CN102811465A - 异构网络下基于反馈信息的业务分流系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线通信技术领域,公开了一种异构网络下基于反馈信息的业务分流系统及方法。本发明结合业务QoS要求和无线网络的承载能力,提出了基于QoS保证的分流策略,用于调整异构网络中业务分流比例因子,实现业务需求与异构无线网络资源的动态匹配,保障用户接受的服务质量,最大化无线网络的资源利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,特别是涉及一种异构网络下基于反馈信息的业务分流系统及方法。
背景技术
随着无线通信技术的发展,多种不同接入技术的无线网络不断涌现。在无线应用方面,高速率、实时、交互类的用户业务需求也日益增长。为了满足此类业务的服务质量要求,对提供承载功能的无线网络提出较高的要求。然而,考虑到目前无线网络庞大的用户数目以及有限的带宽资源,每个用户仅能获得有限的服务速率,因此,仅依靠一种无线承载网络已经不能满足所有高带宽需求的用户的吞吐量、时延、丢包等方面的要求。为了保证这类用户的业务服务体验,提高无线承载网络的资源利用率,异构网络分流协同传输作为一项关键的技术,成为实现这一目标的重要手段。
异构网络分流协同传输的实现首先需要终端方面的支持,需要终端具备同时与多个网络进行通信的能力,即多模终端。随着终端技术的演进发展,多模终端已经开始逐步进入商用阶段,因此,异构网络业务分流传输具备了技术上的可实现性。从实现的角度来看,异构网络分流协同传输的基本流程描述如下:首先用户的业务源数据包在分流服务器规定的分流算法的指导下进行网络选择,然后,经过多个异构无线网络的传输,最后,在多模终端处进行多流数据的聚合,再交付至终端上层的应用程序。可以看出,分流算法在整个流程中发挥着尤为重要的作用。它直接决定了数据包承载的无线网络,进而影响着终端处数据包的接收情况。
目前现有的异构网络分流系统中,将整套系统划分为网络侧与终端侧两个部分。网络侧根据异构网络的承载能力,通过业务分流单元将数据包进行拆分,通过控制单元对数据包进行处理并且发送至无线承载网络。终端侧根据多模终端的多接入能力,利用协商单元识别业务子流的目的终端并将其转发至设备终端,完成整个异构网络的业务分流传输。
现有技术方案中,终端侧实际上通过协商单元在无线个域网中协作传输数据满足终端设备的业务要求。这种广域网与个域网之间的协作传输机制对于异构网络分流协作传输来说并不具有普适性。相比之下,多模终端的方式不仅仅局限于广域网和个域网间的协作,适用于所有异构网络间的协作,因此,能更好地适应未来异构网络融合的趋势。
然而,现有的技术方案中只考虑了无线网络的承载能力,即网络能够提供的服务速率,而没有具体区分所承载的业务类型,使得分流方案设计时忽略了业务QoS要求,因此,分流算法并不完善。对于多媒体业务来说,时延、抖动等参数对其业务质量有重要影响;对于数据业务来说,误比特、误包率等参数的影响更为明显。因此,在设计分流算法时,需要针对于不同业务类型的QoS要求制定基于QoS保证的分流策略。此外,还需要综合考虑到无线网络的承载能力,使设计的分流算法实现业务需求、网络需求、用户需求的三重匹配。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何实现业务需求与异构无线网络资源的动态匹配。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种异构网络下基于反馈信息的业务分流系统,包括:业务源节点、分流服务器和多模终端节点,所述分流服务器和多模终端节点是具备两种通信制式的多模节点;其中,
所述分流服务器包括通信接口模块、缓存队列模块、业务信息计算模块、性能评估模块、分流算法模块以及分流控制模块;
所述通信接口模块用于将多模终端节点反馈的数据包的传输时延、标号信息传输至业务信息计算模块,以及将分流控制模块输出的数据包分流结果发送至多模终端节点;
所述缓存队列模块用于存储来自业务源节点的数据包,根据分流算法模块的结果对数据包进行划分,并将划分好的数据包输入到分流控制模块;
