[发明专利]TDMA协议的预测控制方法

摘要

本发明公开了一种TDMA协议的预测控制方法，用于解决现有TDMA协议通信效果差的技术问题。技术方案是采用前馈和反馈相结合，首先基于实时排队论模型，预测TDMA通信系统的允许到达率，完成前馈控制；接着通过反馈控制进一步纠正前馈模型建模复杂实时通信系统的不准确性。该方法有效地回避TDMA通信系统中的流量峰值问题，使节点接入更为迅速，系统通信更为稳健。由于动态地进行TDMA协议的拥塞控制，当通信节点检测到拥塞发生时，对节点的数据时隙资源分配采用接纳控制的方法，接纳或拒绝新的业务，从而有效回避了瞬时的流量峰值与网络拥塞。由于该方法可使节点接入更为迅速，通信资源利用率更高。

主权项

1.一种TDMA协议的预测控制方法，其特征在于包括以下步骤：由实时队列预测器与前馈控制器组成的前馈控制单元，由拥塞检测器、反馈控制器和时隙资源管理器组成的反馈控制单元实现；对业务到达、服务时间和截止期的如下假设：（a）业务到达服从一个更新过程，到达间隔分布由均值1/λ和标准差σ_a确定；（b）业务有一个随机服务时间分布，由均值1/μ和标准差σ_s确定；（c）每个业务有一个相对的随机截止期，服从G分布；由概率论得截止期平均值的一个标准结论D‾=∫0∞(1-G(x))dx;]]>（d）业务到达时间间隔，服务时间和截止期之间相互独立；令ρ＝λ/μ，实时排队论给出了最早截止期优先在重负载情况下的近似截止期错过率：MEDF=e-θD‾---(1)]]>假设TDMA通信系统的服务率μ为一个定值，到达率λ服从λ的指数分布，对公式（1）进行推导，得到截止期平均值与错过率M_EDF满足下述关系：MEDF=e-(2λμ2-2μ)×D‾---(2)]]>据此，在已知截止期平均值和参考系统错过率M_EDF的前提下，实时队列预测器对下一个控制周期系统允许的到达率进行预测：λ′=22-lnMEDFDμ2---(3)]]>并据此调节到达率λ，完成对系统错过率的前馈控制；拥塞检测器实时采样系统当前真实的错过率经上述前馈控制后的系统错过率与参考错过率M_EDF间的偏差ΔM_EDF将不为0；反馈控制器计算真实错过率与参考错过率M_EDF间的偏差ΔM_EDF，再计算到达率的调节量Δλ，以使该偏差尽可能地接近于零；因为前馈控制将通信系统的状态调整到反馈控制的有效范围之内，所以反馈控制时考虑ΔM_EDf和Δλ之间的直接数学关系；考虑到控制的到达率λ是一个随机过程的概率分布，主要的影响因素是到达时间间隔T_a，即因此在事件域内执行，即达时间间隔的变化ΔT_a对错过率变化ΔM_EDF的控制；通过如下方法得到到达时间间隔和错过率之间的关系：1）不加控制算法，直接改变到达时间间隔从而得到系统的错过率；2）运行仿真程序，得到相应的系统的错过率；3）进而得到系统的到达时间间隔与错过率之间的数学关系：Ta=0.0339MEDF-0.1275---(4)]]>到达时间间隔的变化ΔT_a和错过率变化ΔM_EDF之间的关系如下：ΔT_a(n)＝-0.00432225×M_EDF(n-1)^-1.1275×ΔM_EDF(n-1)   (5)使用第(n-1)时间段的状态对第n时间段进行控制；因为错过率只取正值和零，这就使得反馈控制是一个单调过程，即如果有错过，系统的到达率降低；由于错过率不会出现负值，系统的到达率始终不会上升，导致时隙利用率将越来越低；对此，再给系统加一个时隙利用率控制，即当系统的时隙利用率超过一个上限0·96时，不管有没有错过，都将采用前面的接纳控制机制来控制系统的利用率；时隙资源管理器采用一个饱和模块，对上述计算得到的到达率进行限制：λq=0λ<0λ0≤λ≤aaλ>a---(6)]]>式中，λ_q为允许到达率，a为新的移动台请求数；接着将λ_q作为通信系统的应答，发送给移动台；当λ_q＝0时，移动台未获得数据发送权，当λ_q≠0时，获得数据发送权的移动台依据允许时间间隔λ_q来调节发射速率。