CN113099406B - 一种室内VLC-WiFi异构网络服务质量感知的跨层资源分配方法 - Google Patents

一种室内VLC-WiFi异构网络服务质量感知的跨层资源分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种室内VLC‑WiFi异构网络服务质量(Quality of Service,QoS)感知的跨层资源分配方法，属于光无线通信技术领域。本发明方法的运行过程为：首先，QoS需求级别判定模块从数据包的包头读取目的MAC地址，并由用户签约信息确定数据包的QoS需求级别；然后，对于与数据包目的MAC地址相同的缓冲队列，由QoS感知级别评估模块获得该缓冲队列的QoS感知级别，对于QoS需求级别高于缓冲队列的QoS感知级别的数据包，如果系统剩余带宽大于或等于给定阈值，跨层资源分配模块为缓冲队列分配VLC或者WiFi带宽，否则，跨层资源分配模块为缓冲队列执行非正交多址接入队列匹配与功率分配策略。所述方法将物理层信道状态信息与MAC层队列状态信息相结合以优化异构网络的传输链路选择与带宽分配。

Description

一种室内VLC-WiFi异构网络服务质量感知的跨层资源分配 方法
技术领域
本发明属于光无线通信技术领域，涉及一种室内VLC-WiFi异构网络服务质量(Quality of Serves,QoS)感知的跨层资源分配方法。
背景技术
室内可见光通信(Visible Light Communication,VLC)-无线保真(WirelessFidelity,WiFi) 异构网络由于通信速率高、能耗低、稳定可靠等优势，已经受到广泛的关注和研究。用户终端设备的数据处理功能日趋强大，各种各样的终端应用软件如雨后春笋般出现，这使得目前室内VLC-WiFi异构网络所承载的业务流量类型已经呈现多样化趋势，用户对于VLC-WiFi异构网络的QoS需求变得参差不齐。因此，针对用户业务类型差异化问题设计QoS感知的跨层资源分配方法对于网络性能的提升以及未来网络的智能化管理至关重要。QoS感知的跨层资源分配方法需要联合物理层与媒体访问控制层的各种信息，评估数据包的QoS需求级别和传输链路的QoS感知级别，并采用非正交多址接入(Non-OrthogonalMultiple Access,NOMA)技术实现网络扩容。
发明内容
本发明的核心在于提供一种室内VLC-WiFi异构网络QoS感知的跨层资源分配方法，提升系统的资源利用率与数据包传输总量。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种室内VLC-WiFi异构网络QoS感知的跨层资源分配方法运行包括以下步骤：
S1：一种室内VLC-WiFi异构网络服务质量(Quality of Service,QoS)感知的跨层资源分配方法的运行实体涉及室内VLC-WiFi异构网络控制器与用户设备，室内VLC-WiFi异构网络控制器包含缓冲区、QoS感知级别评估、跨层资源分配、QoS需求级别判定四个模块，用户设备配置接收信干噪比测量模块，每秒钟到达VLC-WiFi网络的数据包数目服从指数为λ的泊松分布，初始化VLC系统剩余带宽、WiFi系统剩余带宽、缓冲区的缓冲队列数目、各缓冲队列长度、各缓冲队列的链路传输带宽、各缓冲队列的传输链路类型；
S2：当数据包到达室内VLC-WiFi异构网络控制器时，QoS需求级别判定模块判定该数据包的QoS需求级别，输出该数据包的QoS需求级别判定结果；
S3：输入缓冲区中的缓冲队列数目、各缓冲队列长度、各缓冲队列的目的媒体访问控制 (Media Access Control,MAC)地址、各缓冲队列的传输链路类型与链路传输带宽，输入用户接收信干噪比，输入VLC系统剩余带宽和WiFi系统剩余带宽，QoS感知级别评估模块评估与该数据包目的MAC地址相同的缓冲队列的QoS感知级别，输出QoS感知级别评估结果；
S4：输入该数据包的QoS需求级别，输入与该数据包目的MAC地址相同的缓冲队列的 QoS感知级别，跨层资源分配模块执行QoS感知的链路选择与带宽分配过程，输出该数据包的缓冲队列长度，输出该缓冲队列的传输链路类型和带宽分配结果。
进一步，所述S2具体方法为：
