面向即时消息业务的低时延传输技术

发布时间：2020-05-25 00:01

【摘要】：即时消息业务(以下简称IM业务)是互联网(特别是无线互联网)中最常见,最重要的业务之一。IM业务包含在线信息更新、实时消息传递两种服务。低时延传输是IM业务最重要的性能要求,是IM业务良好运行的前提。然而,在线信息更新服务中,现有的小数据包周期性发送的传输模式会打断运行IM业务的设备(特别是移动设备)的休眠,造成高能耗;采用多跳传输可以有效地降低设备的发送功率,减小能耗,却又会带来数据传输时延增大等新问题。在实时消息传递服务中,IM业务用户同时使用一个或多个子业务(如视频会话、语音会话、文本会话等),低时延传输意味着使用户的时延感知低。然而,每个子业务的时延性能、用户对子业务种类的使用偏好\当前的网络情况都会对用户的时延感知造成影响。本学位论文针对无线网络中的IM业务,研究在线信息更新服务、实时消息传递服务的低时延传输技术。针对在线信息更新服务,研究在能量捕获供电的无线多跳网络中,移动设备(以下简称MD)在能量受限且存储的能量动态变化的情况下的数据传输方式和时延最小的中继节点选择方法。为减轻能量限制,设计了降低中继节点能耗的新的聚合转发数据传输方式,中继节点在其不传输时接收其它节点传给它的数据包,在其传输时将所有数据包打包一齐发出。为寻找使时延最短的中继节点选择方案,建立了以能耗为限制,最小数据包平均端到端时延为目标的优化问题。为解决优化问题求解过程中的非因果难题,将无限时长的最优中继选择问题转化为有限状态数的马尔科夫决策过程。为兼顾求解复杂度低和决策最优,提出了离线生成“系统状态—时延最小的中继选择决策”查找表和在线使用查找表快速生成时延最小的中继选择决策的完整方法。这样就以离线的方式完成大计算量的查找表生成工作,获得每个状态的最优中继选择决策;在线生成中继选择决策只需进行查表操作,复杂度低,速度快,满足实时性要求。针对实时消息传递服务,研究在一个IM业务用户同时使用多个子业务的情况下的用户时延感知评价模型,并依据此模型设计低时延的数据调度算法。为度量子业务对用户时延感知的影响大小,定义了子业务的关注度。并依据用户每一时刻只能关注一个实时子业务的特点,判定关注度最高的子业务为用户当前关注的子业务,称为用户的代表业务。为比较不同类型的子业务的时延性能,定义了子业务的归一化评分。为度量用户时延感知,定义用户代表业务的归一化评分为代表业务质量。为跟踪用户关注的子业务,设计了子业务关注度更新过程,依据网络参数变化,实时跟踪用户行为。利用上述用户时延感知评价模型,设计了最小代表业务质量优先的调度算法,该算法分为两步,首先选择用户时延感知最差的用户,然后对该用户的所有子业务依据它们的关注度大小选择一个子业务进行数据传输。此算法可以有效的分配资源给对用户时延感知影响大的子业务,降低网络中所有IM业务用户的最大时延,实现低时延传输的同时还兼顾了 IM业务用户之间时延感知的公平。
【图文】：

服务类型,服务内容,低能耗,电池供电

考虑ＩＭ业务数据传输的能耗问题主要因为ＭＩＭ业务比重日益增大。ＭＩＭ业务在移动设备（Ｍｏｂｉｌｅ邋Ｄｅｖｉｃｅｓ，邋ＭＤ）大多以电池供电，且其主要的能耗是用于数据传输，所以设传输技术以保证其适应ＭＤ的低能耗要求也是重中之重。同时（Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ，邋ＥＨ）作为移动设备能量来源的趋势愈发电池供电网络一样对数据传输有低能耗要求外，ＥＨ供电的网备的动态性。因此，动态能量储备下的低能耗数据传输技术是的一大挑战。逡逑满足ＩＭ业务上述的要求、应对在ＭＤ上支持ＩＭ业务的趋势对ＩＭ的业务特征进行分析。如图１－１所示，ＩＭ业务包含两种信息更新和实时消息传递［６］。其中，在线信息更新服务用于接收信息，有索取和订阅两种方式；而实时消息传递服务则用来传，这些信息有视频会话、语音会话和文本会话三种形式。逡逑业（ＩＭ）逡逑

在线信息,性能指标,影响因素,能耗

为了评估前文中所述ＩＭ业务需求是否得到满足，需要明确ＩＭ业务中在线逡逑信息更新和实时消息传递两种服务的性能指标。逡逑在线信息更新服务的主要性有两种，分别为能耗和更新时延，如图１－２逡逑所示。其中，能耗性能主要是ＭＩＭ业务中所考虑的。逡逑？能耗。Ｍ１Ｍ业务运行在ＭＤ上，ＭＤ的活跃状态、休眠状态切换及能耗如图逡逑１－３所示。其中ｒ为从活跃状态到休眠状态所需的静默时间。由图可见，每逡逑当有数据需要传输时，ＭＤ切换至活跃状态；如果ＭＤ在数据传输后的ｒ时逡逑间内无数据传输，，ＭＤ切换至休眠状态。因此，ＭＤ能耗的影响因素为１）逡逑在线信息的更新频率；２）进入休眠前的静默时间长度Ｆ；邋３）邋ＭＤ的传输功逡逑３逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.0

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