基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法、装置及设备与流程

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法、装置及设备。

背景技术：

近年来，随着移动终端设备的普及，蜂窝移动网络承载的业务量也大幅增长。为了满足用户多样的业务需求，蜂窝移动网络需要更多的频谱资源来适应移动网络流量的快速增长。授权频段的频率资源已经无法满足用户多样的业务需求，运营商已经渐渐开始利用非授权频段完成辅助接入来满足日益增长的业务量。授权辅助接入(licensedassistedaccess，简称laa)网络为运营商利用非授权频段提供了一种很好的途径，为了保证laa与其他非授权频谱系统的公平共存，需要通过网络设备使用能量监测来判断信道是否被占用，为了enb基站需要动态调整竞争窗口的大小，以保证数据成功并且正确的传输。

laa现有的传输数据时的动态调整竞争窗口大小的方法为：当enb基站有数据传输时，将竞争窗口大小值初始化为竞争窗口的最小值，根据用户对接收数据包的反馈信息，enb基站判断数据是否传输成功，若传输成功，将竞争窗口重置为最小值并传输下一组数据；若传输失败，enb基站首先判断当前竞争窗口大小是否为竞争窗口的最大值，如果不是，则将竞争窗口大小增长为当前竞争窗口大小的二倍，并且增长后的竞争窗口大小数值不大于竞争窗口的最大值，enb继续传输当前数据包；如果是，保持竞争窗口大小为最大值，enb继续传输当前数据包。

现有的信道接入机制，当enb基站队列长度较长时，无法动态调整竞争窗口大小来减少数据传输等待时间，会导致无线应用传输时延过大；同时enb仅根据自身传输情况调整竞争窗口大小，调整不准确，无法进一步提高自身吞吐量。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法、装置及设备，以实现在环境变化的情况下，根据数据包队列长度，动态调整竞争窗口的大小，在enb基站队列长度较长时，降低了数据传输等待时间，提高了enb信道的吞吐量。具体技术方案如下：

本发明提供了一种基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法，所述方法包括：

传输数据包并初始化信道接入参数；所述信道接入参数包括：竞争窗口大小值、退避计数器大小值和竞争窗口传输概率矩阵；

统计所述数据包的队列长度，根据所述数据包的队列长度，更新所述信道接入参数，得到更新后的信道接入参数；

根据随机博弈理论，重复更新所述更新后的信道接入参数，调整所述竞争窗口传输概率矩阵，当所述传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。

可选的，所述初始化信道接入参数，所述方法包括：

判断是否有下行数据包的传输；

若是，则初始化信道接入参数。

可选的，所述统计所述数据包的队列长度，根据所述数据包的队列长度，更新所述信道接入参数，包括：

统计所述数据包的队列长度，判断所述队列长度是否小于预设长度；

若是，则根据所述数据包的队列长度，更新所述信道接入参数。

可选的，所述根据所述数据包的队列长度，更新所述信道接入参数，包括：

所述初始化信道接入参数后，得到当前竞争窗口的吞吐量；

根据所述当前窗口的吞吐量和数据包的队列长度，采用线性计算，更新所述信道接入参数。

可选的，所述根据随机博弈理论，重复更新所述信道接入参数，包括：

根据随机博弈理论，重复更新所述信道接入参数中的竞争窗口传输概率矩阵。

可选的，所述重复更新所述信道接入参数，调整竞争窗口传输概率矩阵，当所述传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵，包括：

重复更新所述信道接入参数中的竞争窗口传输概率矩阵，计算更新前和更新后的竞争窗口传输概率矩阵的差值，取所述差值的绝对值；

当所述差值的绝对值收敛于预设阈值时，停止更新所述信道接入参数中的竞争窗口传输概率矩阵，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。

