专利名称：一种减小网络资源开销的业务调度方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及无线传输和进化理论。
背景技术：
为保证业务的高效传输，需采用合适的QoS保障机制。QoS —方面指业务流管理， 它提供了一种实现上、下行QoS管理的机制，是MAC层的核心功能，包括QoS参数集、业务流的定义与分类、动态业务流管理、带宽请求与分配、轮询等，其在IEEE 802. 16中进行了详细规定；另一方面指相应的QoS保证机制，包括接入控制、调度算法、流量监控等。业务流是一个提供特定QoS的单向数据流。802. 16协议MAC层对QoS的支持分为三部分一是创建最初的业务流并对其QoS参数进行配置；二是在通信过程中对业务流进行动态管理，包括动态业务增加(DSA)、动态业务改变(DSC)和动态业务删除(DSD) ’三是在通信过程中对MAC PDU进行分类，并依据业务流的类别区分优先级进行调度，实现了将 QoS机制内置于IEEE 802. 16 MAC协议内部，现有的业务调度参考模型如
图1所示。业务调度是实现QoS保证机制的一个重要的组成部分，其体现了基于连接的MAC 层对业务流的处理机制。每一个连接都与一个业务流相联系，每一个业务流又与一组量化其行为的QoS参数相联系。业务调度算法的性能指标可以从三个方面来衡量，即有效性、公平性和复杂性。各种衡量标准之间往往是矛盾的，某一个指标性能的提高可能是以牺牲另一个指标性能为代价。因此，实际应用中使用的算法是需要综合考虑各种因素，根据实际情况协调各方面的特性。业务调度的特点主要为
(1)有效性。其主要包括对系统资源的利用率以及时延方面的特性。从系统和用户两方面考虑，系统要求资源利用率高，而用户的要求主要在时延方面。在一个可以为用户应用提供服务质量保证的系统中，每个用户业务流都有其与系统约定的一系列服务参数，如带宽要求、时延要求等，业务调度方法应该能够满足每个业务流对服务质量的要求；
(2)公平性。指以公平的方式对各业务流分配可用的带宽资源，并且不同的业务流之间应该相互隔离，以防止突发业务或恶意流对正常业务流的影响；
(3)复杂性。指业务调度方法是否容易实现。如果调度方法过于复杂，那么在高速网络中，就不能快速的调度并对分组进行转发，这样调度模块将成为网络系统中的瓶颈，影响到整个系统的使用效率。因此，调度方法应该尽可能简单、易实现，并且还应有较好的可扩展性，能适应动态变化的应用环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在减小网络资源开销的条件下，实现业务资源的
高效调度。本发明为解决上述技术问题提供一种减小网络资源开销的业务调度方法，其特征在于
A、建立网络中的路径、业务信号和控制信号一体化阵列模型；B、设置混合遗传单元(即业务信号)的输入和输出变量；
C、对混合遗传单元中的染色体(Chromosome)种群进行初始化；
D、使用遗传算法获得最优业务调度。所述步骤A中，在此阵列模型中，每一条路径由多个微单元组成，并且每一条路径有一个独立的ID号，使用微单元的数目表示路径的长度，令每一条路径的微单元数量为 15，一个微单元的大小为对拉4，且每个业务信号占用3个微单元；所有的业务信号都经过预处理，使其进过处理后具有虚拟固定长度，令业务信号的长度为30，每个业务信号有独立的ID号，并且各自有固定的传输路径，图2描述了业务信号占用路径大小的情况，业务信号的传输速率为0至最大传输速率之间的任意值，最大传输速率为每秒5个微单元。所述步骤A中，在业务交换单元处，设置5个业务传输指示器，每个业务传输指示器具有相同功能，其中任意4个用于对业务信号的传输进行控制，剩余1个用于对控制信号的传输进行控制。每一个传输指示器都有用于识别的独立ID号，并且有暂停传输和允许传输两种模式，我们使用阵列模型中的存储单元来存储这两种模式相应的状态信息，总体运行流程如图3所示。所述步骤B中，混合遗传单元(即业务信号)的输入变量为 VP 当传输指示器出现允许传输模式时，经过的业务信号数目；
②PP当传输指示器出现允许传输模式时，经过的控制信号数目；
