[发明专利]一种基于终端协同的无线泛在环境下速率分配方法

摘要

本发明公开了一种基于终端协同的无线泛在环境下速率分配方法，该方法在各终端及其接入网络性能因子权重的求解中，将层次分析法和熵值分析法求解的权重进行分配得到实际权重，既实现了终端用户的主观喜好，又实现了各终端及其接入网络之间的客观差异。本发明提出的终端协同分流方法解决了终端的能耗问题，应用于物联网的泛在环境，该方法充分利用了无线泛在环境下的终端与网络资源，增加了网络吞吐量，减少了数据传输时间，同时也扩大了网络的覆盖范围。

主权项

1.一种基于终端协同的无线泛在环境下速率分配方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：网络建立：建立网络拓扑，初始化主终端MT0，每个从终端与接入网络对形成虚拟终端，M个从终端与N个接入网络共形成M×N个虚拟终端，主终端相应进行注册，并通过环境感知技术获取各虚拟终端的性能因子参数，即可用带宽、链路时延、用户代价以及终端能耗；步骤2：由步骤1所获取的参数，综合利用层次分析法和熵值分析法计算得到各虚拟终端的四个性能因子的权重，从而既反映出终端用户的主观喜好又反映出各虚拟终端性能的客观差异；虚拟终端的可用带宽、链路时延、用户代价以及终端能耗四个因子的权重依次表示为ω＝(ω₁,ω₂,ω₃,ω₄)，其中且0≤ω_i≤1，计算方法如下：a1.层次分析法通过下面3个步骤得到基于层次分析法的权重即ω'＝(ω1',ω2',ω3',ω4')：a11.标准化性能因子值：利用环境感知技术得到虚拟终端的第i个因子值矩阵其中表示从终端m与接入网络n形成的虚拟终端(m,n)的第i个性能因子值，1≤i≤4；由于这些因子值差异很大，故应对其进行标准化，设且越大越好型的可用带宽因子的标准化公式为越小越好型的链路延迟、用户代价及终端能耗等因子的标准化公式为故可得到Fⁱ的标准化矩阵为其中表示虚拟终端(m,n)的第i个性能因子的标准化值；a12.建立判断矩阵：根据用户的主观喜好，将虚拟终端的可用带宽、链路时延、用户代价以及终端能耗四个因子进行两两比较，并按照重要程度排列等级，比较结果表示为判断矩阵其中a_ij表示第i个因子比第j个因子的重要程度，故a_ii＝1，a_ij＝1/a_ji，1≤i,j≤4且i≠j；a13.权重确定：通过对判断矩阵各行元素求几何平均值得到相应因子的权重进一步对其归一化可得由此得到基于层次分析法的权重ω'＝(ω₁',ω₂',ω₃',ω₄')；a2.熵值分析法基于层次分析法的权重仅能反映出用户的主观喜好，故进一步考虑虚拟终端性能的客观差异，采用信息熵理论得到基于熵值分析法的权重即ω0＝(ω10,ω20,ω30,ω40)：首先，计算f_mnⁱ的概率为接着，计算第i个因子的信息熵为为保证0≤Eⁱ≤1，令归一化系数若某一因子值在不同虚拟终端的差异越大，则信息熵越小，相应因子就越重要，其权重应越大，反之，则其权重应越小；第i个因子在不同虚拟终端的差异为Dⁱ＝1‑Eⁱ，故可得到性能因子i的权重为由此得到基于熵值分析法的权重ω⁰＝(ω₁⁰,ω₂⁰,ω₃⁰,ω₄⁰)；a3.计算综合权重将上述两个方法得到的权重加以综合，最终得到综合权重ω＝αω'+(1‑α)ω0，其中α为加权系数且0＜α＜1；步骤3：根据公式计算得到虚拟终端(m,n)的效用函数值U_mn，其中1≤m≤M且1≤n≤N；步骤4：将从终端m与不同接入网络形成的虚拟终端的效用函数值从大到小进行排列，若从终端m与某个接入网络n形成的虚拟终端的效用函数值最大，则记为MaxUmn；同时，令Smt＝0,1≤t≤N且t≠n，使得只有效用函数值最大的虚拟终端具有可用性；其中，Smt为从终端m与接入网络t形成的虚拟终端(m,t)的可用性标识，取1表示可用，取0表示不可用；遍历从终端1≤m≤M，选择相应的具有最大效用函数值MaxUmn的虚拟终端进入候选终端集合；特别地，若某个从终端与所有接入网络形成的虚拟终端均不可用，那么该从终端形成的任何虚拟终端均不进入候选终端集合，故设候选终端集合的虚拟终端个数为y，y≤M；步骤5：将y个候选虚拟终端的效用函数值按照从大到小的顺序进行排列，记为oMT＝{oMT1,oMT2,…,oMTy}，在此基础上，对前1≤c≤y个候选虚拟终端预分配速率，用于协同传输业务；首先，令c＝1；步骤6：对于第1≤m≤c个候选虚拟终端，按照依次进行预分配速率，直到对前c个候选虚拟终端分配完毕，其中PreRate_m表示第m个候选虚拟终端需负载的业务速率，Rate表示用户的总业务速率需求；步骤7：更新第1≤m≤c个候选虚拟终端所获得的当前可用带宽资源RBm，遍历1≤m≤c，依次判断PreRatem≤RBm是否成立：若直到m＝c，全部成立，则跳到步骤9；否则，令c＝c+1，进入步骤8；步骤8：判断1≤c≤y是否成立：若成立，跳转到上述步骤6；否则，更新候选虚拟终端集合，重新进行速率分配；步骤9：结束速率分配过程，并根据速率分配结果更新主终端上的注册信息，同时进行相应网络配置，最终利用终端协同完成业务传输。