业务信息计算模块用于接收来自多模终端节点的传输时延以及标号信息,根据标号信息计算上一传输周期的平均丢包率,根据传输时延计算出所有数据包的平均时延,将平均丢包率和平均时延发送至性能评估模块;
性能评估模块用于根据平均丢包率和平均时延计算用于评价网络状态的网络状态参量,从而对上一传输周期内的数据传输质量进行评价;
分流算法模块用于根据上一传输周期内网络状态评价结果,确定下一传输周期的异构网络分流比例因子;
所述分流控制模块用于接收分流服务器的缓存队列模块中的数据,在数据包中加入网络选择标签、标号信息以及数据包的发送时间戳信息,并通过通信接口发送给多模终端节点。
优选地,所述业务源节点包括业务发送模块,所述业务发送模块用于将数据包发送至分流服务器的缓存队列模块。
优选地,所述多模终端节点包括缓存队列模块、排序模块以及信息反馈模块:
缓存队列模块,用于接收并存储来自两种网络接口的数据包,同时将数据包中的时间信息输入至信息反馈模块;
排序模块,用于对多模终端节点的缓存队列模块中的数据进行排序;
信息反馈模块,用于根据所述数据包中的时间信息计算数据包的传输时延,并将传输时延连同数据包中存储的标号信息反馈至分流服务器的业务信息计算模块。
优选地,所述系统还包括第一通信系统的基站以及第二通信系统的接入点,所述分流服务器和多模终端节点能够同时与所述第一通信系统的基站以及第二通信系统的接入点进行数据传输。
优选地,所述第一通信系统为LTE系统,第二通信系统为WLAN系统。
本发明还提供了一种利用所述的系统执行异构网络下业务分流的方法,包括以下步骤:
S1、多模终端节点向业务源节点发送业务请求信息;
S2、业务源节点向多模终端节点发送确认请求信息;
S3、业务源节点向分流服务器发送数据包;
S4、多模终端节点上报上一传输周期内数据包的标号信息、传输时延至业务信息计算模块;
S5、业务信息计算模块根据标号信息计算上一传输周期的平均丢包率、根据传输时延计算出所有数据包的平均时延;
S6、业务信息计算模块将平均丢包率、平均时延发送至性能评估模块,计算用于评价网络状态的网络状态参量,从而对上一传输周期内的数据传输质量进行评价;
S7、性能评估模块将评估结果输入至分流算法模块,分流算法模块根据上一传输周期内网络状态评价结果确定下一传输周期的异构网络分流比例因子,并确定每个数据包的传输承载网络,作为分流的结果;
S8、分流算法模块将分流的结果通知分流服务器的缓存队列模块;
S9、将分流服务器的缓存队列模块中的数据包发送至分流控制模块,在数据包中加入网络选择标签、标号信息以及数据包的发送时间戳信息;
S10、分流控制模块将数据包通过通信接口模块发送至各多模终端节点。
优选地,步骤S7中确定下一传输周期的异构网络分流比例因子具体包括:
S71、从性能评估模块中获取当前用于评价网络状态的网络状态参量xi;
S72、根据网络状态门限值εl对网络状态进行初步评价:若大于εl,则转到步骤S73;否则转到步骤S74;
S73、将xi作为输入变量输入分流函数f(xi)中,得到分流比例因子的调整量,在当前传输周期的比例因子基础上减去所述调整量得到下一个传输周期的分流比例因子:
其中,α,β分别是用于调整分流函数f(xi)的收敛速度和精度的参量,εh和εl是网络状态参量xi的两个门限值。
S74、通过对从开始到当前传输周期内累积的网络状态参量序列{x1,x2,…,xj,…xn-1,xn}进行加权得到丢包率Xi:
然后根据预设丢包率门限值与丢包率Xi进行对比,判决出网络状态是否稳定,如果网络状态不稳定,则将Xi作为输入变量转到步骤S73;否则不对分流比例因子进行调整,将当前传输周期的分流比例因子作为下一传输周期的分流比例因子,其中,n为正整数。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下优点:本发明结合业务QoS要求和无线网络的承载能力,提出了基于QoS保证的分流策略,用于调整异构网络中业务分流比例因子,实现业务需求与异构无线网络资源的动态匹配,保障用户接受的服务质量,最大化无线网络的资源利用效率。
附图说明
图1是本发明实施例的系统模型示意图;
图2是本发明实施例的系统主要功能模块图;
图3是本发明实施例的方法时序图;
