CN113011009B

CN113011009B - 一种基于MoreData机制的参数优化方法、装置及存储介质

Info

Publication number: CN113011009B
Application number: CN202110223409.XA
Authority: CN
Inventors: 冯丽; 赵庆林; 梁勇
Original assignee: Macau Univ of Science and Technology
Current assignee: Macau Univ of Science and Technology
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2024-01-30
Anticipated expiration: 2041-03-01
Also published as: CN113011009A

Abstract

本发明公开了一种基于MoreData机制的参数优化方法、装置及存储介质，该方法包括：构建包含MoreData参数的轮询系统；构建单服务器排队系统；计算单服务器排队系统中客户到达队列与客户离开队列之间的总时延及总时延的平均值和标准差；在轮询系统与单服务器排队系统之间建立等价关系；将单服务器排队系统的计算结果应用至轮询系统，计算出轮询系统中数据包传输过程中总时延的平均值和标准差；计算轮询系统中数据包传输过程中能耗的平均值和标准差；根据轮询系统中数据包传输过程中总时延的平均值和标准差及能耗的平均值和标准差，构建时延能耗模型；利用时延能耗模型对参数进行优化；本发明通过参数优化，能够保证时延要求的同时，将能耗降至最低。

Description

一种基于MoreData机制的参数优化方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及无线网络节能协议技术领域，尤其是一种基于MoreData机制的参数优化方法、装置及存储介质。

背景技术

在物联网中，已经或将要部署大量由电池供电的无线设备，这些设备已采用节能机制来减少能耗。在启用了省电模式的IEEE 802.11协议中，每个基站都是在唤醒和休眠的状态之间交替。当基站处于休眠状态时，接入点(AP)缓存基站的数据包；在休眠时间结束时，基站会醒来接收由接入点(AP)广播的信标。如果信标指示没有该基站的缓存数据，那基站将立即进入睡眠状态。否则，该基站准备接收来自AP数据包。但存在一个基本的问题是：基站何时再次返回到休眠状态；目前的解决方案是采用MoreData机制，在这种机制中，当AP将一个数据包发送给基站时，它将在已发送数据包的帧控制字段内设置MoreData位，来指示在AP缓存中是否有更多的数据包。通过检查MoreData位，当MoreData＝1时，基站将保持唤醒来接收更多的数据包，当MoreData＝0时，基站则立即进入睡眠状态；虽然启用MoreData参数可以使设备节省更多能量，但同时也会导致更长的数据包时延；同时，由于MoreData参数与其他参数设置(例如信标间隔和休眠间隔)相互影响；尽管MoreData机制可以微调系统性能，但粗粒度的设置(比如忽略MoreData位)可能不会使系统受益于此机制；因此，再利用MoreData机制的同时，如何设置休眠间隔等这些参数使得系统能够保证时延要求的同时将能耗降至最低，这仍是一个亟待解决的难题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于MoreData机制的参数优化方法、装置及存储介质。

本发明所采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例包括一种基于MoreData机制的参数优化方法，包括：

构建包含MoreData参数的轮询系统；

构建单服务器排队系统，所述单服务器排队系统包括三种类型的服务间隔；

计算所述单服务器排队系统中客户到达队列与客户离开队列之间的总时延及所述总时延的平均值和标准差；

在所述轮询系统与所述单服务器排队系统之间建立等价关系；

将所述单服务器排队系统的计算结果应用至所述轮询系统，计算出所述轮询系统中数据包传输过程中总时延的平均值和标准差；

计算所述轮询系统中数据包传输过程中能耗的平均值和标准差；

根据所述轮询系统中数据包传输过程中总时延的平均值和标准差及能耗的平均值和标准差，构建时延能耗模型；

利用所述时延能耗模型对参数进行优化，所述参数包括休眠间隔。

进一步地，所述包含MoreData参数的轮询系统包括一个接入点和多个基站；多个所述基站的数据包缓存在所述接入点中，所述接入点始终保持唤醒状态；所述基站在唤醒状态和休眠状态之间切换。