本发明还提供了一种基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整装置，所述装置包括：

初始化模块，用于传输数据包并初始化信道接入参数；所述信道接入参数包括：竞争窗口大小值、退避计数器大小值和竞争窗口传输概率矩阵；

统计模块，用于统计所述数据包的队列长度，根据所述数据包的队列长度，更新所述信道接入参数，得到更新后的信道接入参数；

更新模块，用于根据随机博弈理论，重复更新所述更新后的信道接入参数，调整所述竞争窗口传输概率矩阵，当所述传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。

可选的，所述初始化模块包括：

判断子模块，用于判断是否有下行数据包的传输；

初始化子模块，用于判断有下行数据包的传输时，初始化信道接入参数。

本发明还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现本发明所述的基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述的基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法步骤。

本发明实施例提供的基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法、装置及设备，通过初始化信道接入参数，其中，信道接入参数包括竞争窗口大小值、退避计数器大小值和竞争窗口传输概率矩阵，统计传输的数据包的队列长度，根据队列长度，更新信道接入参数，结合随机博弈理论，不断重复更新信道接入参数，根据信道接入参数调整竞争窗口传输概率矩阵，当传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。本发明提供的方法，根据数据包队列长度，基于随机博弈理论，不断调整竞争窗口传输概率矩阵，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵，从而得到最优竞争窗口大小，提高了吞吐量，在enb基站队列长度较长时，降低了数据传输等待时间。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的更新信道接入参数的流程图；

图3为本发明实施例得到最优的竞争窗口传输概率矩阵的流程图；

图4为本发明实施例在实际应用中，与不同调整信道竞争窗口的机制下的laa网络吞吐量的比较示意图；

图5为本发明实施例提供的基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了实现在环境变化的情况下，根据数据包队列长度，动态调整竞争窗口的大小，在enb基站队列长度较长时，降低了数据传输等待时间，本发明实施例提供了一种基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法、装置及设备，以下分别进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法的流程图。

步骤101，传输数据包并初始化信道接入参数。

本发明涉及无线通信技术领域，适用于例如lte(longtermevolution,长期演进)网络，4g网络等无线网络中。

在无线通信标准下，enb基站准备传输数据包并将信道接入参数初始化，其中，信道接入参数包括：竞争窗口大小值、退避计数器大小值和竞争窗口传输概率矩阵。竞争窗口大小规定当前退避计数器随机取值的范围。若竞争窗口越大，退避计数器选择范围越大，各节点退避计数器数值相同的概率越小，则等待接入节点发生冲突的概率越小；退避计数器反映了当前节点接入信道前需要监测空闲信道的时隙个数，当节点检测到的信号强度小于-72dbm时，节点判断信道空闲，退避计数器减一。当退避计数器减为零时，节点发送当前数据包。当节点有新的数据包需要发送，初始化竞争窗口为最小值为cwmin，退避计数器大小随机选取在(0，cwmin)中的任意值，竞争窗口选择概率均匀分布，各竞争窗口初始化时被选择的概率相同。

一种具体的初始化信道接入参数的方法为，首先判断当前是否有下行数据传输，此处的下行数据传输表示的是从基站到用户的数据传输，当判断出有下行数据传输时，即有数据从基站到用户传输，则初始化信道接入参数。考虑本发明应用于下行数据传输时，具有一定的实际应用性，但不限于下行数据传输时。

步骤102，统计数据包的队列长度，根据数据包的队列长度，更新信道接入参数。

本步骤中，在将信道接入参数初始化后，统计数据包的队列长度，根据统计得到的队列长度值，选择最优的竞争窗口使得最大化自身吞吐量，更新信道接入参数。

一种具体的根据数据包的队列长度更新信道接入参数的方法为统计得到数据包的队列长度值后，判断队列长度值是否小于等于预设长度m；若小于等于预设长度m，则更新信道接入参数。其中，预设长度是根据用户需求或者工业需要任意设定的，本发明实施例的预设长度设定为一个参数m，当应用的实效性较高时，则m值较小，当应用的实效性较低时，则m值较大。

