基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法、裝置及設備與流程

2023-10-25 15:48:17

本發明涉及無線通信技術領域，特別是涉及一種基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法、裝置及設備。

背景技術：

近年來，隨著移動終端設備的普及，蜂窩行動網路承載的業務量也大幅增長。為了滿足用戶多樣的業務需求，蜂窩行動網路需要更多的頻譜資源來適應行動網路流量的快速增長。授權頻段的頻率資源已經無法滿足用戶多樣的業務需求，運營商已經漸漸開始利用非授權頻段完成輔助接入來滿足日益增長的業務量。授權輔助接入(licensedassistedaccess，簡稱laa)網絡為運營商利用非授權頻段提供了一種很好的途徑，為了保證laa與其他非授權頻譜系統的公平共存，需要通過網絡設備使用能量監測來判斷信道是否被佔用，為了enb基站需要動態調整競爭窗口的大小，以保證數據成功並且正確的傳輸。

laa現有的傳輸數據時的動態調整競爭窗口大小的方法為：當enb基站有數據傳輸時，將競爭窗口大小值初始化為競爭窗口的最小值，根據用戶對接收數據包的反饋信息，enb基站判斷數據是否傳輸成功，若傳輸成功，將競爭窗口重置為最小值並傳輸下一組數據；若傳輸失敗，enb基站首先判斷當前競爭窗口大小是否為競爭窗口的最大值，如果不是，則將競爭窗口大小增長為當前競爭窗口大小的二倍，並且增長後的競爭窗口大小數值不大於競爭窗口的最大值，enb繼續傳輸當前數據包；如果是，保持競爭窗口大小為最大值，enb繼續傳輸當前數據包。

現有的信道接入機制，當enb基站隊列長度較長時，無法動態調整競爭窗口大小來減少數據傳輸等待時間，會導致無線應用傳輸時延過大；同時enb僅根據自身傳輸情況調整競爭窗口大小，調整不準確，無法進一步提高自身吞吐量。

技術實現要素：

本發明實施例的目的在於提供一種基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法、裝置及設備，以實現在環境變化的情況下，根據數據包隊列長度，動態調整競爭窗口的大小，在enb基站隊列長度較長時，降低了數據傳輸等待時間，提高了enb信道的吞吐量。具體技術方案如下：

本發明提供了一種基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法，所述方法包括：

傳輸數據包並初始化信道接入參數；所述信道接入參數包括：競爭窗口大小值、退避計數器大小值和競爭窗口傳輸概率矩陣；

統計所述數據包的隊列長度，根據所述數據包的隊列長度，更新所述信道接入參數，得到更新後的信道接入參數；

根據隨機博弈理論，重複更新所述更新後的信道接入參數，調整所述競爭窗口傳輸概率矩陣，當所述傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。

可選的，所述初始化信道接入參數，所述方法包括：

判斷是否有下行數據包的傳輸；

若是，則初始化信道接入參數。

可選的，所述統計所述數據包的隊列長度，根據所述數據包的隊列長度，更新所述信道接入參數，包括：

統計所述數據包的隊列長度，判斷所述隊列長度是否小於預設長度；

若是，則根據所述數據包的隊列長度，更新所述信道接入參數。

可選的，所述根據所述數據包的隊列長度，更新所述信道接入參數，包括：

所述初始化信道接入參數後，得到當前競爭窗口的吞吐量；

根據所述當前窗口的吞吐量和數據包的隊列長度，採用線性計算，更新所述信道接入參數。

可選的，所述根據隨機博弈理論，重複更新所述信道接入參數，包括：

根據隨機博弈理論，重複更新所述信道接入參數中的競爭窗口傳輸概率矩陣。

可選的，所述重複更新所述信道接入參數，調整競爭窗口傳輸概率矩陣，當所述傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣，包括：

重複更新所述信道接入參數中的競爭窗口傳輸概率矩陣，計算更新前和更新後的競爭窗口傳輸概率矩陣的差值，取所述差值的絕對值；

當所述差值的絕對值收斂於預設閾值時，停止更新所述信道接入參數中的競爭窗口傳輸概率矩陣，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。

本發明還提供了一種基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整裝置，所述裝置包括：

初始化模塊，用於傳輸數據包並初始化信道接入參數；所述信道接入參數包括：競爭窗口大小值、退避計數器大小值和競爭窗口傳輸概率矩陣；

統計模塊，用於統計所述數據包的隊列長度，根據所述數據包的隊列長度，更新所述信道接入參數，得到更新後的信道接入參數；

更新模塊，用於根據隨機博弈理論，重複更新所述更新後的信道接入參數，調整所述競爭窗口傳輸概率矩陣，當所述傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。