进一步地，当所述基站切换成唤醒状态时，所述基站执行以下操作：

监听由所述接入点发送的包含TIM字段的信标并检查所述TIM字段；

接收数据包并检查MoreData位。

进一步地，所述基站在唤醒状态和休眠状态之间切换具体包括：

当所述基站接收到一个包含TIM字段为0的信标时，所述基站进入预定时长持续的休眠状态，达到预定时长后，所述基站切换成唤醒状态；

当所述基站接收到一个包含TIM字段为1的信标时，所述基站保持唤醒状态，直到所述基站接收到一个包含MoreData为0的数据包后，所述基站向所述接入点返回ACK数据后进入预定时长持续的休眠状态；

当所述基站接收到一个包含TIM字段为1的信标时，所述基站保持唤醒状态，当所述基站接收到一个包含MoreData为1的数据包后，所述基站继续保持唤醒状态。

进一步地，所述三种类型的服务间隔具体包括第一服务间隔、第二服务间隔和第三服务间隔；

所述第一服务间隔为当服务器检查队列发现没有客户时，所述服务器进入时长为第一预设时长的假期；

所述第二服务间隔为当服务器检查队列并仅找到一个客户时，所述服务器在所述客户服务预定时长的时间后进入时长为第二预设时长的假期；

所述第三服务间隔为当服务器检查队列并找到一个以上的客户时，所述服务器在一个客户服务预定时长的时间后进入时长第三预设时长的假期。

进一步地，所述单服务器排队系统中客户到达队列与客户离开队列之间的总时延的计算公式如下：

式中，D表示客户到达队列与客户离开队列之间的总时延，L表示在任意时间的队列大小，λ表示客户到达队列的到达率，X表示一个客户的服务时间；

所述总时延的平均值和标准差的计算公式如下：

式中，E(D)表示总时延D的平均值，E(L)表示在任意时间的队列大小L的平均值，E(X)表示一个客户的服务时间X的平均值，λ表示客户到达队列的到达率；/>式中，Dev{D}表示总时延D的标准差，Var(L)表示在任意时间的队列大小L的方差，Var(X)表示一个客户的服务时间X的方差，当X为常数时，Var(X)＝0；λ表示客户到达队列的到达率。

进一步地，所述在所述轮询系统与所述单服务器排队系统之间建立等价关系包括：

将所述轮询系统中的基站作为所述单服务器排队系统的服务器；

将所述轮询系统中接入点的缓存区视为所述单服务器排队系统中服务器的缓存区；

所述轮询系统中基站接收数据包的过程遵循所述单服务器排队系统中客户到达队列的泊松过程。

进一步地，所述轮询系统中数据包传输过程中能耗的平均值和标准差的计算公式如下：

式中，E(Φ_i)表示能耗Φ_i的平均值，φ_i,j表示在/>的服务间隔中，基站i消耗功率PW_i,j的概率，PW_i,j表示在/>的服务间隔中基站i的消耗功率；

式中，Der{Φ_i}表示能耗Φ_i的标准差，/>表示能耗Φ_i的二阶原点矩，E{Φ_i}²表示能耗Φ_i平均值E(Φ_i)的平方。

另一方面，本发明实施例还包括一种基于MoreData机制的参数优化装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现所述的基于MoreData机制的参数优化方法。

另一方面，本发明实施例还包括计算机可读存储介质，其上存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在被处理器执行时用于实现所述的基于MoreData机制的参数优化方法

本发明的有益效果是：

本发明通过在包含MoreData参数的轮询系统与所述单服务器排队系统之间建立等价关系，进而通过单服务器排队系统研究MoreData参数对轮询系统的时延和能耗的影响；获取最佳休眠间隔参数，从而通过参数优化设置，能够保证时延要求的同时，将能耗降至最低。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例所述基于MoreData机制的参数优化方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例所述当(a)TIM(i)＝0，(b)TIM(i)＝1和MoreData＝0，以及(c)TIM(i)＝1和MoreData＝1时，基站i在轮询系统中的操作示意图；

图3为本发明实施例所述单服务器排队系统中三种类型的服务间隔的示意图；

图4为本发明实施例所述轮询系统中三种类型的等价服务间隔的示意图；

图5为本发明实施例所述在同构设置中，总时延的平均值与数据包到达率的对比图；

图6为本发明实施例所述在同构设置中，能耗的平均值与数据包到达率的对比图；

图7为本发明实施例所述轮询系统中平均总时延和能耗的走势示意图；

图8为本发明实施例所述基于MoreData机制的参数优化装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。

