具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于数据包索引比特动态重组算法的数据包重组通信方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1-图2所示，本发明实施例提供的基于数据包索引比特动态重组算法的通信系统包括：

发射机1、AWGN信道2和接收机3；

发射机1包括：BU处理器，用于进行比特单元包切分、过滤、附加特定标志将数据块封装成待发送超级数据包，并注入所述信道编码器；信道编码器，用于进行编码；调制器，用于进行调制。所述特定标志包括：同步信号、起始标志、校验单元和结束标志位。所述BU处理器包括分段器，IB-选择器，数据缓存器，超级数据包的形成，信道编码器和调制器；分段器把发射器输入的BU切分为索引比特IB和信息比特CB，CBs长度恰好等于IB表示的数值；接着，IB-选择器将CB所表示的负载数据块CB_(IB)缓存到以IB块为索引号的子缓冲存储器中，并去除索引比特。然后，从每个子缓冲区中依据其编号从小到大的顺序依次取出一个存储单元，重新组成数据块，并添加新的功能比特，包括同步信号，起始标志、校验比特、结束标志封装成一个新的超级数据包，交由物理层传输；AWGN信道2，用于进行调制数据的发送；

接收机3，用于对接收的信息进行解调、解码，得到各个原始数据BU的信息。

本发明实施例提供的每个IB长度相等，所述每个IB的二进制数值代表对应BU的长度。

本发明实施例提供的基于数据包索引比特动态重组算法的通信方法包括：

利用分段器将每个比特单元包BU切分为一个信息比特CB块和索引比特IB块；将存储器划分为多个缓冲区并对所述多个缓冲区进行编号；同时利用IB选择器根据IB的值查找相应的子缓冲区，将IB信息对应的CB负载数据块存储到选定的子缓冲区中，进行CB块相关的数据的传输。

如图3所示，本发明实施例提供的基于数据包索引比特动态重组算法的通信方法包括以下步骤：

S101，利用分段器将发射器输入的比特单元包BU切分为索引比特IB和信息比特CB，并预先设置缓冲区；将新到达的数据包依次到缓存到与其索引号对应的子缓冲区，并去除索引比特和其他附加功能比特。

S102，从每个子缓冲区中依据其编号从小到大的顺序依次取出一个存储单元，重新组成数据块，并添加新的功能比特，包括同步信号，起始标志、校验比特、结束标志封装成一个新的数据包，交由物理层传输；

S103，接收机依据所到来的数据包中各个存储单元的长度来区分出各个CB信息，并根据数据包中存储单元的排列顺序，补全每个CB对应的IB信息和和其他附加功能比特，拆分数据包即可获得完整的BUs数据。

本发明实施例提供的缓冲区预先设置包括：将缓冲区分为若干个子缓冲区，并且将划分的多个子缓冲区依次进行编号。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例：

在通信网络中，数据一般以多跳方式实现终端之间的信息传输。最常见的在Internet网络中，数据从源结点需经多个网络和路由节点才能到目的结点，而路由节点间的通信效率在很大程度上影响整个系统的通信效率。在当今的物联网、5G和大数据时代，数据体量巨大，数据类型繁多，数据处理速度快，大数据的这些特点对于通信中数据获取、传输和处理提出了新的挑战。本发明提出的IP通信机制对于数据在路由节点间传输时，可极大的节约通信资源，提高通信传输效率。其中，数据1，数据2，…，数据n表示来自不同源节点的数据流，通过本发明提出的IP通信机制在关节点i发送端进行数据存储、调整、重组、封装成数据包在信道上传输。到达在关节点j接收端，恢复数据1’，数据2’，…，数据n’表示数据包在路由节点处拆包发送到不同目的节点的数据流。

适用的一般通信模型由3部分组成，分别是发射机、接收机和AWGN信道，所述发射机包括BU处理器、信道编码器和调制器。其中BU处理器由三个组件组成：分段器、IB-选择器和数据存储器。分段器将发射器输入的BU切分为索引比特IB和信息比特CB两个部分。IB-选择器将CB所表示的负载数据块CB_(IB)缓存到以IB块为索引号的子缓冲存储区中。

在缓冲区中，需要依据每列子缓冲区负载数据流量的多寡，对每列子缓冲区的列宽进行动态调整，以使缓冲区负载数据均衡。各个子缓冲区中的数据按照先进先出的原则，依次取出各个子缓冲区的最底一行数据重组为数据块D₁D₂...D_M(M表示传输数据包中包含的子数据块的个数)，通过附加同步信号、起始标志、校验单元和结束标志位等特定标志将数据块封装成待发送超级数据包注入信道编码器中进行编码，再经调制器调制后，通过AWGN信道发送。

