【摘 要】
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在无线网络中,为了获得较优的数据流量服务质量,缓冲区管理是一个重要的研究领域。现今新兴的无线mesh网络通信技术低功耗蓝牙Mesh（Bluetooth Low Energy Mesh,BLE Mesh）具有低成本、低功耗、支持“多对多”等特性,其采用泛洪式广播以提供一定的网络传输可靠性,但这同时也导致网络中存在许多冗余数据,增加了网络能耗以及中继丢包率。因此,设计一种有效的缓存队列管理方案以降低蓝
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在无线网络中,为了获得较优的数据流量服务质量,缓冲区管理是一个重要的研究领域。现今新兴的无线mesh网络通信技术低功耗蓝牙Mesh（Bluetooth Low Energy Mesh,BLE Mesh）具有低成本、低功耗、支持“多对多”等特性,其采用泛洪式广播以提供一定的网络传输可靠性,但这同时也导致网络中存在许多冗余数据,增加了网络能耗以及中继丢包率。因此,设计一种有效的缓存队列管理方案以降低蓝牙Mesh网络的丢包率具有重要应用价值。为实现BLE Mesh中继缓冲区的自主管理,本文先将中继节点的中继缓存系统建模为G/G/1/K排队系统;然后,在假设输入输出速率为马尔可夫速率的情况下,通过排队论的分析方法分析缓存容量对系统平均传输时延以及丢包率的影响;接着,在强化学习的基础之上,本文提出一种自适应缓存管理算法Q-Queue,该算法通过使用奖励结构来快速、自主地适应变化的无线网络环境,并采用重复试验来学习哪些动作在哪些状态下最有价值;最后,算法通过选择具有较大价值的动作来调整队列,实现减少系统丢包的目的。本论文通过MATLAB仿真验证了Q-Queue算法在变化的无线网络环境中具有良好适用性这一结论,并进一步在软硬件上实现了该算法。测试结果表明,该算法在蓝牙Mesh网络中表现结果良好,相较于无Q-Queue的情况,网络平均端到端时延提高3.8%,数据包投递率提高了10.7%,而平均中继丢包率减少了8.02%,达到了本文的预期指标。
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