参照图1，本发明实施例提出一种基于MoreData机制的参数优化方法，包括但不限于以下步骤：

S1.构建包含MoreData参数的轮询系统；

S2.构建单服务器排队系统，所述单服务器排队系统包括三种类型的服务间隔；

S3.计算所述单服务器排队系统中客户到达队列与客户离开队列之间的总时延及所述总时延的平均值和标准差；

S4.在所述轮询系统与所述单服务器排队系统之间建立等价关系；

S5.将所述单服务器排队系统的计算结果应用至所述轮询系统，计算出所述轮询系统中数据包传输过程中总时延的平均值和标准差；

S6.计算所述轮询系统中数据包传输过程中能耗的平均值和标准差；

S7.根据所述轮询系统中数据包传输过程中总时延的平均值和标准差及能耗的平均值和标准差，构建时延能耗模型；

S8.利用所述时延能耗模型对参数进行优化，所述参数包括休眠间隔。

首先，对MoreData机制进行介绍，MoreData机制通常用于节能协议中。例如，IEEE802.11标准和许多相关协议均采用MoreData机制来通知基站是否保持唤醒状态或者进入睡眠状态。在MoreData机制中，当接入点将一个数据包发送给基站时，它将在已发送数据包的帧控制字段内设置MoreData位，来指示在接入点缓存中是否有更多的数据包；基站通过检查MoreData位，当MoreData＝1时，基站将保持唤醒来接收更多的数据包，当MoreData＝0时，基站则立即进入睡眠状态。

本实施例中，所述包含MoreData参数的轮询系统包括一个接入点(AP)和多个基站。时间被划分为一系列具有相等长度T_R的重复间隔(或信标间隔)。在每个重复间隔中，一个基站最多接收一个数据包。具体地，接入点和基站的操作如下：

接入点的操作：AP始终保持唤醒状态；在每个重复间隔的开始，AP广播一个包含流量指示图(TIM)字段的信标。TIM包含了一个基站列表，这些基站的数据包缓存在AP中；例如，TIM(i)＝1表示AP中缓存了基站i的数据。然后，AP将依次向出现在TIM中的每个基站发送一个数据包。如图2(b)和(c)所示，每个数据包的传输过程遵循以下模式：SIFS/DATA/SIFS/ACK。DATA数据包中包括一个MoreData位，其中MoreData＝1表示AP对该基站有额外的缓存数据包；否则，没有缓存的数据包。

基站的操作：为了节省能量，基站在唤醒状态和休眠状态两种状态之间切换；在唤醒状态下，基站完全供电，可以随时发送或接收数据包。在休眠状态下，基站消耗的功率非常低，并且无法发送或接收数据包。当基站从休眠状态醒来时，它会监听信标并检查TIM字段。在收到DATA数据包后，它将检查MoreData位。对某一个基站i，假设其休眠间隔为k_iT_R。取决于TIM(i)和MoreData的值，基站i具有三种不同的操作，如图2所示。

(1)如图2(a)所示，当TIM(i)＝0的情况下，基站i接收到一个包含TIM(i)＝0的信标，然后进入时长持续k_iT_R-T_B的睡眠状态，其中T_B表示信标的长度。之后，基站将唤醒以接收新的信标；

(2)如图2(b)所示，当TIM(i)＝1，MoreData＝0的情况下，基站i接收到一个包含TIM(i)＝1的信标，然后保持唤醒状态，直到它接收到一个包含MoreData＝0的数据包。此后，它首先发送ACK数据给接入点，然后进入睡眠状态，直到当前重复间隔结束，然后继续保持持续时长为k_iT_R的睡眠状态；

(3)如图2(c)所示，当TIM(i)＝1，MoreData＝1的情况下，基站i接收到一个包含TIM(i)＝1的信标，然后保持唤醒状态，当它接收到一个包含MoreData＝1的数据包后，它将继续保持唤醒状态，直到收到下一个信标为止；在这种情况下，基站i不睡觉。