在接收端，接收机对接收的信息进行解调，解码。由于接收机接收的数据包中每个子数据块的长度和编号可知，这样就可分辨出其中的CB信息，进而依据子数据块的编号和其对应CB信息，从中解读出隐藏的IB信息，即可拆包恢复各个原始数据BU的信息。

下面对本发明的工作原理作进一步介绍：

假设输入发射机的任一BUs数据包的长度为X，则该BUs经分段器被分为索引比特IB与信息比特CB两部分，则有BU＝IB+CB。

假设IB块的长度为K，则对应的CB块可能的长度为m＝(X-K)∈{1，2，....，m，...，M}，且满足M＝2^K-K。定义向量表示输入发射机的BUs的数据信息，这里g_i表示一位二进制比特。再定义两个子向量G₁＝{g₁，g₂，g₃，...，g_K}和分别表示对应的IB块与CB块的数据信息。本发明后面将用G₁和G₂分别替代IB和CB。

BU与IP数据包的组成类似，由首部与数据部分组成，其中G₁属于数据部分的固定长度块，G₂含首部和其余数据部分信息，则G₂的长度不小于首部长度。

1)负载数据块的存储

为了方便后文中的计算与论述，假设信息比特G₂可能的长度m∈{1，2，...，m，...，M}。

如图4所示，设缓冲区为L行N列大小的存储器，把固定宽度为N的缓冲区分解为若干列子缓冲区，每子缓冲区依次编号为1、2、3、...、M，称其编号为其索引号，用变量i表示。再定义进入每列子缓冲区的负载数据块为CB_(IB)＝G₂(i)，则IB-选择器会依据对应G₁的数值，把G₂(i)缓存到存储器索引号为i＝G₁-K的子缓冲区中。具体缓存方式如下表1所示：具体来说就是将进入发射机的BUs先分成两个部分，再把各个G₂(i)按先进先出原则依次缓存到与G₁对应的索引号为i的子缓冲区中。

设索引号为i的子缓冲区的宽度为n_i。则缓冲区中总的宽度满足N＝n₁+n₂+...+n_M。

2)存储器中各个子缓冲区列宽的动态分配

由于发射机的输入BUs的多样性及出现概率的不确定性，导致缓冲区输入CB_(IB)的多样性和不稳定性，进而造成以数据块为缓冲单位的缓冲区中负载不均衡。如一些子缓冲区存储了大量的数据而另一些子缓冲区存储的数据较少，造成存储器中一些子缓冲区过于拥堵，而另一些子缓冲区非常空闲。

缓冲区负载不均衡将造成资源的浪费，通信效率的低下，影响整个通信的性能，更严重的将会引起通信待滞。这些问题是通信双方都不愿出现的，但因发射机输入的BUs具体情况无法操控，所以只能解决缓冲区中负载不均衡的问题。

针对负载均衡问题提出的负载均衡算法，一般分为动态负载均衡算法和静态负载均衡算法。本发明根据缓冲区中CB_(IB)存在的实际情况，选择动态负载调整方案，调整子缓冲区的列宽以实现缓冲区负载均衡，称此过程为缓冲区的动态调整，此负载均衡方法为“数据流注水压力平衡法”。

为具体阐述该方法，首先定义进入各个子缓冲区G₂(i)的个数为向量c＝{c₁,c₂,…,c_i,…,c_M}，进入各个子缓冲区的数据量可依次表示为向量这里为区分子缓冲区在动态调整前后的宽度与高度值，现定义动态调整后索引号为i的子缓冲区宽度为n′_i，高度为h′_i。假设首次进入缓冲区的负载总信息量为Φ时，缓冲区开始第一次动态调整。则有

缓冲区利用“数据流注水压力平衡法”调整子缓冲区的宽度，使其负载数据“水位高度”压力均衡，即保持各子缓冲区数据高度的一致性。在缓冲区总宽度一定的条件下，根据Φ和N可初步估计缓存区动态调整后的有效高度h为子缓冲区宽度n′_i为其中 表示向上取整运算，[·]表示取整运算。为了接近理想性能，再定义向量a＝{a₁，a₂，...，a_i，...，a_M}，且a_i满足同时，定义变量b，使其满足b＝(n′₁+n′₂+...+n′_M)-N。