可選的，所述初始化模塊包括：

判斷子模塊，用於判斷是否有下行數據包的傳輸；

初始化子模塊，用於判斷有下行數據包的傳輸時，初始化信道接入參數。

本發明還提供了一種電子設備，包括處理器、通信接口、存儲器和通信總線，其中，處理器，通信接口，存儲器通過通信總線完成相互間的通信；

存儲器，用於存放電腦程式；

處理器，用於執行存儲器上所存放的程序時，實現本發明所述的基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法步驟。

本發明還提供了一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質內存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時實現本發明所述的基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法步驟。

本發明實施例提供的基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法、裝置及設備，通過初始化信道接入參數，其中，信道接入參數包括競爭窗口大小值、退避計數器大小值和競爭窗口傳輸概率矩陣，統計傳輸的數據包的隊列長度，根據隊列長度，更新信道接入參數，結合隨機博弈理論，不斷重複更新信道接入參數，根據信道接入參數調整競爭窗口傳輸概率矩陣，當傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。本發明提供的方法，根據數據包隊列長度，基於隨機博弈理論，不斷調整競爭窗口傳輸概率矩陣，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣，從而得到最優競爭窗口大小，提高了吞吐量，在enb基站隊列長度較長時，降低了數據傳輸等待時間。當然，實施本發明的任一產品或方法必不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法的流程圖；

圖2為本發明實施例提供的更新信道接入參數的流程圖；

圖3為本發明實施例得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣的流程圖；

圖4為本發明實施例在實際應用中，與不同調整信道競爭窗口的機制下的laa網絡吞吐量的比較示意圖；

圖5為本發明實施例提供的基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整裝置的結構示意圖；

圖6為本發明實施例提供的電子設備結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

為了實現在環境變化的情況下，根據數據包隊列長度，動態調整競爭窗口的大小，在enb基站隊列長度較長時，降低了數據傳輸等待時間，本發明實施例提供了一種基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法、裝置及設備，以下分別進行詳細說明。

圖1為本發明實施例提供的基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法的流程圖。

步驟101，傳輸數據包並初始化信道接入參數。

本發明涉及無線通信技術領域，適用於例如lte(longtermevolution,長期演進)網絡，4g網絡等無線網絡中。

在無線通信標準下，enb基站準備傳輸數據包並將信道接入參數初始化，其中，信道接入參數包括：競爭窗口大小值、退避計數器大小值和競爭窗口傳輸概率矩陣。競爭窗口大小規定當前退避計數器隨機取值的範圍。若競爭窗口越大，退避計數器選擇範圍越大，各節點退避計數器數值相同的概率越小，則等待接入節點發生衝突的概率越小；退避計數器反映了當前節點接入信道前需要監測空閒信道的時隙個數，當節點檢測到的信號強度小於-72dbm時，節點判斷信道空閒，退避計數器減一。當退避計數器減為零時，節點發送當前數據包。當節點有新的數據包需要發送，初始化競爭窗口為最小值為cwmin，退避計數器大小隨機選取在(0，cwmin)中的任意值，競爭窗口選擇概率均勻分布，各競爭窗口初始化時被選擇的概率相同。

一種具體的初始化信道接入參數的方法為，首先判斷當前是否有下行數據傳輸，此處的下行數據傳輸表示的是從基站到用戶的數據傳輸，當判斷出有下行數據傳輸時，即有數據從基站到用戶傳輸，則初始化信道接入參數。考慮本發明應用於下行數據傳輸時，具有一定的實際應用性，但不限於下行數據傳輸時。

步驟102，統計數據包的隊列長度，根據數據包的隊列長度，更新信道接入參數。

本步驟中，在將信道接入參數初始化後，統計數據包的隊列長度，根據統計得到的隊列長度值，選擇最優的競爭窗口使得最大化自身吞吐量，更新信道接入參數。

一種具體的根據數據包的隊列長度更新信道接入參數的方法為統計得到數據包的隊列長度值後，判斷隊列長度值是否小於等於預設長度m；若小於等於預設長度m，則更新信道接入參數。其中，預設長度是根據用戶需求或者工業需要任意設定的，本發明實施例的預設長度設定為一個參數m，當應用的實效性較高時，則m值較小，當應用的實效性較低時，則m值較大。

