CN107277137B - 基于服务质量感知的大数据自主感应防碰撞控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于服务质量感知的大数据自主感应防碰撞控制方法，包括从符号传输速率、业务量、包长、信道质量、拓扑区域出发，自主感应大数据网络状态，主动调整终端工作状态及其接入点高度，感知大数据网络服务质量变化，寻找资源利用率最佳和数据质量最佳的大数据网络架构，自主降低碰撞率，从而提供多样化和动态变化的大数据质量保障。该方法充分考虑了大数据网络实时状态、大数据质量、多址接入和自主防碰撞等方面，从大数据服务质量保障需求出发，优化大数据传输网络状态和终端工作状态，在提高资源利用率同时，改进大数据质量、提升大数据网络服务质量。

Description

基于服务质量感知的大数据自主感应防碰撞控制方法

技术领域

本发明涉及物联网和互联网+中大数据无线传输防碰撞控制方法，特别是涉及一种基于服务质量感知的自主感应防碰撞控制方法，属于大数据网络服务质量保证和数据质量改进技术领域。

背景技术

物联网和互联网+应用于智慧档案、智慧交通、环境监测和大气净化等领域时，大数据的采集、存储和处理需要占用应用平台大量资源和设备，尤其是大数据发送与接收过程中的数据碰撞和冲突使得服务质量和数据质量明显下降。同时大数据传输网络的时变拓扑和多样化大数据质量保证需求，使得如何在服务质量、大数据质量和大数据网络之间寻求优化防碰撞控制方案成为关键问题。已有的控制方法智能在上述三个目标中优化一个或者两个目标，当综合考虑三个目标时，为了保障用户体验质量和服务质量导致大数据网络的系统消耗显著增加。鉴于此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于服务质量感知的大数据自主感应防碰撞控制方法，通过分割大数据传输时间和主动约定传输时刻，感知服务质量抖动，基于大数据自主感应搭建具有自主防碰撞能力的大数据网络，显著降低大数据传输的碰撞率，提供有效地服务质量和大数据质量保障。

基于服务质量感知的大数据自主感应防碰撞控制方法，包括以下步骤：

S01、大数据网络状态的上限定义为{符号传输速率最大值SL_MAX，业务量最大值G_MAX，包长最大值SP_MAX，路径损耗指数最大值L_MAX，服务区域半径最大值R_MAX，接入点高度最大值H_MAX，终端数最大值TE_MAX}，终端工作状态定位为{发送M_T、收听M_L、等待M_W}；

S02、大数据网络服务质量状态定义为{吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B}，大数据自主感应控制状态定义为{符号传输速率SL，包长SP，路径损耗指数L，服务区域大小R，接入点高度H，终端数TE}；

S03、符号传输速率SL从0符号每秒到SL_MAX符号每秒，步长为0.1e6符号每秒，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的符号传输速率SL_TR；

S04、包长SP从0个符号到SP_MAX个符号，步长为100个符号，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的包长SP_LE；

S05、路径损耗指数L从1到L_MAX，步长为0.5，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的路径损耗指数L_R；

S06、服务区域半径R从0米到R_MAX米，步长为50米，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的服务区域半径R_SA；

S07、接入点高度H从0米到H_MAX米，步长为2米，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的接入点高度H_A；

S08、终端数TE从0到TE_MAX，步长为50，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的终端数TE_N；

S09、结合S03，S04，S05，S06，S07和S08，在R_SA为半径所覆盖服务区域内，设定符号传输速率为S_TR和选择路径损耗指数小于等于L_R的无线信道传输大数据，将大数据发送节点和转发节点的包长调整至P_LE且接入点高度调整为H_A；

S10、如果R_SA为半径的服务区域所覆盖的终端数N_RA大于N_T，则只激活该区域内终端并转入发送状态M_T，N_RA-N_T终端转入收听状态M_L，TE_MAX-N_RA终端转入等待状态M_W；否则激活N_T个大数据传输终端并转入发送状态M_T，N_T-N_RA终端转入收听状态M_L，TE_MAX-N_T终端转入等待状态M_W；

S11、搭建具有大数据质量保证、大数据网络服务状态最佳和资源利用率最高的大数据传输网络，大数据自主改变包长长度和符号传输速率，实时调整大数据发送时隙长度，主动降低碰撞概率。

