CN106412998B - 一种智能通信终端平台的负载调配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能通信终端平台负载调配方法及系统。所述方法包括：S1，获取智能通信终端平台在时间片t的状态参数；S2，基于WiFi链路质量转移矩阵，确定未来负载调配模式。本发明提出的智能通信终端平台负载调配方法及系统，针对现有移动网络中负载的调配方法没有考虑到能量优化的问题，设计了一种高效节能的智能数据包调配方法，可以较好的提高了数据包的传输效率，减少了传输的能量开销，延长智能通信终端的使用时间。

Description

一种智能通信终端平台的负载调配方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种智能通信终端平台负载调配方法及系统。

背景技术

目前，智能通信终端网络当前已经得到了大规模的应用。通常在智能通信终端网络中，存在着多种不同的网络连接技术，包括移动3G、4G，WiFi等。

为了处理大量普遍的数据要求，像LTE，HSPA+等移动网络在当下被广泛且优先的使用来提供高速的网络访问。然而，移动网络也引入了一个相对比较高的能耗。根据测量，LTE的平均能耗大约在1600mW(下载)和2000mW(上传)。

另外一方面，在很多应用中，盲目选择速度最快的技术有时是没有必要的，比如在数据量较少或者数据实时性要求不高的情况下。考虑到智能通信终端有限的电池容量(大约在3000mAh)只通过移动3G或者4G访问互联网，或者没有考虑在使用不同的网络情况下造成的能耗，将会造成不必要的能量消耗，严重地缩短智能通信终端的使用时间，并且因此会影响到用户体验的质量。

为了节省在数据传输方面的能量消耗，将数据流量调配到WiFi是节省传输开销的一个重要手段。例如，现代智能通信终端的默认设置就是当WiFi可用时，自动将通信切换为WiFi的方式。然而，将流量调配到WiFi也并不总是高效节能的。主要原因是WiFi的链路质量在不同的环境中是不同的。当链路质量很差的时候，需要更多的时间去传输相同数量的数据。相应地，在数据传输方面的能耗就会增加。因此，习惯性被认为是高效节能的将流量调配到WiFi的技术，在WiFi的链路质量较低的情况下也许不是有益甚至是有害的。因此在实际智能通信终端网络中，需要实现高效智能的负载调配来实现性能的最优化。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的智能通信终端平台负载调配方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供一种智能通信终端平台的负载调配方法，包括：

S1，获取智能通信终端平台在时间片t的状态参数；

S2，基于WiFi链路质量转移矩阵，确定未来负载调配模式。

进一步，S2包括：

S2.1，根据WiFi链路质量转移矩阵预测的WiFi传输速率b(t)；

S2.2，若使用传输速率b(t)传输所述数据D的完成时间大于或者等于数据D的截止时间，则传输所述数据D；

S2.3，若使用传输速率b(t)传输所述数据D的完成时间小于数据D的截止时间，则根据特定算法确定未来固定时间间隔的传输策略。

进一步，S2.3进一步包括：

S2.3.1，计算时间片t开始进行WiFi传输的能量消耗，若能量消耗小于指定阈值，则进行数据传输；否则不进行数据传输；

S2.3.2，计算时间片t所在的离散时间片Δt内的链路质量，更新WiFi链路质量转移矩阵；更新剩余数据D。

根据本发明的另一面，还提供一种智能通信终端平台的负载调配系统，包括参数获取模块和负载调配模块；

所述参数获取模块，用于获取智能通信终端平台在时间片t的状态参数；

所述负载调配模块，用于基于WiFi链路质量转移矩阵，确定未来负载调配模式。

本申请提出的智能通信终端平台负载调配方法及系统，针对现有移动网络中负载的调配方法没有考虑到能量优化的问题，设计了一种高效节能的智能数据包调配方法，可以较好的提高了数据包的传输效率，减少了传输的能量开销，延长智能通信终端的使用时间。

附图说明

图1为本发明所述一种智能通信终端平台的负载调配方法流程图；

图2为根据本发明第一实施例负载调配流程示意图；

图3为根据本发明第二实施例WiFi链路质量转移矩阵更新流程示意图；

图4为本发明所述一种智能通信终端平台的负载调配系统的示意图。

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。

本发明实施的环境是：

一个移动用户在WiFi覆盖的情况下有大小为D的数据要需要传输，比如要从安卓市场下载的游戏，在YouTube上观看视频，加载浏览器上的网页等。

对于每一种需要传输的数据类型，它都有一个时间截止期限。用1表示网络请求的开始，用n表示截止时间。时间间隔[1，n]形成了可调配的有限时间窗口T＝[1，n]。对于每一个有限时间窗口T＝[1，n]，使用一个离散时间模型去表示它，比如，T＝[1，n]被分割成n个离散的等大小的时间片{1,2,…,n}。对于每一个离散的时间片，定义它的长度为Δt，默认地，可以设置Δt＝1s。