图4是分流因子确定流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例中的异构无线网络以LTE和WLAN为例,构建基于信道反馈信息的业务分流传输系统。以实时的视频传输业务为例,提出了基于QoS保证的视频分流系统及方法。本发明系统亦适用于其它类型的异构无线网络环境。
下面结合附图,对本发明作详细的阐述。
如图1所示,本发明中异构网络环境以LTE和WLAN网络为例,所提出的基于信道反馈信息的业务分流系统包含业务源、分流服务器、LTE基站、WLAN Access Point(接入点,AP)和多模终端。分流服务器和多模终端节点是具备LTE和WLAN两种通信制式的多模节点,能够同时与WLAN AP节点和LTE基站节点进行数据传输。
其中业务源节点包括业务发送模块。多模终端节点包含缓存队列模块、排序模块、信息反馈模块。分流服务器节点由通信接口、业务信息计算、分流算法、性能评估、缓存队列、分流控制6个模块组成。具体如图2所示。
具体说明如下:
业务源节点具备业务的数据产生以及传输功能。本专利以视频业务传输为例展开详细的分析。对视频业务而言,影响其传输质量的参数主要有:数据包的时延、抖动、丢包率等。
◆业务发送模块
该模块通过集成的视频串流软件VLC播放器,采用UDP传输协议对一段视频进行串流传输,并将数据发送至分流服务器的缓存队列模块进行存储。
该节点具有LTE和WLAN两种通信制式的会话能力,能够同时接收并且缓存来自两个异构网络的数据。由于数据包经过两个网络传输的时延各不相同,在接收端处存在乱序的情况,因此,此节点需要具备对数据包排序的能力。为了动态地适应无线网络环境,选定与网络状况更加匹配的异构网络分流比例因子,需要分析前一传输周期内接收到的数据包的时延信息以及包标号信息,并将结果反馈至分流服务器的业务信息计算模块。其中,包标号信息用于丢包率的计算。
◆缓存队列模块
该模块负责接收来自WLAN和LTE两种网络接口的数据,并按先到先服务的顺序进行存储。同时该模块将数据包中的时间信息输入至信息反馈模块用以计算数据包的时延。
◆排序模块
由于经过异构网络的传输,数据包的时延各不相同,在接收端处存在排序混乱的情况,因此,该模块负责对缓存队列模块中的数据进行排序,并将排序好的数据包发送至本机上层的应用程序,如VLC播放器。
◆信息反馈模块
该模块从缓存队列模块获得数据包,并利用数据包到达的时间减去数据包中存储的从分流服务器发送的时间,转化为数据包的传输时延。将此时延信息连同接收数据包中存储的标号信息通过可靠的TCP传输协议反馈至分流服务器的业务信息计算模块。其中标号信息用于前一传输周期内平均丢包率的计算。
分流服务器
该节点是具备LTE和WLAN两种通信制式的多模终端,同时具备接收以及缓存来自两个异构网络数据包的能力。
◆通信接口模块
该模块负责多模终端和分流服务器节点间接口信息的上传下报。该模块将多模终端反馈的数据包时延信息、包标号信息传递至业务信息计算模块,以及将分流控制模块输出的数据包分流结果下发至各多模终端。
◆缓存队列模块
该模块负责存储来自业务源节点的视频业务数据。根据分流算法模块的结果对业务数据进行划分,并将划分好的数据包输入到分流控制模块添加网络选择标签、包标号信息以及发送时间戳信息。
◆业务信息计算模块
该模块负责接收来自多模终端的关于视频业务的时延信息以及包标号信息,通过分析包标号信息,计算出此上报周期内视频业务的丢包率。通过对反馈的各数据包时延信息进行加权平均,计算出所有数据包的平均时延作为时延信息。计算得到的平均时延和平均丢包率作为主要评价指标,将其输入至性能评估模块用于评价此次网络传输的服务质量。
◆性能评估模块
该模块采用动态加权的办法对平均丢包率、平均延迟等信息进行整合,得出评价网络状态的网络状态参量xi。
xi=Pd·k+|1-ratio|·(1-k)
这里ratio=Td/Ts,其中Pd表示分流系统初始化时第i个异构子网的平均时延;Td和Ts表示分流系统运行过程中,分流服务器实时统计得到的第i个异构子网的平均丢包率和平均时延;k表示平均时延与平均丢包率信息的权重,k∈[0,1]。
通过以上方法计算得到的网络状态参量xi∈[0,1]可以反映上一个传输周期内的视频传输质量,xi越接近1,表征视频传输质量越差。因此,将xi作为视频传输质量的客观评价指标,并且根据xi指导异构网络分流比例因子的调整。
◆分流算法模块