③呢当传输指示器出现暂停传输模式时，处于等待状态的业务信号的数目；
④Ρβ:当传输指示器出现暂停传输模式时，处于等待状态的控制信号的数目； 混合遗传单元(即业务信号)的输出变量为
①&^ :当传输指示器出现暂停传输模式时，在交换单元缓存中和处于即将到达状态的业务信号数目；当传输指示器出现暂停传输模式时，在交换单元缓存中和处于即将到达状态的控制信号数目；
③业务信号从起始点到终点的传输时间。所述步骤C中，采用混合遗传算法对混合遗传单元中的染色体(Chromosome)种群进行初始化，即业务调度优化预处理。染色体为此优化问题的备选解集。令每一个染色体具有两个基因，第一个基因为传输指示器出现暂停传输模式的时间2 ，第二个基因为传
输指示器出现允许传输模式的时间G^，其中ι为业务信号τ或控制信号ρ。设染色体的
初始种群数量为100，使用二进制编码方式对染色体进行编码，每一个染色体都具有一串0 或1。如图4所示，给出了例子。采用混合遗传算法的输入输出结构示意图如图5所示。所述步骤D中，对混合遗传单元中的染色体进行种群评估。此步骤用于评估每个染色体如何对业务调度优化问题进行求解，其包括对染色体解码为变量空间问题，以及使用这些参数核查此问题的解。在染色体交叉处理阶段时，设置交叉系数为0. 8，在父代染色体上执行控制信号允许传输操作，其结果存储于阵列模型中的存储单元中，并且将父代染色体的信息与子代染色体的信息融合，重复上述步骤，当在染色体交叉处理阶段使用的种群数目为种群初始化数目的一半时，则停止计算，此时交叉处理阶段完成；在变异阶段，设置在父辈染色体上执行的变异系数为0. 2，根据在阵列模型中存储的结果判断，所产生的随机数值和此数值与变异系数的比较结果由已发生变异或未发生变异的功能单元决定。重复上述步骤，当在变异阶段使用的种群数目为种群初始化数目的一半时，则停止计算，此时变异阶段完成。所述步骤D中，对混合遗传单元中的染色体进行选择。使用Roulette-wheel选择概率方法选择具有高健壮性的染色体，基于前面在变异阶段获得的结果，计算健壮性函数， 此步骤用于识别基于参数的解，其中参数包括队列大小、业务信号数目、传输指示器出现暂停传输模式的时间和传输指示器出现允许传输模式时时间。健壮性函数包括以下两部分
a.计算业务1的通行时间Grr和业务2的通行时间0 ,
权利要求
1.一种减小网络资源开销的业务调度方法，在减小网络资源开销的条件下，实现业务资源的高效调度，包括如下步骤A、建立网络中的路径、业务信号和控制信号一体化阵列模型；B、设置混合遗传单元(即业务信号)的输入和输出变量；C、对混合遗传单元中的染色体(Chromosome)种群进行初始化；D、使用遗传算法获得最优业务调度。
2.根据权利要求1的方法，对于所述步骤A其特征在于在此阵列模型中，每一条路径由多个微单元组成，并且每一条路径有一个独立的ID号，使用微单元的数目表示路径的长度，令每一条路径的微单元数量为15，一个微单元的大小为对拉4，且每个业务信号占用3 个微单元；所有的业务信号都经过预处理，使其进过处理后具有虚拟固定长度，令业务信号的长度为30，每个业务信号有独立的ID号，并且各自有固定的传输路径，业务信号的传输速率为0至最大传输速率之间的任意值，最大传输速率为每秒5个微单元。
3.根据权利要求1的方法，对于所述步骤A其特征在于在业务交换单元处，设置5个业务传输指示器，每个业务传输指示器具有相同功能，其中任意4个用于对业务信号的传输进行控制，剩余1个用于对控制信号的传输进行控制，每一个传输指示器都有用于识别的独立ID号，并且有暂停传输和允许传输两种模式，使用阵列模型中的存储单元来存储这两种模式相应的状态信息。
4.根据权利要求1的方法，对于所述步骤B其特征在于混合遗传单元(即业务信号) 的输入变量为①VP当传输指示器出现允许传输模式时，经过的业务信号数目；②PP当传输指示器出现允许传输模式时，经过的控制信号数目；③m:当传输指示器出现暂停传输模式时，处于等待状态的业务信号的数目；④Ρβ:当传输指示器出现暂停传输模式时，处于等待状态的控制信号的数目；混合遗传单元(即业务信号)的输出变量为①β :当传输指示器出现暂停传输模式时，在交换单元缓存中和处于即将到达状态的业务信号数目； Q 、f 当传输指示器出现暂停传输模式时，在交换单元缓存中和处于即将到达状态的控制信号数目；③ 业务信号从起始点到终点的传输时间。
