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Qr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Qr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hr(r(0))求期望,hr(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;Hr=min{hr(r(l))|r(l)‑c>0,l≥
0},hr(r(l))表示r(l)的右特征向量, θr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ξr,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Ui在时间l请求的数据量为ai(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, Ptr为传输功率,di为中继结点到用户Ui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Ui的速率大于等于用户Ui到达数据速率的期望,但是小于等于用户Ui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Ui的缓冲区溢出;
使用鞅理论,用户Ui在中继结点内部的缓冲区溢出概率Pr(Qi≥αiX)写成:式(11)中,用户Ui产生的积压用Qi表示,αiX表示中继结点贡献给用户Ui的用于缓冲辅助中继的缓冲区大小;根据鞅理论, 表示对hi(ai(0))求期望,hi(ai(0))表示ai(0)的右特征向量,ai(0)表示时间为0时的请求的初始数据量;Hi=min{hi(ai(l))|ai(l)‑si>0,l≥0},hi(Ai(l))表示ai(l)的右特征向量, θi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:αi≥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Ui的缓冲区比例。