一種自組織網絡的安全傳輸和功率優化的聯合規劃方法技術

本發明專利技術針對安全傳輸與能量優化難以實現統一優化規劃問題，通過建立安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型和天線導向與傳輸功率關聯優化機制，實現無線網絡的安全傳輸和能量優化的聯動規劃。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及通信網絡領域，特別是涉及排隊論，以及優化理論。
技術介紹
無線網絡在我們日常工作和生活中的應用越來越廣泛,傳統的無線網絡技術已經不能滿足人們對高帶寬、低延遲、多種業務兼容等方面的需要,下一代無線網絡孕育而生。下一代無線通信是多種接入技術共存、適應各種應用業務需求的寬帶無線異構網絡。在多種無線接入技術中,自組織網絡作為一種組網靈活性強、覆蓋范圍廣、網絡容量高、前期投資少、兼容性強的新技術已經成為目前研究的熱點。自組織網絡的高可擴展性使得它能與各種異構網絡共存從而為用戶提供更多類型的業務,可以說,自組織網絡通過實現網絡架構的融合從而實現了對不同類型網絡服務的融合,一種典型的自組織網絡如圖1所示。功率控制被認為是提高自組織網絡吞吐量的一種非常有效的方法，功率控制對網絡的連通性、MAC層的干擾級數和傳輸調度、網絡層的路由協議都有著很大的影響。有關功率控制的研究主要是討論如何給各個節點分配合適的發送功率以達到某種優化指標,如最小化干擾,最大化網絡吞吐量或者最小化能耗。功率控制最初是根據鄰居節點的當前狀態來改變節點的發送功率,這類似于局部搜索,也只能得到局部最優解。其中使用比較廣泛的是PATE(PowerAssignmentforThroughputEnhancement)方法,它的主要思想是在路由選擇的時候選擇負載較輕的節點作為當前節點的下一跳,用以避免網絡擁塞。而基于此路由協議的功率控制則要保證分配給節點的功率既要滿足網絡的連通性又要使此節點對其他節點產生的干擾減到最小。部分學者提出了一個基于功率控制的多路訪問協議(PowerControlMultipleAccess,PCMA),現行網絡中所能容納的干擾程度是為節點分配發送功率的重要指標,此外整個系統采用一個單獨的信道用于向全網節點發送當前網絡可以容納的干擾度。因此，為提升自組織網絡的安全傳輸效能，有必要設計一種安全傳輸和功率優化的聯合規劃機制。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是：通過建立安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型和天線導向與傳輸功率關聯優化機制，實現無線網絡的安全傳輸和能量優化的聯動規劃。本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案包括以下步驟，如圖2所示：A、建立安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型；B、建立天線導向與傳輸功率關聯優化機制。C、建立基于用戶公平的中斷優化模型。所述步驟A中，安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型由業務數據發送單元、業務數據接收單元和切換控制單元組成，其中切換控制單元由安全等級控制單元、接納控制單元、天線導向與傳輸功率關聯優化單元、EDFS調度器組成，如圖3所示。所述步驟A中，具體為：a.無線節點發送用戶請求傳輸數據包,該數據包包含業務數據i的IP地址，并轉至子步驟b；b.業務認證調度單元驗證用戶請求傳輸數據包，若其為合法的數據包，則業務認證調度單元發送系統響應數據包至無線節點，第i個系統響應數據包包含允許/拒絕接入請求和安全等級信息，并轉至子步驟c；c.開始發送或接收業務數據，并轉至子步驟d；d.無線節點發送第i個業務數據包至網絡切換單元，第i個業務數據包包含第i個業務數據包的到達時間、第i個業務數據包的處理時間、第i個業務數據包的安全層等級和處理截止時間，并轉至子步驟e；e.初始化業務認證調度單元，獲得第一個業務數據包傳輸的起始時間ST1和完成時間CT1，并轉至子步驟f；f.將在時間段[ST1,CT1]內到達的所有業務數據包存于等待緩存中，并按截止時間的升序進行排列，第二個數據包傳輸的起止時間為CT1，并轉至子步驟g；g.接入控制單元根據第i個業務數據包的截止時間控制等待緩存中的第i個業務數據包是否被拒絕，若第i個業務數據包的處理截止時間滿足接入控制單元的要求，即判斷其能否在DLi內被處理完成，若可以則第i個業務數據包被接收，反之則其被拒絕；h.將數據包i插入可接收的隊列中；i.獲取具有最短處理時間的數據包j，根據最短處理時間被優先調度的原則，判斷該數據包是否被拒絕，若該數據包被拒絕，則選取能滿足截至時間要求的最高安全等級，反之則選取能滿足截至時間要求的最低安全等級，并固定數據包j的安全等級，并將相應安全等級信息融入第j個業務數據包中；j.由多個融入安全等級信息的業務數據包組成安全數據隊列，并將該安全數據隊列發送至截止時間最早優先調度單元EDFS中；k.判斷是否所有數據包都被處理，若所有數據包都被處理，則結束，若并非所有數據包都被處理，則轉至子步驟i，其中業務數據包i的處理時間為TPTi＝TTi+TTi*(LSi/MS)，TTi為業務數據包i的傳輸時間，LSi為業務數據包i的安全等級，MS為最高等級數，建立安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型，其由業務數據發送單元、業務數據接收單元和切換控制單元組成，其中切換控制單元由安全等級控制單元、接納控制單元、天線導向與傳輸功率關聯優化單元、EDFS調度器組成，如圖4所示。所述步驟B中，具體子步驟為：a.進行系統初始化，并轉至子步驟b；b.設置定時器,并轉至子步驟c；c.判斷當前鏈路質量，若鏈路質量高，則轉至子步驟j，若鏈路質量低，則轉至子步驟d；d.使傳輸功率最大化，并轉至子步驟e；e.