S201：QoS需求级别判定模块读取新到达数据包的目的媒体访问控制MAC地址，查询该数据包的目的MAC地址所属用户的签约信息；
S202：根据长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统中用户的签约信息包含第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partership Project,3GPP)23.203 6.1.7.2协议规定的QoS等级标识(QoS class identifier,QCI)，当用户签约信息中QCI为1、2、3时，判定该用户数据包的QoS需求级别为高；当用户签约信息中QCI为4、5、6时，判定该用户数据包的QoS需求级别为中；当用户签约信息中QCI为7、8、9时，判定该用户数据包的QoS需求级别为低；
S203：根据第五代移动通信(The 5th Generation Mobile Communication,5G)系统中用户的签约信息包含3GPP TS 23.501version 16.6.0Release 16协议规定的5G QoS标识(5G QoS Identify,5QI)，当用户签约信息中5QI值小于或等于30时，定义该用户数据包的QoS需求级别为高；当用户签约信息中5QI值大于30且小于或等于60时，定义该用户数据包的QoS需求级别为中；当用户签约信息中5QI值大于60且小于或等于90时，定义该用户数据包的QoS 需求级别为低。
进一步，所述S3具体方法为：
S301：QoS感知级别评估模块读取与当前数据包目的MAC地址相同的缓冲队列长度Q、该缓冲队列的链路传输带宽B、该数据包的目的MAC地址所属用户接收信干噪比ξ，由香农公式R＝Blog(1+ξ)计算缓冲队列的链路传输速率R，其中，用户接收信干噪比值ξ＝2r/B-1，r表示用户接收信干噪比测量模块测得的数据包实际接收速率；
S302：由公式D＝Q·S/R计算当前缓冲队列传输时延，S为数据包大小；
S303：由公式QoS＝ωU(R)+(1-ω)U(D)计算当前缓冲队列的QoS感知级别，U(R)＝U(B)log(1+U(ξ))，
Figure GDA0003502790540000031
ω取0 到1之间的小数，通用性能评价指标整形参数
Figure GDA0003502790540000032
缓冲延迟阈值Dth＝2s，传输带宽阈值 Bth＝2MHz，用户接收信干噪比阈值ξth＝5dB；
S304：当0≤QoS≤0.2时，评估QoS感知级别为低；当0.2≤QoS≤0.4时，评估QoS感知级别为中；当0.4≤QoS≤1时，评估QoS感知级别为高。
进一步，所述S4具体方法为：
S401：跨层资源分配模块从QoS需求级别判定模块读取新到达数据包的目的MAC地址和QoS需求级别，从缓冲区读取各缓冲队列的目的MAC地址，判断缓冲区是否已经存在与该数据包的目的MAC地址相同的缓冲队列；
S402：若缓冲区中存在与该数据包的目的MAC地址相同的缓冲队列，跨层资源分配模块先从QoS感知级别评估模块读取该缓冲队列的QoS感知级别，再判断该数据包的QoS需求级别是否高于该缓冲队列对应传输链路的QoS感知级别，若是，转S404，判断该缓冲队列的传输链路类型是否为WiFi；否则，安排该数据包进入目的MAC地址相同的缓冲队列，缓冲队列使用原本的传输链路类型和链路传输带宽，该缓冲队列长度加1，输出该缓冲队列长度；
S403：若缓冲区中不存在与该数据包的目的MAC地址相同的缓冲队列，跨层资源分配模块判断该数据包的QoS需求级别是否为低，若是，转S405，执行WiFi缓冲队列更新过程，输出该缓冲队列长度；否则，转S406，执行VLC缓冲队列更新过程，输出该缓冲队列长度；
S404：若该缓冲队列的传输链路类型为WiFi，转S405，执行WiFi缓冲队列更新过程，输出该缓冲队列长度；若该缓冲队列的传输链路类型不为WiFi，转S406，执行VLC缓冲队列更新过程，输出该缓冲队列长度；
S405：WiFi缓冲队列更新的过程为：判断WiFi系统剩余带宽是否大于1MHz，若是，为该数据包从缓冲区中开辟新的缓冲队列，设置该缓冲队列的传输链路类型为WiFi，并分配该缓冲队列的链路传输带宽为1MHz，缓冲区的缓冲队列数目加1，该新增缓冲队列长度加1；否则，安排数据包进入目的MAC地址相同的缓冲队列，缓冲队列使用原本的传输链路类型，该缓冲队列长度加1，转S407，执行非正交多址接入(Non-Orthogonal MultipleAccess,NOMA) 队列匹配与功率分配策略；