该模块主要根据上一周期内视频传输质量的评价结果,指导并确定下一周期的异构网络分流比例因子。本模块采用两步判断的调整策略,分别根据网络状态门限值和网络状态波动两个方面进行判别,确定最终分流比例因子调整的大小。具体步骤和流程如图4所示。
步骤1,首先从性能评估模块中获取当前网络状态评价参量xi;
步骤2,根据网络状态门限值εl对网络状态进行初步评价:若大于εl,则说明当前网络处于较差的状态,转到步骤3;否则,转到步骤4。
步骤3,将xi作为输入变量输入分流函数f(xi)中,得到分流比例因子的调整大小,在原有的比例因子基础上减去调整量即为下一个周期的分流比例因子:
其中,α,β分别是用于调整分流函数f(xi)收敛速度和精度的参量。εh和εl是分段函数f(xi)中,自变量xi的两个间断点,即网络状态参量xi的两个门限值。
系统初始的分流比例因子确定方法如下:分流服务器在接收到用户业务数据后,向LTE和WLAN网络发送少量探测数据包,探测网络传输状况,并根据此网络传输状况确定第一周期内的业务分流比例因子。网络状况较好的分流比例因子相对较大。
步骤4:为了进一步确认网络状态,通过对从开始到当前传输周期内的累积网络状态序列{x1,x2,…,xk,…xn-1,xn}采用指数加权处理函数进行加权,该函数为:
通过预设门限值对加权丢包率Xi进行分析处理,从而判决网络状态是否稳定(若Xi>预设门限值则判断为不稳定,否则判断为稳定)。如果网络状态不稳定,则将Xi作为输入变量转到步骤3;否则不对分流比例因子进行调整。
◆分流控制模块
该模块接收缓存队列模块中的数据,根据分流算法对于数据选择网络的划分,在数据包中加入网络选择标签、包标号信息以及数据包的发送时间戳信息,并通过通信接口将结果下发给多模终端。
本发明还提供了一种异构网络下基于反馈信息的业务分流方法,根据异构网络传输环境下视频数据包的丢包率、时延等QoS信息,指导每个传输周期内分流比例因子的调整,从而实现视频业务对复杂的无线网络环境的适应性,达到传输的业务需求与时变的无线网络的动态匹配。
方法的时序图如图3所示:
步骤1:多模终端向业务源节点发送业务请求信息。
步骤2:业务源节点向多模终端发送确认请求信息。
步骤3:业务源节点向分流服务器发送业务数据,同时将其保存在队列缓存模块。
步骤4:多模终端上报前一传输周期内的业务信息,如:数据包标号、数据包时延信息至业务信息计算模块,用于评价本周期内视频的传输质量。
步骤5:业务信息计算模块根据业务数据包中的包标号计算数据包的丢包率,根据数据包的时延计算前一周期内的平均数据包时延信息。
步骤6:业务信息计算模块将平均丢包率、时延等信息输入性能评估模块,对前一传输周期内的视频传输质量进行评价。
步骤7:性能评估模块将评估结果输入至分流算法模块,调整异构网络的分流比例因子,并确定每个数据包的传输承载网络,每个数据包的传输承载网络作为分流的结果。
步骤8:分流算法模块将分流的结果通知缓存队列模块。
步骤9:缓存队列中的数据包发送至分流控制模块添加网络选择标签、数据包标号以及发送的时间戳信息。
步骤10:分流控制模块将数据通过通信接口下发至各多模终端。
由以上实施例可以看出,本发明结合业务QoS要求和无线网络的承载能力,提出了基于QoS保证的分流策略,用于调整异构网络中业务分流比例因子,实现业务需求与异构无线网络资源的动态匹配,保障用户接受的服务质量,最大化无线网络的资源利用效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种异构网络下基于反馈信息的业务分流系统,其特征在于,包括:业务源节点、分流服务器和多模终端节点,所述分流服务器和多模终端节点是具备两种通信制式的多模节点;其中,
所述分流服务器包括通信接口模块、缓存队列模块、业务信息计算模块、性能评估模块、分流算法模块以及分流控制模块;
所述通信接口模块用于将多模终端节点反馈的数据包的传输时延、标号信息传输至业务信息计算模块,以及将分流控制模块输出的数据包分流结果发送至多模终端节点;
所述缓存队列模块用于存储来自业务源节点的数据包,根据分流算法模块的结果对数据包进行划分,并将划分好的数据包输入到分流控制模块;
业务信息计算模块用于接收来自多模终端节点的传输时延以及标号信息,根据标号信息计算上一传输周期的平均丢包率,根据传输时延计算出所有数据包的平均时延,将平均丢包率和平均时延发送至性能评估模块;