本实施例中，所述单服务器排队系统中，客户按照泊松过程到达，到达率为λ，客户服务时间满足一般分布，服务器具有无限缓存区；如果队列中有客户的话，服务器每次仅服务一个客户，然后不管队列中有多少客户等待，都会立即进入休假。每当服务器休假结束时，如果发现队列中没有客户等待，它将进行新的休假。这样的服务器称为需要多次休假的服务器。服务器检查队列时，它将首先启动服务，然后根据队列中的客户数量进行三种类型中的一种休假。相应地，系统具有三种类型的服务间隔(其中服务间隔定义为两次连续检查之间的间隔)，如图3所示。

服务间隔Y₁：当服务器检查队列发现没有客户时，它将进入时长为V₁的假期。在这种情况下，Y₁＝V₁。

服务间隔Y₂：当服务器检查队列并仅找到一个客户时，它将为客户服务X的时间，然后进入时长为V₂的假期。在这种情况下，Y₂＝X+V₂。

服务间隔Y₃：当服务器检查队列并找到一个以上的客户时，它将为一个客户提供X的服务时间，然后进入时长为V₃的假期。在这种情况下，Y₃＝X+V₃。

接下来，本实施例中，定义并计算以下变量。

g_n：服务器检查队列时发现队列中有n个客户的稳态概率；

h_n：服务完成的客户在离开时看到队列中有n个顾客的稳态概率；

D：客户到达队列与客户离开系统之间的总时延。

(1)g_n的计算过程如下：

借助图3，我们可以为排队系统建立以下关系：

将Y_i(t)≡Pr(Y_i)定义为Y_i的分布函数，注意(i)g_n＝Pr(n个客户/当前检查)＝Pr(n个客户/前一次检查)，因为g_n是稳态概率，并且(ii) 本实施例可以将(式1)重写为：

当n＝0时，式2可化简为：

接下来，让G(z)表示g_n的生成函数，即：

把式2代入式4里，可以得到：

令表示Y_i(t)的Laplace-Stieltjes变换，本实施例可以用表示式5的第一项，即：

同样，本实施例中，可以表示式5的第二项，也可表示式5的第三项；其中，在本实施例中，可用表示式5的第三项。

令A表示式5的第三项，并如下定义A_n，

现在计算A_n，n＝0,1,2…

A₀＝0；

……

因此，把这些项加起来，我们可以得到：

最后，表述A如下:

应用这些表达式，我们可以将式5重写为：

另外，因为有：

令E(Y_i)表示Y_i的均值，在式8的两边取极限G(1)＝lim_z→1G(z)，有：

进一步定义ρ_i＝λE(Y_i)，可以将式9改写为：

g₀(1+ρ₁-ρ₃)+g₁(ρ₂-ρ₃)＝1-ρ₃(式10)；

如果已知Y_i的分布，则可以首先根据式3和式10计算g₀和g₁，对于n＝2,3,4…然后通过式2递归计算g_n；如果Y_i的分布是未知的，可以按照如下方式大致计算出g_n；假设Pr(Y_i＝E(Y_i))＝1。令并且ρ_i＝λE(Y_i)，可以将式重写为：

当n＝0时，式11可以化简为：

求解式10和式12的系统，则有：

最后，根据式11和式13，可以递归计算n＝2、3、4的g_n。

(2)h_n的计算过程如下:

本实施例中，在服务器检查队列时队列不为空的条件下，计算h_n；定义X(t)≡Pr(X≤t)，其中X表示一个客户的服务时间。下面，可建立h_n和g_n之间的关系：

用E(X)表示X的平均值，并定义ρ₄＝λE(X)；假设Pr(X＝E(x))＝1。可以将式14重写为：

最后，根据g_n，我们可以计算出当n＝0,1,2...时的h_n。

(3)D的计算过程如下：

因为泊松到达的时间是平均时间，所以h_n也是n个客户在任意时间的稳态概率。令L表示在任意时间的队列大小。E(L)表示L的一阶原点矩，对应随机变量L的平均值；E(L²)表示L的二阶原点矩，对应随机变量L²的平均值；令Var(L)表示L的方差：

