专利名称：一种基于双层环路模型的无线资源调度方法
技术领域：
本发明属于无线网络主动认知领域，具体涉及一种基于双层环路模型的无线资源调度方法。
背景技术：
当前，移动互联网正以前所未有的发展速度向前演进。一方面，移动互联网的分布与结构日益广泛和复杂，另一方面，其用户在现有网络环境、无线资源的前提下，对网络服务提出了更高的要求。这些要求包括更快的服务反馈，更智能化、独立、甚至个性化的服务内容。高要求的出现给传统的无线资源调度带来了前所未有的挑战。传统的无线资源调度方法主要以被动和人工形式为主，主要方法是:对运营网络进行参数采集、数据分析，找出影响网络运行质量的原因并通过对参数的调整和某些技术手段的采用而使网络达到最佳的运营状态。这种调度的触发往往是在对网络性能经常性的跟踪检查时发现统计指标达不到要求、网络质量明显下降或用户的反映强烈、用户群改变或发生突发事件并对网络质量造成很大影响时，明显滞后于用户体验的改变且无法完成个性化的服务。在这样的移动互联网的变化发展趋势和现有的网络资源调度方法难以适应这种趋势的背景下，主动认知技术逐渐被用于移动互联网领域并广为研究。主动认知技术主要强调网络的学习能力、知识共享能力、智能决策能力，旨在提前预知用户通信体验的变化并采取合理的参数调整策略及资源调度 策略以保障用户体验的稳定。现有的主动认知环路模型主要有两类一类是Boyd (博伊德)提出的经典的观察-判断-决策-行动(observe-orient-decide-act (OODA))环路模型及其扩展模型；另一类是Mitola提出的观察-判断_计划 _ 决策 _ 行动 _ 学习(observe-orient-plan-decide-act-learn (OOPDAL))环路模型。但是以上两类环路模型都局限在单一无线电实体。实际上，核心网和接入网对于不同网络资源具有不同的调度能力，而且网络位置的差异也造成了这两个层面的网络在主动认知功能上差异，所以不能简单的将二者一概而论，必须分开设计认知环路。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，通过在网络中运行双层认知环路，主动实现更为高效的无线资源配置能力，提高无线网络的智能性，不断改善网络用户的用户体验。本发明是这样实现的—种基于双层环路模型的无线资源调度方法，包括如下步骤步骤1:建立一个上层决策环路和多个下层执行环路，并使上层决策环路指导多个下层执行环路进行工作；步骤2 :在上层决策环路中，进行数据收集、将收集的数据进行判断和计划，并对计划出的方案进行决策，将收集到的数据存入数据库，并通过学习将挖掘到的知识存入知识库，计划以及决策时均使用知识库中的知识，决策后将得到的优化策略存入策略库；
步骤3 :在下层执行环路中，收集外部网络环境的实时状态，通过判断外部网络环境的实时状态得到运行情况，并从上层决策环路得到优化策略，再将优化策略中的配置参数输出给网络实体。如上所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其中所述调度方法以提高用户体验质量为运作目标进行决策。如上所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其中在上层决策环路中，所述数据收集是指观察，此步骤是开放系统的信息输入环节，观察信息包括网络管理者的意图、全网的实时资源状态、用户侧的信息反馈、执行环路上报的状态；判断指对观察步骤接收到的信息作预处理，并基于预处理后的信息及数据库的支撑形成当前场景下的全局态势；计划指以输入为指导，根据判断步骤的输出，在知识库的支持下，做出所有备选计划方案；决策指在知识库的支持下，对所有备选计划方案进行优先级排序或选取其一，选择的计划方案就是优化策略。如上所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其中所述上层决策环路进行如下步骤步骤(2.1):观察步骤为观测到有用户请求视频点播服务时，记录视频类型、用户类型、背景流量，收集各个用户的用户体验质量值，并存储到数据库中；步骤(2. 2):判断步骤为在数据库的帮助下，将收集到的参数进行转化形成网络态势基站用户个数、用户类型、点播的视频内容、分配的视频速率，用户体验质量值；步骤(2. 3):计划步骤将观察的信息与知识库中的知识进行匹配，得到备选的资源调度方案；步骤(2. 