在更新信道接入参数时，一种具体的更新方法如图2所示。

步骤201，初始化信道接入参数后，得到当前竞争窗口的吞吐量。

将信道接入参数初始化后，每个enb基站都具有一个初始竞争策略，初始竞争策略中包含着当前竞争窗口的吞吐量。

步骤202，根据当前窗口的吞吐量和数据包的队列长度，构建关于信道接入参数的线性方程，更新信道接入参数。

本步骤中，根据当前窗口的吞吐量和数据包的队列长度，构建关于信道接入参数的线性方程，更新信道接入参数的具体过程为：当数据包的队列长度为预设长度m时，数据传输有m+1种状态，当存在有n种竞争窗口时，那么竞争窗口传输概率矩阵传输概率矩阵中有n乘以m+1个元素值，每一个元素值代表在特定队列长度下，选取任一个窗口大小的概率，其中，每一个概率都会对应一个吞吐量，也会对应着相应的队列长度。

步骤103，根据随机博弈理论，重复更新更新后的信道接入参数，调整竞争窗口传输概率矩阵，当传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。

本步骤中，根据随机博弈理论，更新步骤102中的信道接入参数，具体更新方法如步骤202中所述，当数据包的队列长度改变为(m-1)时，数据传输的状态也随之改变，变为m种状态，当存在有n种竞争窗口时，那么竞争窗口传输概率矩阵传输概率矩阵中有n乘以m个元素值，每一个元素值代表在特定队列长度下，选取任一个窗口大小的概率。随机博弈理论是指在不同基站传输数据时，选取一个最优的信道接入参数。

一种具体的重复更新信道接入参数的方法为：重复更新信道接入参数中的竞争窗口传输概率矩阵。竞争窗口传输概率矩阵中的每一个概率值都对应一个吞吐量，不同状态下的吞吐量不同，需要根据每种状态下的概率值计算平均吞吐量，得到优化后的吞吐量。

得到优化后的吞吐量后，各个基站根据获得的吞吐量，不断更新信道接入参数中的竞争窗口传输概率矩阵，更新方法如步骤202，如此重复更新，直到当更新得到的竞争窗口传输概率矩阵收敛于预设阈值时，停止更新。

可选的，当传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵的方法如图3所示。

步骤301，重复更新信道接入参数中的竞争窗口传输概率矩阵，计算更新前和更新后的竞争窗口传输概率矩阵的差值，取差值的绝对值。

当根据步骤202的方法更新竞争窗口传输概率矩阵时，记录前一次竞争窗口传输概率矩阵值和后一次竞争窗口传输概率矩阵值，计算两次竞争窗口传输概率矩阵的差值，并且取差值的绝对值。

步骤302，当差值的绝对值收敛于预设阈值时，停止更新信道接入参数中的竞争窗口传输概率矩阵，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。

当绝对值收敛于预设阈值时，其中，预设阈值是根据用户需求或者工业需要任意设定的，本发明实施例的预设阈值为纳什均衡点，即当前后两次竞争窗口传输概率矩阵的差值收敛于纳什均衡点时，假设本发明实施例中的纳什均衡点为0.01，当前后两次竞争窗口传输概率矩阵的差值小于0.01时，就确定更新后的竞争窗口传输概率矩阵为最优竞争窗口传输概率矩阵。这表明更新前和更新后的两次矩阵基本一致，或者误差范围非常小，此时得到的就是最优竞争窗口传输概率矩阵。

本发明实施例提供的一种基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法，通过初始化信道接入参数，其中，信道接入参数包括竞争窗口大小值、退避计数器大小值和竞争窗口传输概率矩阵，统计传输的数据包的队列长度，根据队列长度，更新信道接入参数，基于随机博弈理论，不断重复更新信道接入参数，根据信道接入参数调整竞争窗口传输概率矩阵，当传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。本发明提供的方法，根据数据包队列长度，基于随机博弈理论，不断调整竞争窗口传输概率矩阵，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵，从而得到最优竞争窗口大小，提高了吞吐量，在enb基站队列长度较长时，降低了数据传输等待时间。