S406：VLC缓冲队列更新的过程为：判断VLC系统剩余带宽是否大于4MHz，若是，为该数据包从缓冲区中开辟新的缓冲队列，设置该缓冲队列的传输链路类型为VLC，并分配该缓冲队列的链路传输带宽为4MHz，缓冲区的缓冲队列数目加1，该新增缓冲队列长度加1；否则，安排数据包进入目的MAC地址相同的缓冲队列，缓冲队列使用原本的传输链路类型，该缓冲队列长度加1，转S407，执行NOMA用户匹配与功率分配策略；
S407：NOMA队列匹配与功率分配策略的过程为：首先，输入当前缓冲队列的链路传输类型，初始化该缓冲队列的候选队列集合，划分候选队列集合；其次，执行NOMA队列匹配过程，匹配完成的NOMA队列集合中，各缓冲队列的链路传输带宽设置为NOMA队列集合中所有缓冲队列的链路传输带宽的总和；再次，执行NOMA功率分配过程，得到NOMA队列集合中各缓冲队列的功率分配系数；最后，输出NOMA队列集合、NOMA队列集合中各缓冲队列的链路传输带宽、NOMA队列集合中各缓冲队列的功率分配系数。
进一步，所述S407具体方法为：
S501：初始化候选队列集合的过程为：判断当前缓冲队列的链路传输类型是否为VLC，若是，缓冲区内所有传输链路类型为VLC的缓冲队列均保存在候选队列集合；否则，缓冲区内所有传输链路类型为WiFi的缓冲队列均保存在候选队列集合；
S502：划分候选队列集合的过程为：候选队列集合中编号为k的缓冲队列的目的MAC 地址所属用户与距离最近的VLC AP之间的信道增益记为hk，将候选队列集合中的缓冲队列按照信道增益值由小到大的顺序排列为h1＜h2＜…＜hk＜…＜hK，K为候选队列集合中的缓冲队列数目，将候选队列集合{h1,h2,..,hk,...,hK}划分为弱队列集合H1＝{h1,h2,..,ha}、普通队列集合H2＝{ha+1,..,hb}和强队列集合H3＝{hb+1,..,hK}，其中
Figure GDA0003502790540000041
Figure GDA0003502790540000042
表示对计算结果向下取整数；
S503：NOMA队列匹配的过程为：若当前缓冲队列的目的MAC地址与H1中任意缓冲队列的目的MAC地址重合，该缓冲队列与H3中信道增益值最大的缓冲队列匹配成为NOMA 队列集合；若当前缓冲队列的目的MAC地址与H2中任意缓冲队列的目的MAC地址重合，该缓冲队列与H1中信道增益值最小的缓冲队列、H3中信道增益值最大的缓冲队列匹配成为 NOMA队列集合；若当前缓冲队列的目的MAC地址与H3中任意缓冲队列的目的MAC地址重合，该缓冲队列与H1中信道增益值最小的缓冲队列匹配成为NOMA队列集合；
S504：NOMA功率分配的过程为：采用公式
Figure GDA0003502790540000051
计算NOMA 队列集合中各缓冲队列的功率分配系数，αk表示编号为k的缓冲队列的功率分配系数，I表示NOMA队列集合的缓冲队列数目，i为缓冲队列编号，hi为编号为i的缓冲队列的目的 MAC地址所属用户与距离最近的VLC AP之间的信道增益，h1＜h2＜…＜hI，I∈{2,3}。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种室内VLC-WiFi异构网络QoS感知的跨层资源分配方法并设计QoS感知的链路选择与带宽分配方法。首先，基于物理层的用户信道状态信息与MAC层的队列状态信息，判定数据包的QoS需求级别，评估与该数据包的目的MAC地址相同的缓冲队列的QoS感知级别；其次，为不同QoS需求级别的数据包选择QoS感知级别一致的缓冲队列，并为该缓冲队列选择传输链路类型和分配链路传输带宽，提高资源的使用效率；最后，若系统剩余带宽不足，则为用户数据包执行NOMA用户匹配与功率分配方法，实现系统扩容。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合图对本发明作详细描述，其中：
图1室内VLC-WiFi异构网络QoS感知的跨层资源分配方法框图；