判斷功率調整之后的鏈路質量，若鏈路質量高則轉至子步驟j，若鏈路質量低則轉至子步驟f；f.變更天線方位用于尋找其它節點,并轉至子步驟g；g.判斷其它節點是否被找到，若其被找到則轉至子步驟h，反之則轉至子步驟o，h.配置被找到的節點，用于建立鏈路連接，并轉至子步驟i和g；i.判斷新建鏈路質量，若鏈路質量高則轉至子步驟j，若鏈路質量低則轉至子步驟o；j.調整傳輸功率；k.判斷是否存在未被確認的節點，若不存在則轉至子步驟l，若存在則轉至子步驟n；l.返回至之前的天線方位設置，并轉至子步驟m；m.向鄰近節點廣播更新后的配置信息，并轉至子步驟b；n.配置被找到的節點，用于建立鏈路連接,并轉至子步驟g；o.進行全網掃描，尋找最佳備用路徑或節點，并轉至子步驟p；p.使用被選擇的節點所屬信道建立鏈路連接，并轉至子步驟q；q.確認各子網間的網關是否連接，若鏈接存在則轉至子步驟m，若連接不存在則轉至子步驟k。所述步驟C中，當某一AP點中斷或失效時，建立網絡口接口與傳輸功率的聯合優化模型：其中λu為用戶優先級權重系數，為決策變量，若用戶u使用第m個AP點的子信道w進行數據傳輸，則反之則為待接續用戶在信道w上的傳輸速率，σ2為接收噪聲，gmwu為AP點m與用戶u之間的傳輸信道w的增益，pmn為AP點m為信道w分配的發送功率，Pm,max為AP點m的最大發送功率，M為AP點數目，W為子信道集合，U為用戶集合。附圖說明圖1移動網絡優化流程示意圖圖2網絡端口的業務優化調度流程示意圖圖3安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型圖4安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸流程具體實施方式為達到上述目的，本專利技術的技術方案如下：第一步，建立安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型，安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型由業務數據發送單元、業務數據接收單元和切換控制單元組成，其中切換控制單元由安全等級控制單元、接納控制單元、天線導向與傳輸功率關聯優化單元、EDFS調度器組成，具體為：a.無線節點發送用戶請求傳輸數據包,該數據包包含業務數據i的IP地址本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自組織網絡的安全傳輸和功率優化的聯合規劃方法，通過建立安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型和天線導向與傳輸功率關聯優化機制，以及基于用戶公平的中斷優化模型，實現安全傳輸環境下的無線網絡能量利用效能提升，包括如下步驟：A、建立安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型；B、建立天線導向與傳輸功率關聯優化機制；C、建立基于用戶公平的中斷優化模型。

【技術特征摘要】
1.一種自組織網絡的安全傳輸和功率優化的聯合規劃方法，通過建立安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型和天線導向與傳輸功率關聯優化機制，以及基于用戶公平的中斷優化模型，實現安全傳輸環境下的無線網絡能量利用效能提升，包括如下步驟：A、建立安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型；B、建立天線導向與傳輸功率關聯優化機制；C、建立基于用戶公平的中斷優化模型。2.根據權利要求1的方法，對于所述步驟A其特征在于：安全傳輸與負載開銷均衡的傳輸模型由業務數據發送單元、業務數據接收單元和切換控制單元組成，其中切換控制單元由安全等級控制單元、接納控制單元、天線導向與傳輸功率關聯優化單元、EDFS調度器組成。3.根據權利要求1的方法，對于所述步驟A其特征在于：具體為：a.無線節點發送用戶請求傳輸數據包,該數據包包含業務數據i的IP地址，并轉至子步驟b；b.業務認證調度單元驗證用戶請求傳輸數據包，若其為合法的數據包，則業務認證調度單元發送系統響應數據包至無線節點，第i個系統響應數據包包含允許/拒絕接入請求和安全等級信息，并轉至子步驟c；c.開始發送或接收業務數據，并轉至子步驟d；d.無線節點發送第i個業務數據包至網絡切換單元，第i個業務數據包包含第i個業務數據包的到達時間、第i個業務數據包的處理時間、第i個業務數據包的安全層等級和處理截止時間，并轉至子步驟e；e.初始化業務認證調度單元，獲得第一個業務數據包傳輸的起始時間ST1和完成時間CT1，并轉至子步驟f；f.將在時間段[ST1,CT1]內到達的所有業務數據包存于等待緩存中，并按截止時間的升序進行排列，第二個數據包傳輸的起止時間為CT1，并轉至子步驟g；g.接入控制單元根據第i個業務數據包的截止時間控制等待緩存中的第i個業務數據包是否被拒絕，若第i個業務數據包的處理截止時間滿足接入控制單元的要求，即判斷其能否在DLi內被處理完成，若可以則第i個業務數據包被接收，反之則其被拒絕；h.將數據包i插入可接收的隊列中；i.獲取具有最短處理時間的數據包j，根據最短處理時間被優先調度的原則，判斷該數據包是否被拒絕，若該數據包被拒絕，則選取能滿足截至時間要求的最高安全等級，反之則選取能滿足截至時間要求的最低安全等級，并固定數據包j的安全等級，并將相應安全等級信息融入第j個業務數據包中；j.由多個融入安全等級信息的業務數據包組成安全數據隊列，并將該安全數據隊列發送至截止時間最早優先調度單元EDFS中；k.判斷是否所有數據包都被處理，若所有數據包都被處理，則結束，若并非所有數據包都被處理，則轉至子步驟i，其中業務數據包i的處理時間為TPTi＝TTi+TT...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃東，龍華，楊涌，
申請(專利權)人：高道華，
類型：發明
國別省市：重慶;50