性能评估模块用于根据平均丢包率和平均时延计算用于评价网络状态的网络状态参量,从而对上一传输周期内的数据传输质量进行评价;
分流算法模块用于根据上一传输周期内网络状态评价结果,确定下一传输周期的异构网络分流比例因子;
所述分流控制模块用于接收分流服务器的缓存队列模块中的数据,在数据包中加入网络选择标签、标号信息以及数据包的发送时间戳信息,并通过通信接口发送给多模终端节点。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述业务源节点包括业务发送模块,所述业务发送模块用于将数据包发送至分流服务器的缓存队列模块。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述多模终端节点包括缓存队列模块、排序模块以及信息反馈模块:
缓存队列模块,用于接收并存储来自两种网络接口的数据包,同时将数据包中的时间信息输入至信息反馈模块;
排序模块,用于对多模终端节点的缓存队列模块中的数据进行排序;
信息反馈模块,用于根据所述数据包中的时间信息计算数据包的传输时延,并将传输时延连同数据包中存储的标号信息反馈至分流服务器的业务信息计算模块。
4.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括第一通信系统的基站以及第二通信系统的接入点,所述分流服务器和多模终端节点能够同时与所述第一通信系统的基站以及第二通信系统的接入点进行数据传输。
5.如权利要求1~4中任一项所述的系统,其特征在于,所述第一通信系统为LTE系统,第二通信系统为WLAN系统。
6.一种利用权利要求1~5中任一项所述的系统执行异构网络下业务分流的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、多模终端节点向业务源节点发送业务请求信息;
S2、业务源节点向多模终端节点发送确认请求信息;
S3、业务源节点向分流服务器发送数据包;
S4、多模终端节点上报上一传输周期内数据包的标号信息、传输时延至业务信息计算模块;
S5、业务信息计算模块根据标号信息计算上一传输周期的平均丢包率、根据传输时延计算出所有数据包的平均时延;
S6、业务信息计算模块将平均丢包率、平均时延发送至性能评估模块,计算用于评价网络状态的网络状态参量,从而对上一传输周期内的数据传输质量进行评价;
S7、性能评估模块将评估结果输入至分流算法模块,分流算法模块根据上一传输周期内网络状态评价结果确定下一传输周期的异构网络分流比例因子,并确定每个数据包的传输承载网络,作为分流的结果;
S8、分流算法模块将分流的结果通知分流服务器的缓存队列模块;
S9、将分流服务器的缓存队列模块中的数据包发送至分流控制模块,在数据包中加入网络选择标签、标号信息以及数据包的发送时间戳信息;
S10、分流控制模块将数据包通过通信接口模块发送至各多模终端节点。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤S7中确定下一传输周期的异构网络分流比例因子具体包括:
S71、从性能评估模块中获取当前用于评价网络状态的网络状态参量xi;
S72、根据网络状态门限值εl对网络状态进行初步评价:若大于εl,则转到步骤S73;否则转到步骤S74;
S73、将xi作为输入变量输入分流函数f(xi)中,得到分流比例因子的调整量,在当前传输周期的比例因子基础上减去所述调整量得到下一个传输周期的分流比例因子:
其中,α,β分别是用于调整分流函数f(xi)的收敛速度和精度的参量,εh和εl是网络状态参量xi的两个门限值。
S74、通过对从开始到当前传输周期内累积的网络状态参量序列{x1,x2,…,xj,…xn-1,xn}进行加权得到丢包率Xi:
然后根据预设丢包率门限值与丢包率Xi进行对比,判决出网络状态是否稳定,如果网络状态不稳定,则将Xi作为输入变量转到步骤S73;否则不对分流比例因子进行调整,将当前传输周期的分流比例因子作为下一传输周期的分流比例因子,其中,n为正整数。
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