本发明所提供的技术方案的有益效果是，在大数据网络状态范围内，自主感应符号传输速率，包长，路径损耗指数，服务区域大小，接入点高度，终端数等控制参数对大数据服务质量的影响，寻找使得大数据质量达到最佳的控制参数，自适应组建具有最佳防碰撞功能的大数据传输网络，提供高效网络资源利用和数据质量的有效保障。在满足高质量大数据传输需求同时，实时调整终端工作状态，有效解决了大数据质量保证需求与有限网络资源竞争问题，以及大数据网络状态优化与服务质量保障之间存在的激烈矛盾。

附图说明

图1为本发明大数据自主感应防碰撞控制方法示意图。

图2为丢包率与业务量和符号传输速率的关系示意图。

图3为传输延迟与业务量和符号传输速率的关系示意图。

图4为吞吐量与业务量和符号传输速率的关系示意图。

图5为丢包率与业务量和包长的关系示意图。

图6为传输延迟与业务量和包长的关系示意图。

图7为吞吐量与业务量和包长的关系示意图。

图8为丢包率与业务量和路径损耗指数的关系示意图。

图9为传输延迟与业务量和路径损耗指数的关系示意图。

图10为吞吐量与业务量和路径损耗指数的关系示意图。

图11为丢包率与业务量和服务区域半径的关系示意图。

图12为传输延迟与业务量和服务区域半径的关系示意图。

图13为吞吐量与业务量和服务区域半径的关系示意图。

图14为丢包率与业务量和接入点高度的关系示意图。

图15为传输延迟与业务量和接入点高度的关系示意图。

图16为吞吐量与业务量和接入点高度的关系示意图。

图17为丢包率与业务量和终端数的关系示意图。

图18为传输延迟与业务量和终端数的关系示意图。

图19为吞吐量与业务量和终端数的关系示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

大数据网络传输通信中，大数据网络状态定义为{符号传输速率最大值SL_MAX，业务量最大值G_MAX，包长最大值SP_MAX，路径损耗指数最大值L_MAX，服务区域半径最大值R_MAX，接入点高度最大值H_MAX，终端数最大值TE_MAX}，终端工作状态定位为{发送M_T、收听M_L、等待M_W}。大数据网络服务质量状态定义为{吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B}，大数据自主感应控制状态定义为{符号传输速率SL，包长SP，路径损耗指数L，服务区域大小R，接入点高度H，终端数TE}。

根据公式(1)，(2)，(3)和(4)可以计算得到大数据网络通信的实际业务量G_T、丢包率PL_B、吞吐量S_B、平均延迟T_B。

其中，G_T表示实际业务量，T_plen表示待传输的符号数，N_time表示大数据传输更新时间，S_plen表示成功传输的符号数，W_time表示成功传输的延迟时间，T_total表示大数据成功传输的总时间，M_count表示数据包发送的总次数。

根据公式(1)，(2)，(3)和(4)，符号传输速率SL从0.1e6符号每秒到0.5e6符号每秒，步长为0.1e6符号每秒取值，业务量G从0.1到2，步长为0.1取值。分析大数据服务质量状态即丢包率PL_B，传输延迟T_B与吞吐量S_B的变化规律，结果如图2、3和4所示。参阅图2，3和4发现，符号传输速率SL为0.2e6时，大数据网络服务质量状态达到综合最佳即得到使得服务质量达到最佳状态的符号传输速率SL_TR＝0.2e6。

同理，根据公式(1)，(2)，(3)和(4)，包长SP从300个符号到700个符号，步长为100个符号，业务量G从0.1到2，步长为0.1。分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律如图5，6，和7，得到使得服务质量达到最佳状态的包长SP_LE＝500个符号。

公式(5)结合公式(1)，(2)，(3)和(4)，路径损耗指数L从2到4，步长为0.5，业务量G从0.1到2，步长为0.1。分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律如图8，9，和10，得到使得服务质量达到最佳状态的路径损耗指数L_R＝4。

其中，P_r表示信号接收功率，P_t表示信号发射功率，d表示发射天线与接收天线之间的距离，d₀表示近地参考距离，由测量得到。

公式(6)结合公式(1)，(2)，(3)和(4)，服务区域半径R从50米到250米，步长为50米，业务量G从0.1到2，步长为0.1。分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律如图11，12和13，得到使得服务质量达到最佳状态的服务区域半径R_SA的取值范围[150,200]米。