作为本发明实施例的一种实施方式，如图4所示，图4示出了在实际应用中，与不同调整信道竞争窗口的机制下的laa网络吞吐量的值的比较示意图，图4中，category2窗口调整机制曲线403、category4窗口调整机制曲线402、应用本发明窗口调整机制曲线401可知，本发明实施例提供的方法与传统的两种调整机制，category2窗口调整机制曲线403和category4窗口调整机制曲线402相比较可知，可以得到最大吞吐量，实现了优化。

本发明还提供了一种基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整装置，装置的结构图，如图5所示，包括：

初始化模块501，用于传输数据包并初始化信道接入参数；信道接入参数包括：竞争窗口大小值、退避计数器大小值和竞争窗口传输概率矩阵；

统计模块502，用于统计数据包的队列长度，根据数据包的队列长度，更新信道接入参数，得到更新后的信道接入参数；

更新模块503，用于根据随机博弈理论，重复更新更新后的信道接入参数，调整竞争窗口传输概率矩阵，当传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。

本发明实施例提供的一种基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整装置，通过初始化信道接入参数，其中，信道接入参数包括竞争窗口大小值、退避计数器大小值和竞争窗口传输概率矩阵，统计传输的数据包的队列长度，根据队列长度，更新信道接入参数，基于随机博弈理论，不断重复更新信道接入参数，根据信道接入参数调整竞争窗口传输概率矩阵，当传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。本发明提供的方法，根据数据包队列长度，基于随机博弈理论，不断调整竞争窗口传输概率矩阵，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵，从而得到最优竞争窗口大小，提高了吞吐量，在enb基站队列长度较长时，降低了数据传输等待时间。

可选的，初始化模块501包括：

判断子模块，用于判断是否有下行数据包的传输；

初始化子模块，用于判断有下行数据包的传输时，初始化信道接入参数。

可选的，统计模块502，包括：

统计子模块，用于统计数据包的队列长度，判断队列长度是否小于预设长度；

更新子模块，用于判断队列长度小于预设长度时，更新信道接入参数。

可选的，统计子模块具体用于将数据包的队列长度，采用线性计算，得到最大化的吞吐量；

更新子模块具体用于根据最大化的吞吐量，采用线性计算，更新信道接入参数。

可选的，更新模块503具体用于根据随机博弈理论，重复更新信道接入参数中的竞争窗口传输概率矩阵。

可选的，更新模块503具体用于计算更新前和更新后的竞争窗口传输概率矩阵的差值，取差值的绝对值；当差值的绝对值收敛于预设阈值时，停止更新信道接入参数中的竞争窗口传输概率矩阵，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。

本发明还提供了一种电子设备，如图6所示，包括处理器601、通信接口602、存储器603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信；

存储器603，用于存放计算机程序；

处理器601，用于执行存储器603上所存放的程序时，实现本发明的基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法步骤，具体实现如下步骤：

传输数据包并初始化信道接入参数；信道接入参数包括：竞争窗口大小值、退避计数器大小值和竞争窗口传输概率矩阵；

统计数据包的队列长度，根据数据包的队列长度，更新信道接入参数，得到更新后的信道接入参数；

根据随机博弈理论，重复更新更新后的信道接入参数，调整竞争窗口传输概率矩阵，当传输概率矩阵收敛于预设阈值时，得到最优的竞争窗口传输概率矩阵。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现本发明的基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法步骤。

上述电子设备提到的通信总线604可以是外设部件互连标准(peripheralpomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。该通信总线604可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口602用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器603可以包括随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器603还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器601可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

需要说明的是，本发明实施例的装置、电子设备及存储介质分别是应用上述基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法的装置、电子设备及存储介质，则上述基于随机博弈理论的动态竞争窗口调整方法的所有实施例均适用于该装置、电子设备及存储介质，且均能达到相同或相似的有益效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。