基于负载自适应的异质网络传输时延控制方法

肖 峰

(安徽职业技术学院 信息工程学院，安徽 合肥 230031)

在异质网络传输过程中，容易受到环境和信道不匹配特征的影响，导致异质网络传输的可靠性和时效性不好，需要构建优化的异质网络传输时延控制模型，结合参数均衡配置和自适应的信道均衡设计，实现异质网络传输时延和信道的均衡控制，改善异质网络传输和通信的质量、研究异质网络传输时延控制方法，在促进异质网络传输的输出稳定性和空间均衡性方面具有重要意义[1]。

对异质网络传输时延控制是建立在网络的传输可靠性设计基础上，分析异质网络传输时延控制的相关性约束参数，通过信道模型构建，结合分组交换和信道分集均衡调度，实现异质网络传输时延控制[2]。当前，对异质网络传输时延控制方法主要有模糊聚类的时延控制方法、分组转换的时延控制方法和有限带宽约束的异质网络传输时延控制方法等[3-4]，结合异质网络传输节点的优化部署，采用相关的控制结构模型，实现异质网络传输时延控制优化设计[5]。但传统方法在对异质网络传输时延控制中存在计算复杂度较高、均衡性不好的问题。针对传统方法存在的问题，本文提出基于负载自适应的异质网络传输时延控制方法。构建异质网络传输信道均衡配置模型，采用信道估计和优先权调度的方法，构建异质网络传输的负载估计模型，然后根据匹配滤波检测算法实现异质网络传输的干扰抑制，分析信道切换队列的差异性特征分量，采用负载自适应调度和参数融合的方法，实现异质网络的传输时延控制和信道均衡设计，最后进行仿真测试分析，展示了本方法在提高异质网络传输时延控制性能方面的优越性。

1 异质网络传输信道模型和特征分析

1.1 异质网络传输信道模型

为了实现基于负载自适应的异质网络传输时延控制，首先需要构建异质网络传输信道模型，采用负载均衡调度的方法实现异质网络的时延反馈误差补偿调节，通过计算异质网络传输信道的空间特征参数[6]，结合编码函数转换和连续功率分配[7]，得到异构云无线接入网络的连续域匹配函数：

(1)

其中，k为联合优化用户关联的时间片大小，C={i1,i2,…,in}为网络用户公平实现信息传输的时间间隔序列，Ddec为功率分配和资源块匹配参数，根据上述分析，得到异质网络传输的射频单元为：

(2)

采用混合多址接入的方法，将异质网络传输的码元序列Pdec转换为(K-2)位的二进制序列，即为海量数据业务高速传输的隐私保护信息P。根据先验参数估计结果，得到Pdec=2，则P=10。在执行射频处理的过程中，分析异质网络传输时延带宽[8]，得到高维状态空间中的传输时延表示为：

d=P-Pdec

(3)

采用相似度度量的方法，得到异质网络传输的公平性传输因子为M2，分析第T′时隙接收到的信号为H，且H[0,2m-1]，m为异质网络传输通信双方事先约定的信道带宽，得到异质网络传输时延编码函数：

(4)

其中P为异质网络传输码元序列长度为m的离散特征序列，采用离散化处理的方法，求得多普勒频谱，描述为：

(5)

图1 异质网络传输信道模型

1.2 异质网络传输信道特征分析

(6)

在前传网络选择中，异质网络节点的多径时延带宽为：

(7)

采用自适应加权控制对异质网络的信道进行模糊匹配[10]，对比M1和M2之间的联合分布特征量，得到信道均衡迭代公式为：

f(k+1)=Capadj-ρ·eMDMMA(k)+YT′(f)

(8)

上式中：

(9)

其中，ρ为异质网络传输的相似度系数。采用信道估计和优先权调度的方法，构建异质网络传输的负载估计模型，用M4表示负载参数，得到能耗因子2m-1。传输给用户的业务数据的编码函数为：

(10)

其中，P为异质网络传输的联合特征分布信息。假设k为时间片大小，根据上述分析，得到异质网络传输信道的特征分析函数为：

(11)

其中，(k+2m-2)表示异质网络信息调度的时延。基于此实现异质网络传输信道的特征分析。

2 网络传输时延控制的优化设计

2.1 基于匹配滤波的干扰抑制优化

为了实现异质网络传输的干扰抑制，利用匹配滤波检测算法对其进行优化处理。首先分析信道切换队列的差异性特征分量，采用负载自适应调度和参数融合的方法，集合分组交换的方法，得到异质网络传输的联合队列长为RMDMMA_i(i=1,…,N)，在前传链路模型中，得到基站与无线网络进行交互时的时延误差，使其满足：

