基于3D-Markov链的IEEE802.11ad网络用户QoE优化方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于IEEE802.1 lad网络与接入控制技术领域，涉及一种基于3D_Markov链的IEEE802.llad网络用户QoE优化方法。
【背景技术】
[0002]如何在不断提升网络系统业务能力的基础上提升用户对网络的使用感受是未来信息技术发展的必然趋势。目前，针对用户在高速数据、高清信号、低时延等传输方面的需求和要求，IEEE802.llad网络有效解决了短距离高清信号传输过程中对吞吐量、时延的要求，可以改善系统吞吐量、时延、能耗等性能指标实现系统QoS提升。而QoS作为描述网络性能的客观指标并不能直接体现用户对业务的感受，相比之下QoE作为一种业务质量评价指标，不仅能够统一评价业务中的多种QoS指标对用户体验的影响，还能够统一评价不同类型业务中的主观使用体验，是一种适用于多业务无线网络的优化指标。
[0003]因此，综合考虑用户在接入过程中影响QoE的多种因素，研究基于QoE的IEEE802.llad网络用户接入的退避行为，对于支持不同优先级业务的IEEE802.llad网络增强用户QoE具有重要的意义。
[0004]在现有的技术方案中，研究者往往借助随机理论中的Markov模型对无线网络接入退避行为进行系统QoS分析，并且结合网络接入选择算法进行联合优化，以达到最佳接入控制效果。针对接入控制机制中接入退避行为，研究者主要集中在包括吞吐量、时延、丢包率等指标的系统QoS方面研究，而进一步的用户QoE方面研究较少；同时，由于IEEE802.llad高吞吐量的特性，对时延参数高要求，因此大部分已有的二维马尔科夫链分析模型以及三维马尔科夫链模型已经不能满足IEEE802.11 ad对用户体验的高要求。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于3D_Markov链的IEEE802.11ad网络用户QoE优化方法，该方法针对IEEE802.llad网络低时延与用户QoE高要求的问题，建立适用于IEEE802.11ad网络的用户业务接入退避行为的3D-Markov链模型，考虑不同业务类型用户体验质量，供优化用户QoE研究使用，实现IEEE802.llad网络接入用户的整体QoE提升的QoE优化方法。
[0006]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]一种基于3D_Markov链的IEEE802.1 lad网络用户QoE优化方法，包括以下步骤:
[0008]1)构建适用于IEEE802.11ad网络业务用户接入退避行为的3D_Markov链分析模型；
[0009]2)根据3D_Markov链分析模型计算系统QoS指标；
[0010]3)根据系统QoS指标，采用典型的平均意见得分M0S评价方法映射得到用户QoE量化指标；
[0011 ] 4)动态检测，实时更新，以QoE最大化为目标优化竞争时间窗口函数；
[0012]5)根据最优竞争窗口值，得出最大QoE。
[0013]进一步，在步骤1)中，引入竞争时间窗口函数构建3D-MarkoV链分析模型；
[0014]用s(t)表示退避阶数i的随机过程，ie[0，m]m为用户进行二进制指数退避机制中最大退避阶数…^丨表示退避计数值彳的随机过程^三卜^匕^^匕为用户的竞争时间窗口函数，且1^ = 21.kmin—v(V = 0,…，N;i = l，...,m)，kmin—v是不同业务竞争窗口函数最小值，实现不同业务优先级的区分，N为假设的IEEE802.llad网络中等待接入的不同业务种类的用户数目；引入竞争时间窗口函数构建3D-MarkoV链模型，用d(t)表示竞争时间窗口值k的随机过程，ke [kmin_v,kmax] , kmax = 2".kmin—v。假设在每一次尝试重传时，不考虑已经经历的重传次数，每一个数据包的碰撞概率都用恒定独立的常数表示。此种假设下，建立3D-MarkoV链模型。