5.根据权利要求1的方法，对于所述步骤C其特征在于采用混合遗传算法对混合遗传单元中的染色体(Chromosome)种群进行初始化，即业务调度优化预处理，染色体为此优化问题的备选解集，令每一个染色体具有两个基因，第一个基因为传输指示器出现暂停传输模式的时间，第二个基因为传输指示器出现允许传输模式的时间，其中I为业务信号或控制信号设染色体的初始种群数量为100，使用二进制编码方式对染色体进行编码，每一个染色体都具有一串0或1。
6.根据权利要求1的方法，对于所述步骤D其特征在于对混合遗传单元中的染色体进行种群评估，此步骤用于评估每个染色体如何对业务调度优化问题进行求解，其包括对染色体解码为变量空间问题，以及使用这些参数核查此问题的解，在染色体交叉处理阶段时，设置交叉系数为0. 8，在父代染色体上执行控制信号允许传输操作，其结果存储于阵列模型中的存储单元中，并且将父代染色体的信息与子代染色体的信息融合，重复上述步骤， 当在染色体交叉处理阶段使用的种群数目为种群初始化数目的一半时，则停止计算，此时交叉处理阶段完成；在变异阶段，设置在父辈染色体上执行的变异系数为0. 2，根据在阵列模型中存储的结果判断，所产生的随机数值和此数值与变异系数的比较结果由已发生变异或未发生变异的功能单元决定，重复上述步骤，当在变异阶段使用的种群数目为种群初始化数目的一半时，则停止计算，此时变异阶段完成。
7.根据权利要求1的方法，对于所述步骤D其特征在于对混合遗传单元中的染色体进行选择，使用Roulette-wheel选择概率方法选择具有高健壮性的染色体，基于前面在变异阶段获得的结果，计算健壮性函数，此步骤用于识别基于参数的解，其中参数包括队列大小、业务信号数目、传输指示器出现暂停传输模式的时间和传输指示器出现允许传输模式时时间，健壮性函数包括以下两部分a.计算业务1的通行时间GTf和业务2的通行时间GTi, Gr7 = (Fg*通过时间)( ’= 通过吋间){ι ’其中Ρβ为当业务信号在交换单元中进行传输时，处于等待状态的控制信号的数目； 『①为当控制信号在交换单元中进行传输时，处于等待状态的业务信号的数目；b.计算在交换单元中处于等待状态的业务信号的队列长度和控制信号的队列长度,β，FQ 哪* “㈤)，PQ = {PP*RK、(ιν),其中i rr为业务信号在交换单元中处于等待状态的时间，为控制信号在交换单元中处于等待状态的时间，Gre为业务信号在交换单元的平均到达速率，为控制信号在交换单元的平均到达速率，相应的健壮性函数为{KP*RTx*Xmg)^ -通过时间”2 ,其中χρ =贼ρρ表示在交换单元中传输指示器出现允许传输模式时没有业务信号或控制信号进行传输，RTx = RTy^RTf为/I·；交换单元中业务信号或控制信号处于等待状态的时间，I卿='^VG^AVG为业务信号或控制信号在交换单元的平均到达速率，GTx=GTv^GTll为业务信号或控制信号在交换单元的传输时间，IQ = VmPQ为在交换单元中处于等待状态的业务信号或控制信号的队列长度。
8.根据权利要求1的方法，对于所述步骤D其特征在于对混合遗传单元中的染色体进行重组，并将重组后的染色体放置于当前染色体种群后，作为下一代染色体，重复上述步骤，直至当前染色体的迭代次数达到最大值，则停止计算，然后通过设置阵列模型中的存储单元的元素对本次染色体个体的质量与前一代个体的质量进行比较，并进行本次染色体的评估。
全文摘要
本发明提供一种减小网络资源开销的业务调度方法，通过建立网络中的路径、业务信号和控制信号一体化阵列模型，和使用遗传算法获得在减小网络资源消耗的条件下，实现业务的高效调度。
文档编号H04W72/12GK102548010SQ20121005326
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者黄东 申请人:黄东