在更新信道接入參數時，一種具體的更新方法如圖2所示。

步驟201，初始化信道接入參數後，得到當前競爭窗口的吞吐量。

將信道接入參數初始化後，每個enb基站都具有一個初始競爭策略，初始競爭策略中包含著當前競爭窗口的吞吐量。

步驟202，根據當前窗口的吞吐量和數據包的隊列長度，構建關於信道接入參數的線性方程，更新信道接入參數。

本步驟中，根據當前窗口的吞吐量和數據包的隊列長度，構建關於信道接入參數的線性方程，更新信道接入參數的具體過程為：當數據包的隊列長度為預設長度m時，數據傳輸有m+1種狀態，當存在有n種競爭窗口時，那麼競爭窗口傳輸概率矩陣傳輸概率矩陣中有n乘以m+1個元素值，每一個元素值代表在特定隊列長度下，選取任一個窗口大小的概率，其中，每一個概率都會對應一個吞吐量，也會對應著相應的隊列長度。

步驟103，根據隨機博弈理論，重複更新更新後的信道接入參數，調整競爭窗口傳輸概率矩陣，當傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。

本步驟中，根據隨機博弈理論，更新步驟102中的信道接入參數，具體更新方法如步驟202中所述，當數據包的隊列長度改變為(m-1)時，數據傳輸的狀態也隨之改變，變為m種狀態，當存在有n種競爭窗口時，那麼競爭窗口傳輸概率矩陣傳輸概率矩陣中有n乘以m個元素值，每一個元素值代表在特定隊列長度下，選取任一個窗口大小的概率。隨機博弈理論是指在不同基站傳輸數據時，選取一個最優的信道接入參數。

一種具體的重複更新信道接入參數的方法為：重複更新信道接入參數中的競爭窗口傳輸概率矩陣。競爭窗口傳輸概率矩陣中的每一個概率值都對應一個吞吐量，不同狀態下的吞吐量不同，需要根據每種狀態下的概率值計算平均吞吐量，得到優化後的吞吐量。

得到優化後的吞吐量後，各個基站根據獲得的吞吐量，不斷更新信道接入參數中的競爭窗口傳輸概率矩陣，更新方法如步驟202，如此重複更新，直到當更新得到的競爭窗口傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，停止更新。

可選的，當傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣的方法如圖3所示。

步驟301，重複更新信道接入參數中的競爭窗口傳輸概率矩陣，計算更新前和更新後的競爭窗口傳輸概率矩陣的差值，取差值的絕對值。

當根據步驟202的方法更新競爭窗口傳輸概率矩陣時，記錄前一次競爭窗口傳輸概率矩陣值和後一次競爭窗口傳輸概率矩陣值，計算兩次競爭窗口傳輸概率矩陣的差值，並且取差值的絕對值。

步驟302，當差值的絕對值收斂於預設閾值時，停止更新信道接入參數中的競爭窗口傳輸概率矩陣，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。

當絕對值收斂於預設閾值時，其中，預設閾值是根據用戶需求或者工業需要任意設定的，本發明實施例的預設閾值為納什均衡點，即當前後兩次競爭窗口傳輸概率矩陣的差值收斂於納什均衡點時，假設本發明實施例中的納什均衡點為0.01，當前後兩次競爭窗口傳輸概率矩陣的差值小於0.01時，就確定更新後的競爭窗口傳輸概率矩陣為最優競爭窗口傳輸概率矩陣。這表明更新前和更新後的兩次矩陣基本一致，或者誤差範圍非常小，此時得到的就是最優競爭窗口傳輸概率矩陣。

本發明實施例提供的一種基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法，通過初始化信道接入參數，其中，信道接入參數包括競爭窗口大小值、退避計數器大小值和競爭窗口傳輸概率矩陣，統計傳輸的數據包的隊列長度，根據隊列長度，更新信道接入參數，基於隨機博弈理論，不斷重複更新信道接入參數，根據信道接入參數調整競爭窗口傳輸概率矩陣，當傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。本發明提供的方法，根據數據包隊列長度，基於隨機博弈理論，不斷調整競爭窗口傳輸概率矩陣，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣，從而得到最優競爭窗口大小，提高了吞吐量，在enb基站隊列長度較長時，降低了數據傳輸等待時間。

作為本發明實施例的一種實施方式，如圖4所示，圖4示出了在實際應用中，與不同調整信道競爭窗口的機制下的laa網絡吞吐量的值的比較示意圖，圖4中，category2窗口調整機制曲線403、category4窗口調整機制曲線402、應用本發明窗口調整機制曲線401可知，本發明實施例提供的方法與傳統的兩種調整機制，category2窗口調整機制曲線403和category4窗口調整機制曲線402相比較可知，可以得到最大吞吐量，實現了優化。

本發明還提供了一種基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整裝置，裝置的結構圖，如圖5所示，包括：