Var(L)＝E(L²)-E(L)²；

另一方面，应用利特尔定律，可以将总时延D表示为：

进一步，所述总时延的平均值和标准差的计算公式如下：

在了解了包含MoreData参数的轮询系统和单服务器排队系统之后，接下来，在包含MoreData参数的轮询系统与单服务器排队系统之间建立等价关系。具体地，将轮询系统中的基站i作为排队系统的服务器，并将AP缓存区视为排队系统的缓存区；基站i的数据包到达过程遵循参数为的泊松过程；当AP开始向基站i发送数据包时，基站i开始服务来接收其数据包。因为轮询系统中数据包的传输过程遵循以下模式：SIFS/DATA/SIFS/ACK，所以本实施例中，可以将轮询系统中基站i的服务时间定义为：

X_i≡T_SIFS+T_packet,i+T_SIFS+T_ACK(式17)；

其中T_SIFS表示SIFS时间，T_packet,i表示长度为L_i的数据包的传输时间，T_ACK表示ACK的传输时间。在本实施例中，T_packet,i具有固定值，并且系统参数T_SIFS和T_ACK是恒定的，因此，X_i是一个常数。简而言之，基站i和AP构成了一个排队系统。

考虑基站i唤醒的重复间隔，本实施例中，将基站i的检查时刻定义为重复间隔中AP完成基站i-1传输任务的时刻，如图4所示，可以将基站i的服务间隔定义为连续两次检查时刻之间的间隔。在服务间隔中，基站i接收到其中一个数据包，或者处于睡眠状态，或者保持清醒状态，但是不再接收其数据包；可称该时间(该基站i没有接收其数据包)为该基站i的休假。

根据轮询系统中的三种操作类型(取决于如图2所示的TIM(i)和MoreData参数)，在轮询系统中现在有三种等价的服务间隔类型。

(1)当TIM(i)＝0时的服务间隔如图4(a)所示，在此间隔中，基站i总是休假，因为它在AP中没有缓存的数据包；因此，/>的长度等于当前休假的长度。

(2)当TIM(i)＝1和MoreData＝0时的服务间隔如图4(b)所示，在此间隔中，基站i首先收到一个长度为X_i的数据包，然后休假，其长度大于k_iT_R。

(3)当TIM(i)＝1和MoreData＝1时的服务间隔如图4(c)所示，在此间隔中，基站i首先收到一个长度为X_i的数据包，然后休假，其长度小于T_R。

到目前为止，本实施例中，已经在两个系统之间建立了等价关系。接下来，计算和/>然后计算轮询系统中的总时延的均值和标准差。

一：和/>的计算过程如下：

首先计算借助图4(a)，根据/>的定义，可表示/>为：

其中k_iT_R是基站i的休眠间隔，表示基站i的前一次检查时刻与时刻0之间的时间间隔，而/>表示基站i的当前检查时刻和k_iT_R时刻之间的时间间隔；/>和/>是具有一个通用随机变量η_i的独立同分布(i.i.d.)。如图4(a)中的第一个重复间隔所示，仅当基站j(1≤j≤i-1)完成其服务时，基站i才开始服务。因此，可将η_i表示为：

其中T_B是信标传输时间，ξ_j(1≤j≤i-1)是一个通用随机变量，表示在T_R的每个重复间隔中基站j的服务时间。一般而言，基本上假设一个重复间隔中的ξ_j与其他的重复间隔中的ξ_j是独立同分布的。平均而言，在T_R期间到达的基站j的数据包数量为α_j＝λ_iT_R(为了保持队列稳定，需要0<α_j<1，因为基站j在T_R的每个重复间隔中最多服务一个数据包)。换句话说，基站j将在T_R期间以概率α_j接收一个数据包，或者以1-α_j的概率不接收数据包。那么，ξ_j等于概率为Xj的概率为α_j，或者等于0的概率为1-α_j，即：

此外，请注意：(i)在每个重复间隔中，对于i≠j，ξ_i独立于ξ_j，因为到达每个基站的数据包都是独立的；并且(ii)独立随机变量的函数也是独立的。因此，可得出结论和和η_i是i.i.d。然后，从式19可得到：