图2室内VLC-WiFi异构网络QoS感知的链路选择与带宽分配流程图；
图3NOMA用户匹配与功率分配策略流程图；
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图中某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明依据缓冲队列长度Q、该缓冲队列的链路传输带宽B、数据包的目的MAC地址所属用户接收信干噪比ξ，由香农公式R＝Blog(1+ξ)计算缓冲队列的链路传输速率R，其中，用户接收信干噪比值ξ＝2r/B-1，r表示用户接收信干噪比测量模块测得的数据包实际接收速率，由公式D＝Q·S/R计算当前缓冲队列传输时延，S为数据包大小，缓冲队列对应传输链路的QoS感知级别评估方法为公式(1)：
QoS＝ωU(R)+(1-ω)U(D) (1)
其中，U(R)＝U(B)log(1+U(ξ))，
Figure GDA0003502790540000061
ω取0到1之间的小数，通用性能评价指标整形参数
Figure GDA0003502790540000064
缓冲延迟阈值Dth＝2s，传输带宽阈值Bth＝2MHz，用户接收信干噪比阈值ξth＝5dB。
本发明在设计NOMA队列匹配策略时，将候选队列集合{h1,h2,..,hk,...,hK}划分为弱队列集合H1＝{h1,h2,..,ha}、强队列集合H2＝{ha+1,..,hb}和普通队列集合H3＝{hb+1,..,hK}，其中
Figure GDA0003502790540000062
h1＜h2＜…＜hk＜…＜hK，hk编号为k的缓冲队列的目的MAC地址所属用户与距离最近的VLC AP之间的信道增益。
本发明依据信道增益比值为NOMA队列集合中的各缓冲队列分配功率，编号为k的缓冲队列的功率分配系数设置如公式(2)：
Figure GDA0003502790540000063
其中，I表示NOMA队列集合中的缓冲队列数目，i为缓冲队列编号，hi为编号为i的缓冲队列的目的MAC地址所属用户与距离最近的VLC AP之间的信道增益，h1＜h2＜…＜hI，I∈{2,3}。
下面结合附图1详细说明本发明方法的运行过程：
步骤1：初始化VLC系统剩余带宽为40MHz，WiFi系统剩余带宽为22MHz，缓冲队列的链路传输带宽为0MHz，缓冲区的缓冲队列数目为0，缓冲队列长度为0，初始化各缓冲队列的传输链路类型为WiFi，每秒钟到达VLC-WiFi网络的数据包数目服从指数为λ的泊松分布；
步骤2：QoS需求级别判定模块读取新到达数据包的目的MAC地址，查询该MAC地址对应用户的签约信息。对于LTE系统传输的数据包，若用户签约信息中QCI为1、2、3，定义该数据包的QoS需求级别为高；若用户签约信息中QCI为4、5、6，定义该用户数据包的 QoS需求级别为中；若用户签约信息中QCI为7、8、9，定义该用户数据包的QoS需求级别为低。对于5G系统传输的数据包，若用户签约信息中5QI值小于或等于30，定义该用户数据包的QoS需求级别为高；若用户签约信息中5QI值大于30且小于或等于60，定义该用户数据包的QoS需求级别为中；若用户签约信息中5QI值大于60且小于或等于90，定义该用户数据包的QoS需求级别为高；
步骤3：QoS感知级别判定模块读取与新到达数据包目的MAC地址相同的缓冲队列长度 Q、缓冲队列的链路传输带宽B、用户接收信干噪比三项信息，由香农公式R＝Blog(1+ξ)计算缓冲队列的链路传输速率R，ξ表示用户接收信干噪比，由公式D＝Q·S/R计算当前缓冲队列传输时延，S为数据包大小，定义并初始化缓冲延迟阈值、信干噪比阈值、传输带宽阈值，由公式(1)计算缓冲队列的QoS感知级别；
步骤4：QoS感知的跨层资源分配模块执行QoS感知的链路选择与带宽分配方法，为新到达数据包确定缓冲队列和缓冲队列的传输链路类型和链路传输带宽，更新VLC系统剩余带宽和WiFi系统剩余带宽，更新缓冲队列长度。
下面结合附图2详细说明本发明之QoS感知的链路选择与带宽分配方法的执行过程：
步骤1：输入缓冲区中的缓冲队列数目、各缓冲队列长度、各缓冲队列的目的MAC地址、各缓冲队列的传输链路类型与链路传输带宽、用户接收信干噪比、VLC系统剩余带宽、WiFi 系统剩余带宽；