数据流注水压力平衡法动态调整子缓冲区的宽度和高度的步骤如下：

①若h与n′_i使a_i＝0和b＝0，则h′_i和n′_i为缓冲区动态调整后索引号为i的子缓冲区的高度与宽度值，且h_max＝h。

②若h与n′_i使a_i≠0，且使式(20)中b＜0，则对a₁，a₂，…，a_M进行升序排列，对序列中排在前b的子缓冲区的宽度减1，高度加1；若经初次调整后的n′_i，使得b＝0，则h′_i和n′_i为缓冲区动态调整后索引号为i的子缓冲区的高度与宽度值，h_max＝h+1。

③若h与n′_i使a_i≠0，且b＜0时，则对a₁，a₂，...，a_M进行降序排列，对序列中排在前b的子缓冲区的宽度加1，高度减1；若经初次调整后的n′_i使得b＝0，则h′_i和n′_i为缓冲区动态调整后索引号为i的子缓冲区的高度与宽度值，h_max＝h。

④若经初次调整后的h′_i和n′_i使b≠0，则令再重复上述操作。经过“数据流注水压力平衡法”调整，索引号为i的子缓冲区的宽度n′_i与高度h′_i分别为n′_i＝[p(i)*N]和缓存区的有效高度为且h满足h＝min{h′₁，h′₂，...，h′_i，...，h′_M}。

缓冲区负载均衡后的CB_(IB)以子数据块(其中D表示子数据块，n_i与j分别为编号为i的子缓冲区的列宽和行号)的形式存储。当动态调整前的子缓冲区i较空闲时，需调整n_i使其变小，调整后多个存储一个CB_(IB)，如图5(a)所示；当动态调整前的子缓冲区i较拥挤时，需调整n_i使其变大，调整后一个存储多个CB_(IB)，如图5(b)所示；只有当子缓冲区i中CB_(IB)到来稳定且等概率时，调整后如图5(c)所示。(注意这里图5所示只是一个最简单情况的示意图，并不代表完整的情况就是这样。)

需特别注意：当子缓冲区i中的CB_(IB)不足以重新组成一个时，也需用一个来存储，或者和相邻CB_(IB)的一部分组成一个缓冲区CB_(IB)经动态调整后的存储模型如图6所示。

3)待发送超级数据包的形成过程

动态调整后的子缓冲区保持列宽不变，其位置仿佛被固定了不再改变，称此过程为缓冲区的固化。如图7，缓冲区固化后，最底层的M个子数据块依据子缓冲区序列号从小到大的顺序依次取出、重组为数据块D₁(n₁)D₂(n₂)...D_M(n_M)，添加同步信息，起始标志、校验单元、结束标志后进行封装，形成一个待发送超级数据包，经编码调制后交由物理层传输，如图7所示。当待发送超级数据包形成后，缓冲区中子数据块均下降一行，此时次底行子数据块变为最底行子数据块，当重组的超级数据包被发送后，缓冲区新的最底行的M个子数据块再次按子缓冲区序列号从小到大的顺序依次取出、重组为数据块D₁(n₁)D₂(n₂)...D_M(n_M)，添加同步信息，起始标志、校验单元、结束标志后进行封装形成新的待发送超级数据包。如此循环往复，直到所有固化数据被传输完。当新进入缓冲区的数据存储在宽度已固化的子缓冲区中，若使缓冲区负载不均衡，且难以形成新的超级数据包时，缓冲区才再次进行动态调整。

接收机在接受到超级数据包后，可依据超级包中蕴含的子数据块编号和长度信息得到CB_(IB)信息，继而补全每个CB_(IB)对应的IB信息和其他附加功能比特，从而获得完整的BU信息，完成接收端的拆包处理。

综上，该设计的传输效率可推导如下：

设长度为X(i)的BUs出现的统计概率为p(i)，输入发射机的BUs的期望长度为X′，则X′满足X′＝∑_iX(i)*p(i)，这里c_i表示长度为X(i)的BUs进入缓冲区的具体个数。

通信发送方缓冲区存储的G₂(i)和传输的超级数据包，都只是输入发射机的BUs中的G₂块信息。而其中的G₁数据则隐含在超级数据包固有的顺序中，以此来提高通信的传输效率。则传输效率η可表示为由此可知η＞1恒成立，表明该方法从本质上提高了数据传输效率。