然后，计算和/>可根据上述类似推导，得到：

接下来，我们根据式22、式23和式24计算j＝1，2，3，并进一步计算平均队列大小E(L)。最后，根据式16和式17，可计算得到轮询系统中总时延的均值和标准差。

本实施例中，在包含MoreData参数的轮询系统中，基站在休眠和唤醒状态之间交替。在休眠状态下，基站进入睡眠状态并且消耗非常低的功率。在本实施例中，假设基站在休眠状态下的能耗为零；在唤醒状态下，有两种类型的能耗，分别是：

(1)基站处于接收模式时的功率为P_rx；

(2)基站处于传输模式时的功率为P_tx；

对于某一个基站i，有如图4所示的三种类型的服务间隔相应地，分别计算这三种间隔中的能耗。

令PW_i,1表示服务间隔中基站i的能耗，其平均值为k_iT_R。如图4(a)所示，在这种情况下，在k_iT_R时刻的信标指示与时刻0时的信标指示一样，TIM(i)＝0；因此，在服务间隔/>内，基站i保持T_B时间长的唤醒状态，来接收信标，在其他时间保持休眠状态。然后，服务间隔/>中基站i的能耗的计算公式为：/>

同样地，令PW_i,2表示服务间隔中基站i的能耗，其平均值为(k_i+1)T_R。如图4(b)所示，在这种情况下，在(k_i+1)T_R时刻的信标指示与时刻0时的信标指示一样，TIM(i)＝1，并且在接收到的数据包的帧控制字段中将MoreData位设置为0。因此，在服务间隔/>内，基站i持续E{η_i}+X_i-T_ACK时长保持接收模式，持续T_ACK时长保持在发送模式，并且在其他时间保持休眠状态。然后，服务间隔/>中基站i的能耗的计算公式为：

/>

同样地，设PW_i,3表示服务间隔中基站i的能耗，其平均值为T_R。如图4(c)所示，在这种情况下，在T_R时刻的信标指示与在时间0的信标指示一样，TIM(i)＝1，并且在接收到的数据包的帧控制字段中将MoreData位设置为1。因此，在除了T_ACK之外的/>的持续时间内，基站i始终保持在接收模式。然后，服务间隔/>中基站i的能耗的计算公式为：/>

令Φ_i表示基站i的能耗，则有：

其中φ_i,j表示在的服务间隔中，基站i消耗功率PW_i,j的概率。φ_i,j由以下公式计算得到：

在等价排队系统中，g_n表示基站i开始虚拟地(如图4(a)所示的X_i＝0)或实际地(如图4(b)–(c)所示的X_i≠0)服务一个数据包时，AP中有n个数据包的稳态概率。这表明在检查瞬间，AP可能已缓存了基站i的n个数据包，但基站i没有为任何数据包服务。例如，在图4(a)中，当基站i侦听第一个信标时，它在AP中未找到任何缓存的数据包(即TIM(i)＝0)，然后进入时长为k_iT_R-T_B的睡眠状态，因此在检查时刻，即在第i–1个基站在第一个重复间隔期间虚拟地或实际上服务其数据包之后，将不服务任何数据包；但是，当基站从1到i-1为它们的数据包服务时，可能会有基站i的n个数据包到达AP。因此，设置因为/>表示AP仅缓存基站i的一个数据包的概率，而ρ₂表示基站i为该数据包服务的概率。同样，可以得出φ_i,1和φ_i,3。

设E(Φ_i)和Dev{Φ_i}分别代表能耗Φ_i的平均值和标准偏差，则：

本实施例中，根据所述轮询系统中数据包传输过程中总时延的平均值和标准差及能耗的平均值和标准差，可构建时延能耗模型；接下来，对构建的时延能耗模型进行验证。

本实施例中，考虑MoreData位，并在同构和异构设置中验证时延能耗模型的准确性。通过验证，证明了忽略MoreData位将导致明显的分析错误，忽略MoreData位，意思是当一个基站接收到它的一个数据包时，无论是否设置了MoreData位，它将一直保持唤醒状态，直到接收到下一个信标为止，然后根据TIM字段中的信息确定是继续保持唤醒状态还是进入睡眠状态。