步骤2：从QoS需求级别判定模块获取新到达数据包的目的MAC地址和QoS需求级别；
步骤3：判断缓冲区中是否存在与该数据包的目的MAC地址相同的缓冲队列，若是，从 QoS感知级别评估模块获取该缓冲队列的QoS感知级别，转步骤4；否则，转步骤5；
步骤4：判断该数据包的QoS需求级别是否为低，若是，转步骤8，否则，转步骤7；
步骤5：判断该数据包的QoS需求级别是否高于该缓冲队列的QoS感知级别，若是，转步骤6；否则，该数据包进入目的MAC地址相同的缓冲队列，该缓冲队列使用原本的传输链路类型及传输带宽，转步骤9；
步骤6：判断该缓冲队列的传输链路类型是否为WiFi链路，若是，转步骤8；否则，转步骤7；
步骤7：判断VLC系统剩余带宽是否大于4MHz，若是，从缓冲区中开辟新的缓冲队列，设置该缓冲队列的传输链路类型为VLC，链路传输带宽为4MHz，缓冲队列数目加1，该新增缓冲队列长度加1，转步骤9；否则，执行NOMA用户匹配与功率分配策略，转步骤9；
步骤8：判断WiFi系统剩余带宽是否大于1MHz，若是，从缓冲区中开辟新的缓冲队列，并分配传输带宽为1MHz的WiFi链路，转步骤9；否则，执行NOMA用户匹配与功率分配策略，转步骤9；
步骤9：输出缓冲队列数目，各缓冲队列长度、各缓冲队列的传输链路类型和传输带宽、 VLC系统剩余带宽和WiFi系统剩余带宽。
下面结合附图3详细说明本发明之NOMA用户匹配与功率分配策略的执行过程：
步骤1：输入当前缓冲队列的传输链路类型；
步骤2：判断该缓冲队列的传输链路类型是否为VLC，若是，缓冲区内所有传输链路类型为VLC的缓冲队列均保存在候选队列集合，转步骤3；否则，缓冲区内所有传输链路类型为WiFi的缓冲队列均保存在候选队列集合，转步骤3；
步骤3：候选用户集合中的用户按照信道增益值由小到大的顺序排列为 h1＜h2＜…＜hk＜…＜hK，将候选用户集合{h1,h2,..,hk,...,hK}划分为弱用户集合 H1＝{h1,h2,..,ha}、普通用户集合H2＝{ha+1,..,hb}、强用户集合H3＝{hb+1,..,hK}，其中
Figure GDA0003502790540000081
步骤4：判断该缓冲队列的目的MAC地址与H2中任意缓冲队列的目的MAC地址是否重合，若是，该缓冲队列与H1中信道增益值最小的缓冲队列、H3中信道增益值最大的缓冲队列匹配成为NOMA队列集合，转步骤6；否则，转步骤5；
步骤5：判断该缓冲队列的目的MAC地址与H1中任意缓冲队列的目的MAC地址是否重合，若是，该缓冲队列与H3中信道增益值最大的缓冲队列匹配成为NOMA队列集合，转步骤6；否则，该缓冲队列与H1中信道增益值最小的缓冲队列匹配成为NOMA队列集合，转步骤6；
步骤6：完成匹配的NOMA队列集合中各缓冲队列的链路传输带宽设置为NOMA队列集合中所有缓冲队列的链路传输带宽的总和；
步骤7：由公式(2)计算NOMA队列集合中各缓冲队列的功率分配系数；
步骤8：输出NOMA队列集合、NOMA队列集合中各缓冲队列的链路传输带宽、NOMA 队列集合中各缓冲队列的功率分配系数。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种室内VLC-WiFi异构网络服务质量(Quality of Service,QoS)感知的跨层资源分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：一种室内VLC-WiFi异构网络QoS感知的跨层资源分配机制的运行实体涉及室内VLC-WiFi异构网络控制器与用户设备，室内VLC-WiFi异构网络控制器包含缓冲区、QoS感知级别评估、跨层资源分配、QoS需求级别判定四个模块，用户设备配置接收信干噪比测量模块，每秒钟到达VLC-WiFi网络的数据包数目服从指数为λ的泊松分布，初始化VLC系统剩余带宽、WiFi系统剩余带宽、缓冲队列的链路传输带宽、缓冲区的缓冲队列数目、缓冲队列长度、各缓冲队列的传输链路类型；
S2：当数据包到达室内VLC-WiFi异构网络控制器时，QoS需求级别判定模块判定该数据包的QoS需求级别，输出该数据包的QoS需求级别判定结果；
其中，QoS需求级别判定模块判定该数据包的QoS需求级别的过程为：