(12)

其中，ω表示异质网络资源分配的联合特征量，0≤ω≤1，通过基站分配无线资源的时延特征量，结合基站分配无线资源行为实现特征分布式融合和调度，得到时延扩展过程为：

(13)

采用低维和离散的信道空间估计，结合负载均衡调度，得到信道资源分配输出为：

(14)

采用匹配滤波检测算法，得到分组交换网络传输与信道的输出抑制处理的判决函数关系为：

(15)

其中，Ry表示所对应的资源分配的负载。

基于自适应加权控制方法对异质网络信道进行联合概率密度特征估计，在优化目标的最佳决策下，根据匹配滤波所得到的网络传输与信道输出抑制处理结果，进行异质网络传输干扰抑制的优化函数为：

(16)

其中，资源分配信道的负载开销W(es)为：

(17)

通过上述处理，利用匹配滤波检测的方法，实现了对异质网络的干扰抑制优化设计。

2.2 网络传输时延的均衡优化

基于异质网络的干扰抑制，利用负载自适应结合自适应均衡调度的方法，分析异质网络信道切换队列的干扰特征分量，采用负载自适应调度和参数融合的方法，构建异质网络传输信道传输的联合控制模型：

(18)

其中，a(t)表示最大允许时延估计，由于干扰因素会对异质网络产生影响，因此，为了降低干扰特征分量对网络传输的影响程度，最大允许时延估计需满足下列条件：

(19)

根据上述时延估计结果，联立公式(19)得到时延传输控制的优化迭代传递函数为：

(20)

基于优化迭代传递函数，计算第t时隙的信噪比，得到长距离覆盖的决策函数为：

(21)

其中，β表示网络的能耗。

采用比特序列调度，构建异质网络传输的信道均衡和幅度响应模型，其表达为：

dn=(n-1)·ff(k)-n·d(t)

(22)

考虑非理想信道估计的情况下，利用自适应均衡调度的方法，得到异质网络传输信道的时延均衡优化模型为：

(23)

根据上述设计，采用负载自适应调度和参数融合的方法，实现异质网络的传输时延控制和信道均衡设计，从而实现网络传输优化控制，以提高异质网络传输的均衡性和实时性。

3 实验分析

为了验证本方法在实现异质网络传输均衡和时延控制的应用性能，进行实验测试分析，异质网络传输的码元带宽为120 Bps，码元序列采样的长度为1024，测试序列迭代时间间隔为2.4 ms，空间信道均衡参数为α=0.37，β=2.5×10-5，根据参数设定，得到异质网传输的容量与时间片大小关系为随着时间片变大异质网传输的容量逐渐减小，设定网络的子载波数为28。为了保证实验结果的准确性，实验中获取的实验数据均由Matlab软件进行相关处理。

运用本方法进行网络能效分布测试，得到结果如图2所示。

图2 网络能效分布

分析图2得知，本文方法进行异质网络传输时延均衡控制，能够有效测得网络能效分布，表明异质网传输的容量输出均衡性较好。

为进一步验证本方法的应用性能，将本方法作为实验组，将模糊聚类的方法、分组转换的方法和有限带宽约束的方法作为对照组，测试网络的平均队列长度，得到对比结果如图3所示。

图3 网络平均队列长度对比结果

分析图3得知，通过本方法进行网络信道均衡设计，得到网络的平均队列长度较高，且明显高于传统的三种方法，表明本方法能够实现异质网络传输时延的有效控制。

运用四种方法测试网络的能耗开销，得到对比结果如图4所示。

分析图4得知，通过本方法进行网络信道均衡设计，得到的能耗开销较小，明显低于其他三种传统方法，表明网络能耗开销得到有效抑制，提高了网络输出的可靠性。

图4 网络能耗开销对比结果

4 结论

构建优化的异质网络传输时延控制模型，结合参数均衡配置和自适应的信道均衡设计，实现异质网络传输时延和信道的均衡控制，本提出基于负载自适应的异质网络传输时延控制方法。采用模糊信道均衡调节和特征分布式融合的方法，构建异质网络传输的信道均衡和幅度响应模型，通过基站分配无线资源的时延特征量，结合基站分配无线资源行为实现特征分布式融合和调度，实现网络时延控制和估计优化。分析得知，本设计进行异质网络传输时延控制的均衡性较好，平均队列长度较高，能耗开销较小，有效提高了异质网络传输的时延控制。