在仿真中，本实施例根据IEEE 802.11b设置默认参数值(如表I所示)。假设在一个网络中包含8个基站，将每个基站和AP的缓存区大小设置为1000个数据包，并将T_R设置为15ms。每个模拟值是五次模拟运行的平均值，其中每次运行持续400秒。假设泊松到达，并进行三个实验。在第一个实验中，本实施例考虑同构设置，其中所有的基站具有相同的数据包到达率，相同的数据包大小(100字节)和相同的休眠间隔(5T_R)。在第二个实验中，本实施例考虑异构设置，其中每个基站i采取表II中所示的不同参数设置，并且休眠间隔为k_iT_R。在第三个实验中，本实施例应用构建的时延能耗模型来找到最佳的休眠间隔这一参数，其中所有基站具有相同的数据包到达速率(3个数据包/秒)、相同的数据包大小(100字节)和相同的kT_R休眠间隔。

表I.默认的参数值

表II.语音流量[30]和数据流量的参数值

参照图5，本实施例绘制了同构设置下第8个基站数据包的平均总时延与数据包到达率的关系(请注意，当考虑其他站的数据包时，会获得非常相似的结果)。在图5中，“sim”和“ana”曲线分别绘制了考虑MoreData位时总时延的仿真结果和理论结果，其中理论结果由式16计算。“sim_ignore”曲线显示的是忽略MoreData位时的仿真结果。从这幅图中有两个发现：

(1)“ana”曲线与“sim”曲线紧密匹配，表明时延能耗模型非常准确；

(2)“sim”曲线几乎总是在“sim_ignore”曲线的上方，表明启用MoreData位将导致更长的时延。平均而言，“sim”曲线中的时延比“sim_ignore”曲线中的时延高11％；其原因如下：如图2(b)所示，如果考虑MoreData位时，则当一个基站发现MoreData＝0时，它将立即进入睡眠状态，因此将忽略下一个信标(如虚线框所示)。结果，基站无法在唤醒之前接收数据包，从而导致较长的时延。相反，如果忽略MoreData位，则基站不管什么时候接收到它的一个数据包后，它始终保持唤醒状态，直到收到下一个信标为止；如果信标指示有该基站缓存的数据包，那它可以很快接收到该数据包，从而避免了长时间的时延。

参照图6，本实施例绘制了基站8数据包的平均能耗与同构设置下数据包到达速率的关系。在图6中，“sim”和“ana”曲线分别绘制了考虑MoreData位时能耗的仿真和理论结果，其中理论结果由式26计算得到。“sim_ignore”曲线显示了忽略MoreData位时的仿真结果。从这幅图中有两个发现：

(2)“sim”曲线始终位于“sim_ignore”曲线下方，表明考虑MoreData位将导致较低的能耗。平均而言，“sim”曲线中的能耗比“sim_ignore”曲线中的能耗低28％。其原因如下：如图2(b)所示，如果考虑MoreData位时，当一个基站发现MoreData＝0时，它将首先休眠当前重复间隔的剩余时间，然后继续休眠一个休眠间隔，从而降低了能耗。相反，如果忽略MoreData位，则无论何时基站接收到一个数据包，基站都会保持唤醒状态，直到接收到新的信标指示不再有它的缓存数据包，从而消耗了更多能量。

简而言之，结果表明，考虑MoreData机制会将总时延稍微增加，但可以更多地降低能耗。

在本实施例中，考虑同构设置，所有8个基站有相同kT_R的休眠间隔，可应用扩展的时延能耗模型来找到最佳的休眠间隔参数k。具体而言，对于每个基站i，在给定数据包到达率λ_i和数据包长度L_i的情况下，旨在寻找最优的休眠间隔参数k，在满足时延约束δ_i的同时最小化能耗E(Φ_i)，即：

其中E{D_i}和E{Φ_i}是关于休眠间隔参数k的两个函数，分别在式16和式26中明确表示。

参照图7，图7展示了示如何找到最佳k值；图7画出了随着k的变化，基站1在左y轴上的能耗E(Φ_i)和在右y轴上的总时延E{D_i}的变化。其中λ_i＝3数据包/秒，L_i＝100字节，δ_i＝50毫秒。从图7可知：

