[发明专利]基于相遇时间联合估计的无线网络流量转运方法

说明书

技术领域

本发明属于无线数据传输技术领域，特别是一种同时具备数据传输时延小、数据传输耗费低的基于相遇时间联合估计的无线网络流量转运方法。

背景技术

随着智能手机、智能可穿戴设备等移动智能设备的普及，以及音频和视频流媒体、移动社交共享和基于云端的服务等各种新型业务的兴起，全球移动数据总量持续增长。为了提升数据服务质量，支持越来越多的移动数据业务流量，运营商迫切需要改善蜂窝网络的承载能力。升级无线接入网络和核心基础设施以提高蜂窝网络容量是应对移动数据业务数据量快速增长最直接的方法。对蜂窝网络进行升级扩容大大增加了建设和运营成本，但是运营商可获得的利润增量却是有限的，即利润并不会随着蜂窝网络所能够支持的移动数据业务总量的增长而同比增长。考虑到蜂窝网络升级扩容的巨大成本，学术界和工业界提出利用各种已有的无线接入技术降低蜂窝网络数据流量压力，即将原本需要宏蜂窝网络承载的流量转运到小蜂窝网络、WiFi网络和设备到设备(Device to Device，D2D)通信网络中。这种技术被称为移动数据转运(Mobile Data Offloading)或者流量转运(Traffic Offloading)。当前，流量转运问题得到了工业和学术界界的广泛关注，全球主要的移动网络运营商如AT&T、Verizon、T-Mobile、Vodafone和Orange公司等都已经在他们的蜂窝网络内增加了大量的WiFi热点，以支持流量转运。思科公司统计报告指出，2016年60％的全球移动数据流量通过WiFi或者femtocell转运到了固定网络上，并且平均每个月有10.7Exa字节流量转运到固定网络中。

当无线节点运动时，它可能会超出WiFi网络的覆盖范围，导致节点能够利用WiFi网络传输的数据量也相对有限。例如，对于高速公路上的移动用户而言，路边单元(Roadside Units，RSUs)可以为用户提供WiFi接入服务，但是单个RSUs的覆盖范围相对较小，由于高速移动，用户处于某个RSUs覆盖范围的时间有限。从用户角度而言，使用WiFi网络进行流量转运能够大大减小数据传输费用，因此，用户希望尽可能通过WiFi网络传输数据。但是，由于每次WiFi网络传输时间有限，用户可能需要多次与WiFi网络相遇才能完成数据传输，这将导致数据传输时延较大。也就是说，当节点移动时，基于WiFi的流量转运中存在着传输耗费与传输时延之间的取舍问题，即用户需要根据传输耗费与时延之间的关系决定是否使用WiFi网络转运流量。

当节点移动时，估计WiFi网络能够转运的流量是用户选择转运策略的关键。在WiFi网络转运能力的估计中，相遇间隔时间和相遇持续时间是两个重要概念。相遇间隔时间的定义是用户离开上一个WiFi网络的覆盖范围到进入下一个WiFi网络的覆盖范围之间的时间间隔，而相遇持续时间的定义是用户在某个WiFi网络中的停留时间。相遇间隔时间体现用户与WiFi网络的相遇频率，相遇持续时间则直接决定相遇时WiFi网络的转运能力。当前的研究成果主要根据用户与AP的相遇历史记录或者对用户的移动建立马尔可夫链模型来估计WiFi网络的流量转运能力，这些方法大都假设在移动过程中节点每次与WiFi网络的相遇持续时间保持不变。然而，节点的移动受到实际交通状况等因素的影响，会引起相遇持续时间的动态变化。现有的估计方法并不能适应相遇持续时间的不确定变化。如果估计的相遇持续时间小于实际值，将错失基于WiFi网络的流量转运机会，造成数据传输费用较高；而如果估计的相遇持续时间大于实际值，将引起数据传输时延增大。

总之，现有技术存在的问题是：由于节点移动造成节点与WiFi网络相遇持续时间的不确定性，导致数据传输时延大或数据传输耗费高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相遇时间联合估计的无线网络流量转运方法，同时做到数据传输时延小、数据传输耗费低。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于相遇时间联合估计的无线网络流量转运方法，包括如下步骤：

(10)相遇时间估计：无线节点根据每组相遇间隔时间-持续时间对的权重，计算相遇间隔时间-持续时间对概率分布，并根据该概率分布，估计无线节点与WiFi热点之间的相遇间隔时间和相遇持续时间；

(20)数据传输：根据节点与WiFi热点之间的估计相遇间隔时间和估计相遇持续时间，评估各数据传输方法的效用期望，并选择最大效用期望对应的数据传输方法进行流量转运，传输数据；