本发明对每一个离散的时间片用t来描述，t为正整数。本发明所述时间片t，是指第t个离散的时间片，它的时间长度是Δt。

本发明所要解决的问题是：减少了传输的能量开销，延长智能智能通信终端的使用时间。

所实施的依据是：

为了量化不同的链路质量对数据包调配中能耗的影响，本发明定义每KB(103字节)数据的平均能量消耗E_b。E_b能够通过下面的公式计算：

E_b＝a/b

其中，b代表吞吐量，a指发送模块能量消耗的功率，通常跟硬件相关，比如智能通信终端的能量消耗速率。

E_b可以用来估计不同技术传输数据的能量消耗效率。当智能通信终端的数据传输效率越高时，E_b值越小，即可减少能耗从而延长智能通信终端使用时间。

另一方面，基于一个移动设备的当前带宽b(t)，用a表示WiFi的功率，则一个时间片t的能量消耗E(t)为：E(t)＝a*b(t)*Δt。

对于有限窗口T＝[1，n]的网络请求D，本发明解决技术问题的方案是：找到调配模式集S*＝{a(1),...,a(n)}使得整个能量消耗最小化，同时能在数据D的截止时间之前传输完成数据D。

能量消耗满足：

其中，a(t)∈{0,1},含义为：

传输能力满足：

其中Z(t)＝b(t)*Δt。

如图1所示，为本发明一种智能通信终端平台的负载调配方法流程图，包括：

S1，获取智能通信终端平台在时间片t的状态参数；

S2，基于WiFi链路质量转移矩阵，确定未来负载调配模式。

其中，S1中状态参数包括：时间片t、有限时间窗口的网络请求数据D和传输所述数据D的截止时间。

S2包括：

S2.1，根据WiFi链路质量转移矩阵预测的WiFi传输速率b(t)；

S2.2，若使用传输速率b(t)传输所述数据D的完成时间大于或者等于数据D的截止时间，则传输所述数据D；

S2.3，若使用传输速率b(t)传输所述数据D的完成时间小于数据D的截止时间，则根据特定算法确定未来固定时间间隔的传输策略。

S2.3进一步包括：

S2.3.1，计算时间片t开始进行WiFi传输的能量消耗，若能量消耗小于指定阈值，则进行数据传输；否则不进行数据传输；

S2.3.2，计算时间片t所在的离散时间片Δt内的链路质量，更新WiFi链路质量转移矩阵；更新剩余数据D。

如图2所示，根据本发明第一实施例负载调配流程示意图，具体实施步骤包括：

步骤1：获取时间片t、有限时间窗口的网络请求数据D及数据D的截止时间；

步骤2：根据WiFi链路质量转移矩阵计算WiFi网络在时间片t的传输速率；

步骤3：判断使用预测的速率传输所述数据D的完成时间是否大于或者等于数据D的截止时间，若是，执行步骤4，否则执行步骤5；

步骤4：表示已到数据D的截止时间，传输数据D；

步骤5：表示离数据D的截止时间还有一段时间，应该在时间间隔内使用最大的b(t)传输数据D，以获得最高的传输效率；根据WiFi传输能耗确定是否传输数据D，即确定时间片t的调配模式a(t)；若能量消耗小于指定阈值，则进行数据传输，a(t)＝1，执行步骤6；否则不进行数据传输；

步骤6：在时间片t传输数据D，并且传输完成了数据d；

步骤7：计算过去的Δt时间内的链路质量，更新WiFi链路质量转移矩阵；更新传输数据D＝D-d；

步骤8：时间片t＝t+1，进入下一个时间片，若D>0，执行步骤1。

其中，步骤5中使用下式计算WiFi传输的能量消耗：

E(t)＝a*b(t)*Δt

其中，E表示WiFi传输的能量消耗，a表示WiFi模块的发送功率，b(t)表示WiFi传输速率，Δt为离散时间片的长度。

步骤5或S2.3所述传输策略为调配模式集S*＝{a(1),...,a(n)}，表示未来是否传输所述数据D；

最佳调配模式满足下式：

其中Z(t)＝b(t)*Δt，D为网络请求数据，b(t)为时间片t的WiFi传输速率，Δt为离散时间片t的长度，n为进行数据传输的时间片的总数目。

步骤2中WiFi链路质量转移矩阵如图3所示，根据本发明第二实施例WiFi链路质量转移矩阵更新流程示意图，通过如下方法获得WiFi链路质量转移矩阵，包括：

步骤2.1：记录在不同环境下的WiFi传输速率b(t)的变化P_i,j；

步骤2.2：对WiFi在时间片t的传输速率b(t)构建转移矩阵，如下：

其中，M表示传输速率b(t)有M种不同的链路质量{s₁,s₂,…,s_M}，出现M种链路质量的概率分别为{p(s₁),p(s₂),…,p(s_M)}，转移矩阵P的元素P_i,j满足下式：