(1)总时延以k为单位增加；这是因为较大的k意味着较长的休眠间隔，因此会有较长的总时延。

(2)随着k的增加，能耗首先降低，然后增加；直观地，较短的k意味着较短的休眠间隔，基站经常醒来去接收信标，因此会消耗更多能量；较大的k意味着较长的休眠间隔，基站很少会醒来去接收信标，因此会消耗较少的能量。

通过观察总时延和能耗关于k的变化趋势，能够快速地找到最佳k值。本实施例中，从图7的时延曲线可以看出，k＝1到6的设置满足δ_i＝50ms的时延约束。另一方面，从图7的能耗曲线可以看出，k＝4在满足时延约束的同时，使能耗最小。

本发明实施例所述基于MoreData机制的参数优化方法具有以下技术效果：

本发明实施例通过在包含MoreData参数的轮询系统与所述单服务器排队系统之间建立等价关系，进而通过单服务器排队系统研究MoreData参数对轮询系统的时延和能耗的影响；获取最佳休眠间隔参数，从而通过参数优化设置，能够保证时延要求的同时，将能耗降至最低。

参照图8，本发明实施例还提供了一种基于MoreData机制的参数优化装置200，具体包括：

至少一个处理器210；

至少一个存储器220，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器210执行，使得所述至少一个处理器210实现如图1所示的方法。

其中，存储器220作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。存储器220可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器220可选包括相对于处理器210远程设置的远程存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器210。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

可以理解到，图8中示出的装置结构并不构成对装置200的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图8所示的装置200中，处理器210可以调取存储器220中储存的程序，并执行但不限于图1所示实施例的步骤。

以上所描述的装置200实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现实施例的目的。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在被处理器执行时用于实现如图1所示的方法。

本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图1所示的方法。

可以理解的是，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种基于MoreData机制的参数优化方法，其特征在于，包括：

构建包含MoreData参数的轮询系统；

利用所述时延能耗模型对参数进行优化，所述参数包括休眠间隔；

所述单服务器排队系统中客户到达队列与客户离开队列之间的总时延的计算公式如下：

所述总时延的平均值和标准差的计算公式如下：

式中，E(D)表示总时延D的平均值，E(L)表示在任意时间的队列大小L的平均值，E(X)表示一个客户的服务时间X的平均值；

式中，Dev{D}表示总时延D的标准差，Var(L)表示在任意时间的队列大小L的方差，Var(X)表示一个客户的服务时间X的方差，当X为常数时，Var(X)＝0；

所述在所述轮询系统与所述单服务器排队系统之间建立等价关系包括：

所述轮询系统中基站接收数据包的过程遵循所述单服务器排队系统中客户到达队列的泊松过程；

所述轮询系统中数据包传输过程中能耗的平均值和标准差的计算公式如下：

式中，E(Φ_i)表示能耗Φ_i的平均值，φ_i，j表示在Y_j ⁱ的服务间隔中，基站i消耗功率PW_i，j的概率，PW_i，j表示在Y_j ⁱ的服务间隔中基站i的消耗功率；

2.根据权利要求1所述的一种基于MoreData机制的参数优化方法，其特征在于，所述包含MoreData参数的轮询系统包括一个接入点和多个基站；多个所述基站的数据包缓存在所述接入点中，所述接入点始终保持唤醒状态；所述基站在唤醒状态和休眠状态之间切换。

3.根据权利要求2所述的一种基于MoreData机制的参数优化方法，其特征在于，当所述基站切换成唤醒状态时，所述基站执行以下操作：

接收数据包并检查MoreData位。

4.根据权利要求3所述的一种基于MoreData机制的参数优化方法，其特征在于，所述基站在唤醒状态和休眠状态之间切换具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于MoreData机制的参数优化方法，其特征在于，所述三种类型的服务间隔具体包括第一服务间隔、第二服务间隔和第三服务间隔；

6.一种基于MoreData机制的参数优化装置，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-5任一项所述的方法。

7.计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执

行的程序在被处理器执行时用于实现如权利要求1-5任一项所述的方法。