专利名称：一种数据访问方法
技术领域：
本发明涉及宽带无线通信网络技术领域，特别是涉及一种数据访 问方法。
背景技术：
随着无线通信技术的快速发展，无线移动终端(例如手机、PDA、 笔记本电脑等)越来越普及，无线网络的应用范围也越来越广。无线 网络的一个应用是按需的数据访问，也就是将所有数据存储在某特定 的服务器中，无线终端可以根据需要向该服务器发送请求，从而获得 所需要的数据。该技术可以广泛应用于无线数据点播以及无线视频点 播中。但是，目前常用的随机访问技术是时隙ALOHA方式，它并不 是一种高效的方法，因此能有效地实现按需数据访问是一个新时期需 要解决的重要问题。
现有的无线网络技术主要有IEEE 802.11系列标准、正EE 802.16 系列标准、WCDMA、 CDMA2000、 TD-SCDMA等。但在这些技术 规范中并没有考虑按需数据访问的特殊性。若利用它们实现无线数据 点播等类似业务，会造成一定程度的终端能量浪费。另一方面，考虑 到无线终端的能量有限，因此，上述通用技术不适合用于按需数据访 问业务。
现有技术的基于PMP ( Point-to-MuWpoint，点到多点)拓扑结构 的网络，如图l所示。该网络中有一个服务器和多个无线终端，终端 与服务器之间是通过无线链路连接。网络拥有一个上行信道和一个下 行信道。终端利用上行信道向服务器发送数据下载请求，为了节省能 量，要求终端不监听上行信道，因此每个终端不可能知道其他终端是 否发送下载请求；服务器利用下行信道向所有终端广播数据。
4该网络的基本系统模型如图2所示。该系统以L秒为 一个操作周 期。在每个周期内，终端会根据需求不定时地向服务器发送请求，要 求服务器广播所需要的数据，如图2所示，仏(《)表示终端i发送请求， 要求服务器广播数据《。然后，再下一个周期的开始时刻，服务器检 查自己已经成功接收到的请求，并根据这些请求向所有终端广播对应 的数据。与此同时，每个终端会监听服务器的广播数据，检查是否有
自己需要的数据如果有，终端接收数据，本次请求完成；如果没有， 终端将重新发送请求并等待下一次广播。终端执行该程序，直到成功 接收到所需要的数据为止。
在上述的基本搡作中存在以下两个问题
第一，没有考虑请求数据包之间发生碰撞的影响。因为只有一个 上行信道，所以它是被所有终端共享的。如果不同终端在同一时刻发 送数据下载请求，那么携带请求数据的数据包会发生碰撞，于是服务 器无法正确接收这些发生碰撞的请求。在这种情况下，终端可能会在 下一周期再次发送请求。这一方面会造成终端能量浪费，另一方面会 降低上行信道的使用效率，导致终端的等待时间增大。
第二，可能会有冗余请求。由于每个终端不知道其他终端是否发 送请求的情况，因此在一个周期内，可能有多个终端发送请求，要求 服务器广播相同的数据。如图2所示，在时间t到时间t+L内，终端 j和k都要求服务器发送数据。实际上，这种情况并不需要两个请求， 只要其中一个请求发送成功，两个终端都会在下个周期接收到所需要 的数据。也就是说，当某个节点需要获得数据时，即使它不向服务器 发送请求，它也有可能收到所需要的数据。显然，冗佘请求一方面会 造成能量浪费，另一方面会加剧碰撞的发生。
发明内容
本发明实施例要解决的问题是提供一种数据访问方法，在终端能 量受限的无线网络中，有效地实现按需的数据访问，以达到节省能量，延长终端电源使用时间的目的。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供 一种数据访问方 法，所述方法包括以下步骤获取终端的最佳发送概率；当所述终端 需要从服务器获取数据时，根据所述最佳发送概率向服务器发送请
求；在下一周期，所述终端接收服务器发送的数据。
其中，当所述终端没有接收到服务器发送的数据时，所述方法还 包括判断所述终端向服务器发送请求的次数是否大于预先设定的阈 值，如果否，则再次根据所述最佳发送概率向服务器发送请求。
其中，如果所述终端向服务器发送请求的次数大于预先设定的阈 值，则所述终端以概率1向服务器发送请求。
其中，所述预先设定的阈值为2。
其中，在所述获取终端的最佳发送概率的步骤中，具体包括 根据公式