4):决策步骤根据网络资源调度的优化目标，从备选策略中选择最优策略，并输出到策略库中。步骤(2. 5):行动步骤将最优策略下发到基站侧执行。如上所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其中所述下层执行环路进行如下步骤步骤(3.1):收集外部网络环境的实时状态，包括频谱环境；步骤(3. 2):根据当前的频谱环境，结合用户的应用请求，判断得出各用户资源运行情况；步骤(3. 3):接收上层决策环路下发的策略，结合当前的频谱环境得出所有的备选波形方案，按照优化目标，确定最优的波形方案；步骤(3. 4):按照所选择的波形方案进行通信，在通信过程中实时评估接收质量，若接收质量恶化，则选择优先级更低的波形方案，并实时向决策环上报用户体验质量值。如上所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其中所述知识库中包括如下知识 用户等级、背景流量、用户体验和视频速率的关联知识。如上所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其中所述知识库中包括如下知识
用户等级、背景流量、用户体验、视频内容和视频速率的关联知识。本发明的有益效果是本发明提供的方法通过在网络中运行双层认知环路，主动实现更为高效的网络资源配置能力，提高无线网络的智能性，保障网络用户的用户体验。本发明在移动互联网中，将控制与管理层面的传输控制、业务控制、网络管理等实体作为决策环路的承担者，将网络中的为用户提供服务的设备，包括路由器、基站、终端等，作为执行环路的承担者。其中决策环路是以用户体验为导向，综合全网态势信息，根据网络内部状态和外部环境制定符合网络全局利益的策略，执行环路根据决策环下发的策略执行优化控制，使内部状态或外部环境发生变化；优点是提出能够指导网络资源调度的架构，从网络认知行为出发，以全局优化的角度配置无线资源。
图1是移动互联网场景下的双层认知环路部署图；图2是双层认知环路的层次架构和关联结构图；图3是双层认知环路主动认知方框图；图4是本发明所述的资源调度系统实例场景示意
图5是本发明所述的资源调度系统中知识对调度效果影响的仿真图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法做进一步的说明考虑到网络中往往具有不同地位和不同功能的网络实体，单环的认知方法不能准确地完成无线网络的认知功能，本发明提供的方法用以实现智能的管理以及网络主动认知。具体的是将网络的认知过程划分为决策与执行两个层次，并以相应的决策环、执行环及两者之间的信息交互来完成认知行为过程；并将学习提取为一个相对独立的过程，使“智能”集中于网络中，而非一个无线电实体中。该发明具有网络的普适性，为便于阐述，这里以典型的移动互联网为背景。在移动互联网中将控制与管理面的传输控制、业务控制、网络管理等实体作为决策环路的承担者，将网络中的为用户提供服务的设备，如路由器、基站、终端等，作为执行环路的承担者。这样以双层认知环路的形式完成移动互联网中的主动认知功能，并提供智能化的网络服务。具体而言，可以分为以下两层认知环路实现第一层决策环路。传输控制、业务控制、网络管理的实体获取全网的信息，如用户偏好信息、全网状态等。以用户体验为导向，依据需求，综合获取的全网态势信息，根据网络内部状态和外部环境制定符合网络全局利益的策略。另外，通过对历史数据的积累和学习(learn)，从数据中挖掘更为丰富的知识，不断提高决策的合理性，实现主动认知功能。第二层执行环路。根据决策环下发的策略，结合该环路中实体的外部环境信息，决策本实体的动作和参数，执行优化控制，使内部状态或外部环境发生变化，是一种反应式的自适应过程。对比两层环路，可以发现决策环路旨在制定资源调度策略，不能具体到实现层面的所有参数的设计，而执行环路却可以结合环境态势定量调整通信参数，实现决策环路的资源调度策略。决策环路结合了人的思维，具有主动性，而执行环路更偏重于机器操作，被动完成。下面将决策环路与执行环路的特征比较列于表1:表1:决策环路和执行环路特征对比表
权利要求
