带宽. 对于小区中的新呼叫接入请求,判断它的业务类型后,若波束小区中空闲带宽小于规定的最小接入带宽, 则拒绝该呼 叫;否则尽可能给它分配较大的带宽. 当一个切换请求到达波束小区时, 判断小区中空闲带宽是否大于切换呼叫所需带宽(即呼叫正在使用的带宽) , 是则接受该切换呼叫;否则判断它的业务类型,对于实时业务,如语音,求解Q1的最大值并将它与Q2 进行比较, 根据比较结果决定是否接受切换呼叫;对于非实时业务,如数据或多媒体,则判断波束小区空闲带宽是否大于其业务类型的最小带宽, 是则尽可能给它分配较大的带宽;否则拒绝切换呼叫.,当有呼叫结束或切换到其他小区时, 它所释放的带宽资源将分配给带宽小于其最大允许带宽的呼叫,以提高正在进行的呼叫的服务质量. 由于某些业务如数据业务、多媒体业务的带宽可以在较大范围内调整,因此切换策略中不需要专门为切换呼叫预留信道, 策略本身已经包含了切换呼叫相对于新呼叫具有更高的优先级.,网络环境约束,变为随机机会约束规划,Ui ( b（i，t+ 1） ) s. t . b（i，k）-y （i）= b(i，l )x y i B+ ; xi1 , 若B不确定.变为B+,求不确定规划,我们定第一优先级: 客户满足U的概率尽可能达到95% Max Ui ( b（i，t+ 1） ) s. t . Pry i B+ =90 , j=1,2,.,p b（i，k）-y （i）= b(i，l )x xi1 .,仿真,采用256个直径为50km的小区(Ci， i=0-255)组成的小区进行仿真。假定有Nj个MS (MSj， j=0-9999)，其初始位置 (Cj0=Ci) 和恒定速度 (vj，从1km/h到120km/h) 随机产生，下一位置 (Cjt，这也会决定移动方向)也是随机产生。发起呼叫的各项参数也是随机产生：呼叫开始时间(tp精确到秒)，移动站 (MSp1)，对端通信节点 (MSp2)，通话时长(tp，服从负指数分布, 均值1/=200s)和带宽需要 (Bp)。根据文献10，不同的QoS应用组合确定如下: UGS 30%，RT-VR 20%，ERT-VR 20%，NRT-VR 20% 以及BE 5%。,Hybird智能算法,步骤0 初始化过程:定义整数pop_size作为染色体的个数，根据约束条件随机产生pop_size个初始可行染色体。 步骤1 用随机模拟技术为下列不确定函数产生输入输出数据 U1：x - Prgj(x, )maxf|Pr(gj(x, )=f) =B 步骤2 根据产生的输入输出数据训练一个神经元网络逼近不确定函数； 步骤3初始化pop_size个染色体， 并利用训练好的神经元网络检验染色体的可行性 步骤4通过交叉和变异操作更新染色体，并利用训练好的神经元网络检验子代染色体的可行性； 步骤5利用训练好的神经元网络计算所有染色体的目标值；,步骤6根据目标值计算所有染色体的适应度。 评价函数（用eval(V)表示）用来对种群中每个染色体V设定一个概率，以使该染色体被选择的可能性与其种群中其它染色体的适应性成比例，即通过轮盘赌，适应性好的染色体被选择产生后代机会要大。设目前该代中的染色体为，根据适应值（目标函数值U）越大越好的序关系，使染色体由好到坏进行重排。 步骤7通过旋转赌轮选择染色体 步骤8 重复4-7，直到给定循环次数 步骤9 给出最好的染色体为最优解,在业务量加大的场景下，新呼叫阻塞率居低。 （GH是最通用的资源预留,ATCR改进后的资源预留方案）,图1 新呼叫阻塞率与业务量的关系,语音切换掉话率比较小,图2 话音业务的切换掉话率,本文提出的策略由于没有设置专门用于接入切换呼叫的带宽，总切换掉话率居中。,使用综合效用和单一效用的比较,因为掉线会减少开发商的收入（这里是惩罚性计费）,评价,使用遗传算法+神经网络的收敛速度较慢。由于是优化问题，很难判断是否达到最优解。 本文使用的方法是连续6次结果没有变化，也就是说在因子交换后连续6次依然不比原来的结果较优，则认为达到最优解。 为了避免陷入局部最优解，在连续3次结果相同之后，重新初始化变量，如果两次求解优化结果相同后，程序中止 优点：即使在无法满足所有服务的情形下，也有最优解。,解决途径,1 不使用随机初始化，而是利用上次的计算结果最优解，再带入计算。 2 在1已经计算出最优解的的基础上，直接利用效用的增量来判断acess与否，从高到低满足服务等级。,简化算法和最优算法的比较,总结,本文提出的基于效用函数的带宽分配策略,以少量的效用代价换取较低的切换掉话率,通过对带宽的动态调整达到对话务量自适应的目的,克服了预留信道机制中带宽利用率难以提高的问题; 具有更优的实时业务切换掉话率,并且不需要终端位置信息,降低了系统复杂度和信令负荷,是一种更实用的方法. 将来方向 在有较多的数据的情况下，可以使用粗糙集来对结果方案进行分类决策，加快初始化最优解的求的时间。,Thanks,Any question?,节点切换表 根据预定的路径和用户申请允许的最大延时，可以算出数据传输的极限范围，这是路径的一部分。 由GPS和地理信息系统下表查出极限范围内（有意义的上网路上）存在的热点（无预定路径则采用广播方式）数目，填入未来节点信息表,n Ua=Ua ( b（t） ) t=1,得到热点数目和预计最大带宽,使用铁道学报列车移动网络关键技术的研究的仿真方案，但是他的方案里面：wlan和蜂窝网络是完全覆盖的，没有可比性,4 基于效用的队列调度初始化,