<formula>formula see original document page 6</formula>
获取终端的最佳发送概率；
其中，/是终端的最佳发送概率； <formula>formula see original document page 6</formula>
m是在当前周期希望得到同 一个数据的终端的个数； A是每个请求的平均碰撞概率；
A ，
A是终端向服务器发送一个请求消耗的能量； ^是在每个周期的开始，终端等待接收数据但没有接收到数据 消耗的能量。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点 本发明实施例避免了终端之间的协商，有效减小了系统开销和延 时，节省了能量；终端以选定的最优概率值来确定是否要发送请求，有效减少了冗余请求， 一方面节省了能量，另一方面减少了数据包冲
突，提高了系统效率；从而有效延长了终端电源的使用时间；支持基 于PMP的网络体系架构；系统复杂度低，实现简单，且具有很强的 扩展性。
图l是现有技术的 一种基于点到多点拓扑结构的网络图； 图2是图1中该网络的基本系统模型图； 图3是本发明实施例的 一种基本系统模型图； 图4是本发明实施例的一种终端的工作流程图； 图5是本发明实施例的 一种服务器的工作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细
描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 在按需数据访问网络中，减少不必要的请求可以减少能量消耗，
减少请求数据包的碰撞，从而达到提高系统效率，增加终端电源的使 用时间的目的。也就是说，当一个终端需要获取某个数据时，它可以 依某个概率发送请求，以达到减小能耗、减少碰撞的目的。而确定终 端发送请求的最佳概率就成为解决问题的关键。
通常，节点间需要进行一定程度的合作才能确定节点发送请求的 最佳概率。在分布式的网络中，用于节点合作的数据开销会消耗能量， 并增加系统延时。为了解决这个问题，本发明用非合作博弈来描述按 需的数据访问，并利用博弈论的相关理论来得到终端发送请求的最佳 概率值。
为了更清楚地描述该非合作数据访问博弈，本发明引入下列符
号
TV: iV = {l，2， ■"}，所有终端的集合。 《。to,:每个终端的总 能量。从准备发送一个请求到接收到相应的数据，终端i平均消 耗的发送能量。
终端i接收一个数据包平均消耗的能量。 A:终端向服务器发送一个请求消耗的能量。 &:在每个周期的开始，终端等待接收数据但没有接收到数据消 耗的能量。
A:终端i的策略，也就是i发送请求的概率，02《、1。
s: S = "A,j )，在某个周期内，所有终端发送概率的联合。
S: S = {s|s = 终端的策略集，即终端联合发送概率的
〃,"、:，表示终端i的收益函数，也就是终端i能接收
到的总数据包i量r
C/: f/ = {[/,|/eW},表示所有终端的收益函数的集合。
从而，本发明提出的非合作数据访问博弈可以进行如下描述
非合作数据访问博弈就是一个三元组(仏",S)。当每个终端都确
定了它们的发送概率后，基于联合发送概率s,每个终端会得到相应
的收益函数",(s)。
本发明的目标是找到使收益函数最大的策略/。在非合作数据访
问博弈中，/就是该博弈的纳什均衡点，其定义如下
当策略/…,"O满足如下条件
",(/)2",("), "O，l],其中d;,4…"—乂,…力，
那么，/是终端i的纳什均衡点
为了得到系统的纳什均衡点，本发明釆用图3所示的基本系统模 型。当终端i需要从服务器获取数据时，终端i以概率^;决定是否发 送请求，并在下一周期准备接收数据。如果没有接收到所需数据，则 终端i以概率A'进行第二次发送。如果在第三个周期的开始仍然没有
8接收到所需数据，那么，终端i在第三周期以概率l进行第三次发送。
此外，假定系统满足以下三个条件
1. 所有终端的初始能量相同。
2. 服务器经过一段时间的统计可以推断出，在每个周期内，对于 任意数据包a,希望得到该数据包的终端数气。并且在每个周期的开 始，服务器会把这些信息广播给每个终端。