其中，p(s_is_j)表示链路质量s_j出现在s_i之后的概率，i∈{1,M}，j∈{1,M}。

步骤2.3：根据时间片t所在的离散时间片Δt内的链路质量，更新出现M种链路质量的概率{p(s₁),p(s₂),…,p(s_M)}；

步骤2.4：时间片t＝t+1，进入下一个时间片，执行步骤1。

如图4所示，本发明还提供一种移动智能通信终端平台负载调配系统，包括参数获取模块和负载调配模块；

所述参数获取模块，用于获取智能通信终端平台在时间片t的状态参数；

所述负载调配模块，用于基于WiFi链路质量转移矩阵，确定未来负载调配模式。

本申请通过WiFi链路质量矩阵来预测未来时间间隔内的链路传输质量，从而找到最佳的调配模式决策集；并能根据链路的实际传输情况实时动态的计算过去时间片的链路质量从而不断的更新WiFi链路质量矩阵，实时找到最佳的调配模式，获得提高数据传输效率的最优解。本申请可以较好的提高了数据包的传输效率，减少了传输的能量开销，延长智能终端设备智能通信终端的使用时间。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能通信终端平台的负载调配方法，其特征在于，包括：

S1，获取智能通信终端平台在时间片t的状态参数；

S2，基于WiFi链路质量转移矩阵，确定未来负载调配模式；

S2包括：

S2.1，根据WiFi链路质量转移矩阵预测的WiFi传输速率b(t)；

S2.2，若使用传输速率b(t)传输数据D的完成时间大于或者等于数据D的截止时间，则传输所述数据D；

S2.3，若使用传输速率b(t)传输所述数据D的完成时间小于数据D的截止时间，则根据特定算法确定未来固定时间间隔的传输策略；

WiFi链路质量转移矩阵包括：

记录在不同环境下的WiFi传输速率b(t)的变化P_i,j；

对WiFi在时间片t的传输速率b(t)构建转移矩阵，如下：

其中，M表示传输速率b(t)有M种不同的链路质量{s₁,s₂,…,s_M}，出现M种链路质量的概率分别为{p(s₁),p(s₂),…,p(s_M)}，转移矩阵P的元素P_i,j满足下式：

其中，p(s_is_j)表示链路质量s_j出现在s_i之后的概率，i∈{1,M}，j∈{1,M}。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中状态参数包括：时间片t、有限时间窗口的网络请求数据D和数据D的截止时间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S2.3进一步包括：

S2.3.1，计算时间片t开始进行WiFi传输的能量消耗，若能量消耗小于指定阈值，则进行数据传输；否则不进行数据传输；

S2.3.2，计算时间片t所在的离散时间片Δt内的链路质量，更新WiFi链路质量转移矩阵；更新剩余数据D。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，S2.3.1中时间片t内WiFi传输的能量消耗用下式表示：

E(t)＝a*b(t)*Δt

其中，E表示WiFi传输的能量消耗，a表示WiFi模块的发送功率，b(t)表示WiFi传输速率，Δt为离散时间片t的时间长度。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，S2.3.1中确定的未来的传输策略为：

对于时间片t开始的n个时间片及传输数据D，满足下式：

其中Z(t)＝b(t)*Δt，D为网络请求数据，b(t)为时间片t的WiFi传输速率，Δt为离散时间片t的时间长度，n为进行数据传输的时间片的总数目。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，S2.3.2中，根据时间片t所在的离散时间片Δt内的链路质量，更新出现M种链路质量的概率{p(s₁),p(s₂),…,p(s_M)}，重新计算P_i,j，更新WiFi链路质量转移矩阵。

7.一种智能通信终端平台负载调配系统，其特征在于，包括参数获取模块和负载调配模块；

所述参数获取模块，用于获取智能通信终端平台的在时间片t的状态参数；

所述负载调配模块，用于基于WiFi链路质量转移矩阵，确定未来负载调配模式；

所述负载调配模块，用于执行：

S2.1，根据WiFi链路质量转移矩阵预测的WiFi传输速率b(t)；

S2.2，若使用传输速率b(t)传输数据D的完成时间大于或者等于数据D的截止时间，则传输所述数据D；

S2.3，若使用传输速率b(t)传输所述数据D的完成时间小于数据D的截止时间，则根据特定算法确定未来固定时间间隔的传输策略；

WiFi链路质量转移矩阵包括：

记录在不同环境下的WiFi传输速率b(t)的变化P_i,j；

对WiFi在时间片t的传输速率b(t)构建转移矩阵，如下：

其中，M表示传输速率b(t)有M种不同的链路质量{s₁,s₂,…,s_M}，出现M种链路质量的概率分别为{p(s₁),p(s₂),…,p(s_M)}，转移矩阵P的元素P_i,j满足下式：

其中，p(s_i，s_j)表示链路质量s_j出现在s_i之后的概率，i∈{1,M}，j∈{1,M}。