S201：QoS需求级别判定模块读取新到达数据包的目的MAC地址，查询该数据包的目的MAC地址所属用户的签约信息；
S202：根据长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统中用户的签约信息包含第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partership Project,3GPP)23.203 6.1.7.2协议规定的QoS等级标识(QoS class identifier,QCI)，当用户签约信息中QCI为1、2、3时，判定该用户数据包的QoS需求级别为高；当用户签约信息中QCI为4、5、6时，判定该用户数据包的QoS需求级别为中；当用户签约信息中QCI为7、8、9时，判定该用户数据包的QoS需求级别为低；
S203：根据第五代移动通信(The 5th Generation Mobile Communication,5G)系统中用户的签约信息包含3GPP TS 23.501version 16.6.0Release 16协议规定的5G QoS标识(5G QoS Identify,5QI)，当用户签约信息中5QI值小于或等于30时，判定该用户数据包的QoS需求级别为高；当用户签约信息中5QI值大于30且小于或等于60时，判定该用户数据包的QoS需求级别为中；当用户签约信息中5QI值大于60且小于或等于90时，判定该用户数据包的QoS需求级别为低；
S3：输入缓冲区中的缓冲队列数目、各缓冲队列长度、各缓冲队列的目的媒体访问控制(Media Access Control,MAC)地址、各缓冲队列的传输链路类型与链路传输带宽，输入用户接收信干噪比，输入VLC系统剩余带宽和WiFi系统剩余带宽，QoS感知级别评估模块评估与该数据包目的MAC地址相同的缓冲队列的QoS感知级别，输出QoS感知级别评估结果；
具体过程为：
S301：QoS感知级别评估模块读取与当前数据包目的MAC地址相同的缓冲队列长度Q、该缓冲队列的链路传输带宽B、该数据包的目的MAC地址所属用户接收信干噪比ξ，由香农公式R＝Blog(1+ξ)计算缓冲队列的链路传输速率R，其中，用户接收信干噪比值ξ＝2r/B-1，r表示用户接收信干噪比测量模块测得的数据包实际接收速率；
S302：由公式D＝Q·S/R计算当前缓冲队列传输时延，S为数据包大小；
S303：由公式QoS＝ωU(R)+(1-ω)U(D)计算当前缓冲队列的QoS感知级别，U(R)＝U(B)log(1+U(ξ))，
Figure FDA0003502790530000021
ω取0到1之间的小数，通用性能评价指标整形参数
Figure FDA0003502790530000022
缓冲延迟阈值Dth＝2s，传输带宽阈值Bth＝2MHz，用户接收信干噪比阈值ξth＝5dB；
S304：当0≤QoS≤0.2时，评估QoS感知级别为低；当0.2≤QoS≤0.4时，评估QoS感知级别为中；当0.4≤QoS≤1时，评估QoS感知级别为高；
S4：输入该数据包的QoS需求级别，输入与该数据包目的MAC地址相同的缓冲队列的QoS感知级别，跨层资源分配模块执行QoS感知的链路选择与带宽分配过程，输出该数据包的缓冲队列长度，输出该缓冲队列的传输链路类型和带宽分配结果；
具体过程为：
S401：跨层资源分配模块从QoS需求级别判定模块读取新到达数据包的目的MAC地址和QoS需求级别，从缓冲区读取各缓冲队列的目的MAC地址，判断缓冲区是否已经存在与该数据包的目的MAC地址相同的缓冲队列；
S402：若缓冲区中存在与该数据包的目的MAC地址相同的缓冲队列，跨层资源分配模块先从QoS感知级别评估模块读取该缓冲队列的QoS感知级别，再判断该数据包的QoS需求级别是否高于该缓冲队列对应传输链路的QoS感知级别，若是，转S404，判断该缓冲队列的传输链路类型是否为WiFi；否则，安排该数据包进入目的MAC地址相同的缓冲队列，缓冲队列使用原本的传输链路类型和链路传输带宽，该缓冲队列长度加1，输出该缓冲队列长度；
S403：若缓冲区中不存在与该数据包的目的MAC地址相同的缓冲队列，跨层资源分配模块判断该数据包的QoS需求级别是否为低，若是，转S405，执行WiFi缓冲队列更新过程，输出该缓冲队列长度；否则，转S406，执行VLC缓冲队列更新过程，输出该缓冲队列长度；