[0015]进一步，在步骤4)中，通过二分搜索思想，动态检测，实时更新具体在不同业务用户退避过程中，各个用户实时检测影响用户QoE的竞争时间窗口值，综合考虑业务需求的满意用户QoE值，一旦竞争时间窗口值改变，则重新回到步骤1)。
[0016]进一步，选取最优竞争时间窗口值具体包括以下步骤:
[0017]41)初始化:初始化不同业务用户的竞争窗口函数值ki，且ki = 2i.kmin—V(v = 0，...，N; i = l，...，m)，111为用户进行二进制指数退避机制中最大退避阶数，kmin—V为不同业务竞争窗口函数最小值，实现不同业务优先级的区分，N为假设的IEEE802.llad网络中等待接入的不同业务种类的用户数目；
[0018]42)设置不同业务用户的QoE量化指标M0S的满意度值MOSidie;
[0019]43)计算当前竞争窗口函数值所对应的用户QoE量化指标M0S值MOSi，并与MOSidie进行对比；
[0020]44)迭代求解:
[0021]在一轮迭代后更新竞争窗口函数值ki’，这里ki’e[kmin—v，kmax]，且kmax = 2m.kmin—v，kmax是竞争时间窗口函数最大值，并将lu ’作为下次迭代的初始值:
[0022]①对于不同业务用户ACv(AccessCategory)，当前用户的竞争时间窗口函数值ki ’在此轮的更新将有两个选择:ki’ = (k1-kmin—v)/2，ki’ = (kmax-ki)/2;
[0023]②对所有可选择的ki’，选取满足条件ki’ e [kmin—v，kmax]的对应ki’，计算此时QoE量化指标M0S值MOSi’ ；
[0024]③将MOSi ’与MOSidie对比，若| MOSidie-MOSi ’ | <e(这里e为无限小的数)，表示在误差允许的范围内获得了最大M0S值，迭代过程停止，输出此时的lu’，否则返回步骤4，直到获得最优ki ’。
[0025]本发明的有益效果在于:
[0026]首先，由于IEEE802.llad高吞吐量的特性，对时延参数高要求，本发明通过引入接入竞争时间窗口函数，构造了一种适用于IEEE802.llad网络用户接入退避行为的3D-Markov链模型;此外，本发明的竞争时间窗口函数是动态的，与现有的竞争时间窗口函数不同的是，本发明的竞争时间窗口函数首先根据现有的二进制指数回退策略来动态调整竞争时间窗口值，其次还要基于最优QoE来二次调整竞争时间窗口值，不仅可以充分适用于IEEE802.llad网络，而且为提升接入用户的整体QoE提供了更精确的途径。
【附图说明】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0028]图1为本发明的引入竞争时间窗口函数的3D-MarkoV链用户数据传输状态示意图；
[0029]图2为本发明的二分搜索思想选取最优竞争窗口函数值示意图；
[0030]图3为本发明的整体结构框图。
【具体实施方式】
[0031]在IEEE802.11ad网络中，不同业务类型的用户通过随机竞争接入网络，当用户向目标网络发送接入请求时，网络通过接入控制策略协调不同业务种类用户的接入。当试图接入网络的N个用户感知到信道空闲时，高优先级用户接入并进行发送数据，次级用户在等待信道连续空闲DIFS (Distributed Inter Frame Space)时间后，进入退避状态，此时次级用户在0到竞争时间窗口函数内随机产生一个退避时间，存入退避计数器中。退避时间短的用户退避计数器最先减至0，开始发送数据，依次类推。如若用户发送数据失败，采用二进制指数回退策略，增大竞争窗口函数值ki = 2i.kmin，进入下一阶的退避状态。
[0032]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0033]图1为本发明的引入竞争时间窗口函数的3D-MarkoV链用户数据传输状态示意图，本发明首先建立适用于IEEE802.llad网络的3D-Markov链模型，参照图1所示的单一IEEE802.1 lad网络用于描述每个用户接入过程的数据传输状态图。模型内特殊状态idle表示网络基站在完成一次传输后没有新的数据需要立刻传输的状态，特