初始化模塊501，用於傳輸數據包並初始化信道接入參數；信道接入參數包括：競爭窗口大小值、退避計數器大小值和競爭窗口傳輸概率矩陣；

統計模塊502，用於統計數據包的隊列長度，根據數據包的隊列長度，更新信道接入參數，得到更新後的信道接入參數；

更新模塊503，用於根據隨機博弈理論，重複更新更新後的信道接入參數，調整競爭窗口傳輸概率矩陣，當傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。

本發明實施例提供的一種基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整裝置，通過初始化信道接入參數，其中，信道接入參數包括競爭窗口大小值、退避計數器大小值和競爭窗口傳輸概率矩陣，統計傳輸的數據包的隊列長度，根據隊列長度，更新信道接入參數，基於隨機博弈理論，不斷重複更新信道接入參數，根據信道接入參數調整競爭窗口傳輸概率矩陣，當傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。本發明提供的方法，根據數據包隊列長度，基於隨機博弈理論，不斷調整競爭窗口傳輸概率矩陣，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣，從而得到最優競爭窗口大小，提高了吞吐量，在enb基站隊列長度較長時，降低了數據傳輸等待時間。

可選的，初始化模塊501包括：

判斷子模塊，用於判斷是否有下行數據包的傳輸；

初始化子模塊，用於判斷有下行數據包的傳輸時，初始化信道接入參數。

可選的，統計模塊502，包括：

統計子模塊，用於統計數據包的隊列長度，判斷隊列長度是否小於預設長度；

更新子模塊，用於判斷隊列長度小於預設長度時，更新信道接入參數。

可選的，統計子模塊具體用於將數據包的隊列長度，採用線性計算，得到最大化的吞吐量；

更新子模塊具體用於根據最大化的吞吐量，採用線性計算，更新信道接入參數。

可選的，更新模塊503具體用於根據隨機博弈理論，重複更新信道接入參數中的競爭窗口傳輸概率矩陣。

可選的，更新模塊503具體用於計算更新前和更新後的競爭窗口傳輸概率矩陣的差值，取差值的絕對值；當差值的絕對值收斂於預設閾值時，停止更新信道接入參數中的競爭窗口傳輸概率矩陣，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。

本發明還提供了一種電子設備，如圖6所示，包括處理器601、通信接口602、存儲器603和通信總線604，其中，處理器601，通信接口602，存儲器603通過通信總線604完成相互間的通信；

存儲器603，用於存放電腦程式；

處理器601，用於執行存儲器603上所存放的程序時，實現本發明的基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法步驟，具體實現如下步驟：

傳輸數據包並初始化信道接入參數；信道接入參數包括：競爭窗口大小值、退避計數器大小值和競爭窗口傳輸概率矩陣；

統計數據包的隊列長度，根據數據包的隊列長度，更新信道接入參數，得到更新後的信道接入參數；

根據隨機博弈理論，重複更新更新後的信道接入參數，調整競爭窗口傳輸概率矩陣，當傳輸概率矩陣收斂於預設閾值時，得到最優的競爭窗口傳輸概率矩陣。

本發明還提供了一種計算機可讀存儲介質，計算機可讀存儲介質內存儲有電腦程式，電腦程式被處理器執行時實現本發明的基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法步驟。

上述電子設備提到的通信總線604可以是外設部件互連標準(peripheralpomponentinterconnect，簡稱pci)總線或擴展工業標準結構(extendedindustrystandardarchitecture，簡稱eisa)總線等。該通信總線604可以分為地址總線、數據總線、控制總線等。為便於表示，圖中僅用一條粗線表示，但並不表示僅有一根總線或一種類型的總線。

通信接口602用於上述電子設備與其他設備之間的通信。

存儲器603可以包括隨機存取存儲器(randomaccessmemory，簡稱ram)，也可以包括非易失性存儲器(non-volatilememory)，例如至少一個磁碟存儲器。可選的，存儲器603還可以是至少一個位於遠離前述處理器的存儲裝置。

上述的處理器601可以是通用處理器，包括中央處理器(centralprocessingunit，簡稱cpu)、網絡處理器(networkprocessor，簡稱np)等；還可以是數位訊號處理器(digitalsignalprocessing，簡稱dsp)、專用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit，簡稱asic)、現場可編程門陣列(field－programmablegatearray，簡稱fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯器件、分立硬體組件。

需要說明的是，本發明實施例的裝置、電子設備及存儲介質分別是應用上述基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法的裝置、電子設備及存儲介質，則上述基於隨機博弈理論的動態競爭窗口調整方法的所有實施例均適用於該裝置、電子設備及存儲介質，且均能達到相同或相似的有益效果。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

本說明書中的各個實施例均採用相關的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對於系統實施例而言，由於其基本相似於方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護範圍內。