在本发明中，提出了一种基于数据包索引比特动态重组算法的通信机制，该设计综合考虑了影响通信效率的主要因素，利用索引比特(IB)的概念来提高传输效率。首先将每个BU划分为IB和CB两部分，每个IB长度相等，其二进制数值代表对应BU的长度。在发送端，为临时缓存CBs准备了一个存储器，并预先将其划分为多个子缓冲区。每个CB根据其IB装载到特定的子缓冲区中，在存储和传输过程中仅涉及每个BU中的CB信息，而IB信息隐藏在其子缓冲区的编号和长度信息之中，这可有效提高通信效率。然后，为解决子缓冲区的负载不平衡的问题，提出了一种动态平衡的方法--数据流注水压力平衡法，对每个子缓冲区的宽度进行迭代调整以尽可能保持各子缓冲区水位的一致性，获得更高的传输效率增益。

4)接收机解超级数据包过程

接收机在接受到超级数据包后，可依据超级包中蕴含的子数据块编号和长度信息得到CB_(IB)信息，继而补全每个CB_(IB)对应的IB信息，从而获得完整的BU信息，完成接收端的拆包处理。

(一)问题建模

为了更加详细说明，用1bit标记适用于本发明的数据包，以区别于一般的IP数据包。以传感器网络中的传感器数据在路由节点间的传输为例,具体过程描述如下：

假设输入发射机的任一BUs数据包的长度为X，则该BUs经分段器被分为索引比特IB与信息比特CB两部分，则

BU＝IB+CB (1)

设索引号为i的子缓冲区的宽度为n_i。则缓冲区中总的宽度满足

N＝n₁+n₂+...+n_M (2)

先定义进入各个子缓冲区G₂(i)的个数为向量c＝*c₁,c₂,…,c_i,…,c_M}。设长度为X(i)的BUs出现的统计概率为p(i)，输入发射机的BUs的期望长度为X′，则X′满足

这里c_i表示长度为X(i)的BUs进入缓冲区的具体个数。

1、提高传输效率的途径：

通信发送方缓冲区存储的G₂(i)和传输的超级数据包D₁(n₁)...D_M(n_M)，都只是输入发射机的BUs中的G₂块信息。而其中的G₁数据则隐含在超级数据包D₁(n₁)...D_M(n_M)固有的顺序中，以此来提高通信的传输效率。则传输效率η可表示为^[12]

2、为提高通信效率，节约通信资源，需对缓冲区进行动态调整使缓冲区负载均衡。而为确保双方可靠通信，发送方需定期发送缓冲区动态调整后的各个子数据块长度信息(也就是各个子缓冲区宽度信息)到接收机，以便接收机完成隐含信息G₁的恢复。此过程增加了算法的复杂度，产生了额外数据传输消耗，称为反馈数据开销，记为F。

F只有在缓冲区进行动态调整后才有可能产生，该开销会降低通信传输效率。反馈数据开销与缓冲区动态调整后的有效缓冲高度具有直接的关系。每次传输的用于接收方完成隐含信息G₁恢复的反馈数据，至少到下次子缓冲区动态调整之前是有效的。则由F导致下降的通信效率可以表示为

这里，s为每列子缓冲区反馈数据开销位数，其中h为整数，表示缓冲区有效高度。其中为了使得F尽可能的小，利用数据的差分形式来传输反馈数据，即本次动态调整后与上一次调整后的同列子缓冲区表示的二进制数值之差的最大值，所表示的二进制位数作为本次调整后的每列子缓冲区的开销位数。利用该方法进行多次调整后，开销位数会有所减小最终趋于稳定，则F也会随之降低最终保持平稳。

3、通信时延指数据从进入发射机开始，到接收机接收到超级数据包的这段时间差。数据在通信系统信道中传输，通信延时是不可避免的。

通信时延一般包括处理原始数据的时延(BUs切分为IBs+CBs时间，CBs进入存储器相应位置存储的时间)、排队时延(又称等待时延，缓冲区中子数据块等待从缓冲区发出的时间)、发送时延(待发送超级数据包形成到发送的时间)及传输时延(超级数据包在信道上传输的时间)。由于处理原始数据时延，发送时延和传输时延所花费的时间基本上可以确定，且这些处理时间可以和数据传输同时进行。所以本次主要考虑等待时延，其他时延本发明不作考虑。

假设超级数据包在信道上的传输速率为v，信道中每个数据包传输的时间为Δt，则有

进一步可以得到缓冲区数据块等待的最大时延ΔT为

ΔT＝Δt*h_max (7)