1.一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1:建立一个上层决策环路和多个下层执行环路，并使上层决策环路指导多个下层执行环路进行工作； 步骤2 :在上层决策环路中，进行数据收集、将收集的数据进行判断和计划，并对计划出的方案进行决策，将收集到的数据存入数据库，并通过学习将挖掘到的知识存入知识库，计划以及决策时均使用知识库中的知识，决策后将得到的优化策略存入策略库； 步骤3 :在下层执行环路中，收集外部网络环境的实时状态，通过判断外部网络环境的实时状态得到运行情况，并从上层决策环路得到优化策略，再将优化策略中的配置参数输出给网络实体。
2.如权利要求1所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其特征在于所述调度方法以提高用户体验质量为运作目标进行决策。
3.如权利要求1或2所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其特征在于在上层决策环路中，所述数据收集是指观察，此步骤是开放系统的信息输入环节，观察信息包括网络管理者的意图、全网的实时资源状态、用户侧的信息反馈、执行环路上报的状态； 判断指对观察步骤接收到的信息作预处理，并基于预处理后的信息及数据库的支撑形成当前场景下的全局态势； 计划指以输入为指导，根据判断步骤的输出，在知识库的支持下，做出所有备选计划方案； 决策指在知识库的支持下，对所有备选计划方案进行优先级排序或选取其一，选择的计划方案就是优化策略。
4.如权利要求3所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其特征在于所述上层决策环路进行如下步骤 步骤(2.1):观察步骤为观测到有用户请求视频点播服务时，记录视频类型、用户类型、背景流量，收集各个用户的用户体验质量值，并存储到数据库中； 步骤(2. 2):判断步骤为在数据库的帮助下，将收集到的参数进行转化形成网络态势基站用户个数、用户类型、点播的视频内容、分配的视频速率，用户体验质量值； 步骤(2. 3):计划步骤将观察的信息与知识库中的知识进行匹配，得到备选的资源调度方案； 步骤(2. 4):决策步骤根据网络资源调度的优化目标，从备选策略中选择最优策略，并输出到策略库中。
步骤(2. 5):行动步骤将最优策略下发到基站侧执行。
5.如权利要求4所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其特征在于所述下层执行环路进行如下步骤 步骤(3.1):收集外部网络环境的实时状态，包括频谱环境； 步骤(3. 2):根据当前的频谱环境，结合用户的应用请求，判断得出各用户资源运行情况； 步骤(3. 3):接收上层决策环路下发的策略，结合当前的频谱环境得出所有的备选波形方案，按照优化目标，确定最优的波形方案；步骤(3. 4):按照所选择的波形方案进行通信，在通信过程中实时评估接收质量，若接收质量恶化，则选择优先级更低的波形方案，并实时向决策环上报用户体验质量值。
6.如权利要求5所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其特征在于所述知识库中包括如下知识 用户等级、背景流量、用户体验和视频速率的关联知识。
7.如权利要求5所述的一种基于双层环路模型的无线资源调度方法，其特征在于所述知识库中包括如下知识 用户等级、背景流量、用户体验、视频内容和视频速率的关联知识。
全文摘要
本发明属于无线网络主动认知领域，具体涉及一种基于双层环路模型的无线资源调度方法。目的是通过在网络中运行双层认知环路，主动实现更为高效的无线资源配置能力，提高无线网络的智能性，不断改善网络用户的用户体验。该方法包括建立一个上层决策环路和多个下层执行环路，并使上层决策环路指导多个下层执行环路进行工作；在上层决策环路中，进行数据收集、将收集的数据进行判断和计划并进行决策，再通过学习将挖掘到的知识存入知识库，决策后将得到的优化策略存入策略库；在下层执行环路中，收集外部网络环境的实时状态，通过判断外部网络环境的实时状态得到运行情况，并从上层决策环路得到优化策略，再将优化策略中的配置参数输出给网络实体。
文档编号H04W72/12GK103068058SQ20121056857
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者李颖, 于全, 汪李峰, 陈小军, 国晓博, 韩寒, 周海波 申请人:中国人民解放军总参谋部第六十一研究所