[发明专利]一种缓冲辅助中继网络中的缓冲资源分配方法

权利要求书

1.一种缓冲辅助中继网络中的缓冲资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据中继结点的数据到达模型和数据处理模型，以及中继结点能忍受的缓冲区溢出概率，得到中继结点可以贡献出的最大缓冲区比例；

S2：根据用户的数据到达模型和数据服务模型，给出用户缓冲区溢出概率与缓冲区比例关系的表达式；

S3：结合S1及S2所得结果，建立优化问题，以最小化网络中所有用户缓冲区溢出概率和为目标，给出最优的缓冲区分配方法；

步骤S1具体如下：

中继结点在时间l产生的数据量为r(l)，中继结点在时间k处理结点内部产生的数据速率表示为常数c，假设：

式中，中继结点的数据处理速率c大于等于数据到达速率的期望同时小于等于数据到达速率的峰值supr(l)；这种情况，会在中继结点内部产生数据积压，引起缓冲区溢出；

中继结点内部积压用Q_r表示，采用鞅理论，给出缓冲区溢出概率表达式如下：

式中，中继结点自有业务产生的积压用Q_r表示，α表示用于缓冲辅助中继使用的缓冲区比例，X表示缓冲结点的总缓冲区容量，αX表示中继结点贡献出的用于缓冲辅助中继的缓冲区大小，(1-α)X则表示中继结点留给自有业务使用的缓冲区大小，其中，0≤α≤1表示中继结点贡献出的比例；根据鞅理论，表示对h_r(r(0))求期望，h_r(r(0))表示r(0)的右特征向量，r(0)表示时间为0时的请求的初始数据量；H_r＝min{h_r(r(l))|r(l)-c0,l≥0}，h_r(r(l))表示r(l)的右特征向量，θ_r是一个辅助变量，其中，表示的谱半径，给定中继结点能够容忍的缓冲区溢出概率ξ_r，根据式(5)得到中继结点贡献出的最大缓冲区比例，如下所示：

步骤S2具体如下：

假设用户U_i在时间l请求的数据量为a_i(l)，在时间l从中继结点到用户的服务速率表示为：

其中，B是分配给每个用户的带宽，为用户的接收功率，P_tr为传输功率，d_i为中继结点到用户U_i的距离，g为路径损耗参数，为噪声密度；假设：

式(10)表示，中继结点传输给用户U_i的速率大于等于用户U_i到达数据速率的期望，但是小于等于用户U_i请求数据到达的峰值；这种情况，也会在中继结点内部产生积压，引起分配给用户U_i的缓冲区溢出；

使用鞅理论，用户U_i在中继结点内部的缓冲区溢出概率Pr(Q_i≥α_iX)写成：

式(11)中，用户U_i产生的积压用Q_i表示，α_iX表示中继结点贡献给用户U_i的用于缓冲辅助中继的缓冲区大小；根据鞅理论，表示对h_i(a_i(0))求期望，h_i(a_i(0))表示a_i(0)的右特征向量，a_i(0)表示时间为0时的请求的初始数据量；H_i＝min{h_i(a_i(l))|a_i(l)-s_i0,l≥0}，h_i(A_i(l))表示a_i(l)的右特征向量，θ_i是一个辅助变量，其中，表示的谱半径，

步骤S3具体如下：

中继结点的缓冲区需要划分成不等的N份，为了获得最小的缓冲区溢出概率和，建立如下优化问题：

α_i≥0                                  (15)

从式(12)看出目标函数是一个凹函数，通过建立拉格朗日方程和Karush-Kuhn-Tucher条件获得优化问题的解，如下：

式(16)中，表示分配给用户U_i的缓冲区比例。