其中，P_s表示终端的信号发射功率，bxy表示接入点的位置坐标。

公式(7)结合公式(1)，(2)，(3)和(4)，接入点高度H从7米到15米，步长为2米，业务量G从0.1到2，步长为0.1。分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律如图14，15和16，得到使得服务质量达到最佳状态的得到使得服务质量达到最佳状态的接入点高度H_A取值范围[9,11]米。

其中，bx表示终端位置的横坐标，by表示终端位置的纵坐标。

根据公式(1)，(2)，(3)，(4)和(7)，终端数TE从50到250，步长为50，务量G从0.1到2，步长为0.1。分析大数据服务质量状态即吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B的变化规律如图17，18,和19，得到使得服务质量达到最佳状态的终端数TE_N＝100。

接下来，在R_SA指定的服务区域内，指定符号传输速率为S_TR和选择路径损耗指数小于等于L_R的无线信道传输大数据，将大数据发送节点和转发节点的包长调整至P_LE且接入点高度调整为H_A；

接着，如果R_SA为半径的服务区域所覆盖的终端数N_RA大于N_T，则只激活该区域内终端并转入发送状态，N_RA-N_T终端转入收听状态，TE_MAX-N_RA终端转入等待状态；否则激活N_T个大数据传输终端并转入发送状态，N_T-N_RA终端转入收听状态，TE_MAX-N_T终端转入等待状态。

然后，根据图1所示流程，搭建具有大数据质量保证、大数据网络服务状态最佳和资源利用率最高的大数据网络。

最后，大数据网络自主改变包长长度和符号传输速率，实时调整大数据发送时隙长度，主动降低碰撞概率。

本发明从大数据网络服务质量出发，自主感应具有最佳服务质量的符号传输速率SL，包长SP，路径损耗指数L，服务区域大小R，接入点高度H，终端数TE等参数，结合大数据质量保证需求，主动搭建并实时更新大数据网络，自适应防碰撞控制，主动降低碰撞概率，从而在满足高质量大数据传输需求同时，根据用户多样化的体验需求，实时调整终端工作状态，既提供了有效地大数据质量保证与优化了网络资源分配，又提升了大数据网络服务质量。

Claims (1)

1.一种基于服务质量感知的大数据自主感应防碰撞控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、大数据网络状态的上限定义为{符号传输速率最大值SL_MAX，业务量最大值G_MAX，包长最大值SP_MAX，路径损耗指数最大值L_MAX，服务区域半径最大值R_MAX，接入点高度最大值H_MAX，终端数最大值TE_MAX}，终端工作状态定义为{发送M_T、收听M_L、等待M_W}；

S02、大数据网络服务质量状态定义为{吞吐量S_B，传输延迟T_B，丢包率PL_B}，大数据自主感应控制状态定义为{符号传输速率SL，包长SP，路径损耗指数L，服务区域大小R，接入点高度H，终端数TE}；

S03、符号传输速率SL从0符号每秒到SL_MAX符号每秒，步长为0.1e6符号每秒，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的符号传输速率SL_TR；

S04、包长SP从0个符号到SP_MAX个符号，步长为100个符号，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的包长SP_LE；

S05、路径损耗指数L从1到L_MAX，步长为0.5，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的路径损耗指数L_R；

S06、服务区域半径R从0米到R_MAX米，步长为50米，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的服务区域半径R_SA；

S07、接入点高度H从0米到H_MAX米，步长为2米，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的接入点高度H_A；

S08、终端数TE从0到TE_MAX，步长为50，业务量G从0到T_MAX，步长为0.1，分析大数据服务质量状态变化规律，得到使得服务质量达到最佳状态的终端数TE_N；

S09、结合S03，S04，S05，S06，S07和S08，在R_SA为半径所覆盖服务区域内，设定符号传输速率为S_TR和选择路径损耗指数小于等于L_R的无线信道传输大数据，将大数据发送节点和转发节点的包长调整至P_LE且接入点高度调整为H_A；

S10、如果R_SA为半径的服务区域所覆盖的终端数N_RA大于N_T，则只激活该区域内终端并转入发送状态M_T，N_RA-N_T终端转入收听状态M_L，TE_MAX-N_RA终端转入等待状态M_W；否则激活N_T个大数据传输终端并转入发送状态M_T，N_T-N_RA终端转入收听状态M_L，TE_MAX-N_T终端转入等待状态M_W；

S11、搭建具有大数据质量保证、大数据网络服务状态最佳和资源利用率最高的大数据传输网络，大数据自主改变包长长度和符号传输速率，实时调整大数据发送时隙长度，主动降低碰撞概率。