3. 经过一段时间的统计，服务器可以计算出每个请求的平均碰撞 概率，并会把平均碰撞概率广播给每个终端。
那么，本发明就可以计算出每个终端的最佳发送概率，即纳什均 衡点/满足下面的式子
<formula>formula see original document page 9</formula>在上面的式子中，m表示在当前周期有m个终端希望得到同一 个数据，A.表示每个请求的平均碰撞概率。
终端的工作流程可以概括为图4，服务器的工作流程概括为图5。 作为一个特殊的无线通信系统，本发明提出的基于博弈论的按需 数据访问系统有广阔的应用前景。它可以用于小范围内、下行数据流 量远大于上行流量的场景，尤其是一部分数据会被频繁访问的场景。 本发明可以应用于无线数据下载共享。例如，可以在图书馆，利用该 系统来提供资料和文献的查询下载服务。或者在一个公司内部，可以 利用该系统来提供公司内部资料的查询和下载服务。此外，该系统也 可以用于小区无线视频点播业务。
下面讨论一下系统服务器与终端的实施方式。目前符合IEEE 802.11系列标准的发射与终端设备在世界范围内得到了广泛应用。由 于本发明主要涉及通信系统的MAC层，因此，我们可以利用符合 IEEE 802.11系列标准的硬件设备，通过修改硬件驱动来更改MAC 层协议，从而实现本发明提出的基于博弈论的按需数据访问系统。在 系统应用初期，为了方便快捷的实现本系统，还可以不修改硬件驱动，而用应用层程序来模拟基于博弈论的按需数据访问系统。总之，不需
要制作专门的硬件设备，只需要修改IEEE 802.11系列硬件设备的驱
动或者应用程序，就可以方便快捷的实施本发明。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种数据访问方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤获取终端的最佳发送概率；当所述终端需要从服务器获取数据时，根据所述最佳发送概率向服务器发送请求；在下一周期，所述终端接收服务器发送的数据。
2、 如权利要求1所述的数据访问方法，其特征在于，当所述终端没有接收到服务器发送的数据时，所述方法还包括判断所述终端向服务器发送请求的次数是否大于预先设定的阈 值，如果否，则再次根据所述最佳发送概率向服务器发送请求。
3、 如权利要求2所述的数据访问方法，其特征在于，如果所述 终端向服务器发送请求的次数大于预先设定的阈值，则所述终端以概 率1向服务器发送请求。
4、 如权利要求2或3所述的数据访问方法，其特征在于，所述 预先设定的阈值为2。
5、 如权利要求1所述的数据访问方法，其特征在于，在所述获 取终端的最佳发送概率的步骤中，具体包括根据公式<formula>formula see original document page 2</formula>获取终端的最佳发送概率；其中，/是终端的最佳发送概率；m是在当前周期希望得到同一个数据的终端的个数； A是每个请求的平均碰撞概率；<formula>formula see original document page 2</formula>A是终端向服务器发送 一 个请求消耗的能量；^是在每个周期的开始，终端等待接收数据但没有接收到数据 消耗的能量。
全文摘要
本发明公开了一种数据访问方法，所述方法包括以下步骤获取终端的最佳发送概率；当所述终端需要从服务器获取数据时，根据所述最佳发送概率向服务器发送请求；在下一周期，所述终端接收服务器发送的数据。本发明避免了终端之间的协商，有效减小了系统开销和延时，节省了能量；终端以选定的最优概率值来确定是否要发送请求，有效减少了冗余请求，一方面节省了能量，另一方面减少了数据包冲突，提高了系统效率；从而有效延长了终端电源的使用时间；支持基于PMP的网络体系架构；系统复杂度低，实现简单，且具有很强的扩展性。
文档编号H04W74/00GK101448326SQ200810240250
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者伟 李, 樊平毅 申请人:清华大学