S404：若该缓冲队列的传输链路类型为WiFi，转S405，执行WiFi缓冲队列更新过程，输出该缓冲队列长度；若该缓冲队列的传输链路类型不为WiFi，转S406，执行VLC缓冲队列更新过程，输出该缓冲队列长度；
S405：WiFi缓冲队列更新的过程为：判断WiFi系统剩余带宽是否大于1MHz，若是，为该数据包从缓冲区中开辟新的缓冲队列，设置该缓冲队列的传输链路类型为WiFi，并分配该缓冲队列的链路传输带宽为1MHz，缓冲区的缓冲队列数目加1，该新增缓冲队列长度加1；否则，安排数据包进入目的MAC地址相同的缓冲队列，缓冲队列使用原本的传输链路类型，该缓冲队列长度加1，转S407，执行非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)队列匹配与功率分配策略；
S406：VLC缓冲队列更新的过程为：判断VLC系统剩余带宽是否大于4MHz，若是，为该数据包从缓冲区中开辟新的缓冲队列，设置该缓冲队列的传输链路类型为VLC，并分配该缓冲队列的链路传输带宽为4MHz，缓冲区的缓冲队列数目加1，该新增缓冲队列长度加1；否则，安排数据包进入目的MAC地址相同的缓冲队列，缓冲队列使用原本的传输链路类型，该缓冲队列长度加1，转S407，执行NOMA用户匹配与功率分配策略；
S407：NOMA队列匹配与功率分配策略的过程为：首先，输入当前缓冲队列的链路传输类型，初始化该缓冲队列的候选队列集合，划分候选队列集合；其次，执行NOMA队列匹配过程，匹配完成的NOMA队列集合中，各缓冲队列的链路传输带宽设置为NOMA队列集合中所有缓冲队列的链路传输带宽的总和；再次，执行NOMA功率分配过程，得到NOMA队列集合中各缓冲队列的功率分配系数；最后，输出NOMA队列集合、NOMA队列集合中各缓冲队列的链路传输带宽、NOMA队列集合中各缓冲队列的功率分配系数。
2.如权利要求1所述的一种室内VLC-WiFi异构网络QoS感知的跨层资源分配方法，其特征在于：所述S407具体步骤为：
S501：初始化候选队列集合的过程为：判断当前缓冲队列的链路传输类型是否为VLC，若是，缓冲区内所有传输链路类型为VLC的缓冲队列均保存在候选队列集合；否则，缓冲区内所有传输链路类型为WiFi的缓冲队列均保存在候选队列集合；
S502：划分候选队列集合的过程为：候选队列集合中编号为k的缓冲队列的目的MAC地址所属用户与距离最近的VLC AP之间的信道增益记为hk，将候选队列集合中的缓冲队列按照信道增益值由小到大的顺序排列为h1＜h2＜…＜hk＜…＜hK，K为候选队列集合中的缓冲队列数目，将候选队列集合{h1,h2,..,hk,...,hK}划分为弱队列集合H1＝{h1,h2,..,ha}、普通队列集合H2＝{ha+1,..,hb}和强队列集合H3＝{hb+1,..,hK}，其中
Figure FDA0003502790530000031
Figure FDA0003502790530000032
Figure FDA0003502790530000033
表示对计算结果向下取整数；
S503：NOMA队列匹配的过程为：若当前缓冲队列的目的MAC地址与H1中任意缓冲队列的目的MAC地址重合，该缓冲队列与H3中信道增益值最大的缓冲队列匹配成为NOMA 队列集合；若当前缓冲队列的目的MAC地址与H2中任意缓冲队列的目的MAC地址重合，该缓冲队列与H1中信道增益值最小的缓冲队列、H3中信道增益值最大的缓冲队列匹配成为NOMA队列集合；若当前缓冲队列的目的MAC地址与H3中任意缓冲队列的目的MAC地址重合，该缓冲队列与H1中信道增益值最小的缓冲队列匹配成为NOMA队列集合；
S504：NOMA功率分配的过程为：采用公式
Figure FDA0003502790530000041
计算NOMA队列集合中各缓冲队列的功率分配系数，αk表示编号为k的缓冲队列的功率分配系数，I表示NOMA队列集合的缓冲队列数目，i为缓冲队列编号，hi为编号为i的缓冲队列的目的MAC地址所属用户与距离最近的VLC AP之间的信道增益，h1＜h2＜…＜hI，I∈{2,3}。
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