其中h_max表示缓冲区动态调整后的最大缓冲高度。

因缓冲区存储了大量的数据信息，且每个数据在信道上传输存在时延，则数据信息在缓冲区产生了等待时间。而信息从发送机到接收机的时延会影响通信质量，所以为保证通信质量，通信时延须控制在一定范围内。综合考虑通信效率与传输效率，规定通信时延保持在T₀以内，有

ΔT≤T₀ (8)

4、由于缓冲区存储了大量的负载数据，为充分利用缓冲区资源，提高信息传输效率，缓冲区需动态调整以使缓冲区负载均衡，这就对存储器中的存储容量提出了要求，其中所需要的存储容量称之为存储开销，记为S。S的取值与存储器容量和通信时延有关，有：

S＝N*h_max s.t.ΔT≤T₀ (9)

5、BUs代表着不同源节点和目的节点的传感器数据，在物理层传输经同一路由节点路径时，其BUs的包头会携带同步等相关信息，以便数据信息能在同一路由节点进行同步处理，以提高传输效率。而数据在进入缓冲区存储时，只存储了BUs中的CB部分，其中的IB部分和包头信息(含同步信息位)都将被除去；而超级数据包由缓冲区均衡后的重组数据块添加一个包的同步信号，起始标志、校验单元、结束标志后封装而成。如下图所示：

虽然数据包在封装过程中添加的标志比特，增加了重组数据在信道中传输的开销，但此开销相较于数据在存储和传输过程中所节省的大量同步信息，包头信息以及IBs等相关信息比特开销而言，对通信效率的影响可忽略，因此该开销在本发明中不作考虑。

6、综上，缓冲区动态调整后的有效缓冲高度h是否合适在很大程度上影响通信双方的整体通信效率。综合考虑影响通信效率的主要因素，定量分析通信开销和通信时延，规划出通信开销最小，通信时延最佳，通信效率最优的方案。根据η、ΔT及S的关系，本发明定义通信效率的效用函数为U＝η-F。因此，本发明的优化目标函数可以表示为

maxU＝η-F s.t.ΔT≤T₀ (10)

(二)子缓冲区数据块宽度的动态调整策略

本部分先通过分析上面优化目标方程(10)，阐明子缓冲区数据块宽度的动态调整策略。

要使上述建立的效用函数U＝η-F最大化，就需使的η最大化和F最小化。

依据方程(4)可知，要使通信效率η最大化，需使X′尽可能的小。从实际通信角度来说，X′的大小取决于输入发射机的BUs的具体情况。而发射机输入的BUs具有类型的多样性与出现概率的不确定性，其由进入发射机的客观数据决定，只能被动适应它们的特性。故而无法在接收机使X′进一步最小化。但可选择较小的X′，短数据包动态变化的情况就适合使用本发明推荐的方案，例如：传感器网络传输的传感器数据往往是长度很短的数据包。

根据方程(10)可知，要求效用函数值最大，需效用函数系统中的F最小化。由方程(5)可知，要实现F的最小化，就要求缓冲区的有效缓冲高度h的最大化，即要求各个子缓冲区最小高度最大化。

考虑到时延要求ΔT≤T₀。假如在缓冲区宽度一定的条件下，即N一定情况下，可知缓冲区最大缓冲高度h_max满足：ΔT＝Δt*h_max≤T₀，即

此时总缓冲区大小S＝N*h_max。

从而优化目标函数(10)可以等价表示为

min F(s.t.h≤h_max) (12)

由于BUs到来的实际情况不确定，则缓冲区存在负载不均衡的可能，为提高通信效率，充分利用通信资源，需对缓冲区进行动态调整，此过程致使h动态改变，进而导致F的动态变化。效用函数中需使F最小化，就需知晓缓冲区动态调整后h的变化情况，确定缓冲区的动态调整策略。

定义进入各个子缓冲区的数据高度可依次表示为向量h＝{h₁，...，h_i，...，h_M}，其中则方程(12)的最小化问题可以转化为下面的最大最小问题。

max(min{h₁，...，h_i，...，h_M})(s.t.h_i≤h_max) (13)

当X(i)，c_i，h_i等为连续变量时，如果h₁＝h₂＝…＝h_i＝…＝h_M，此时缓冲区负载存储均衡，缓冲区动态调整后的有效缓冲高度h满足

在实际情况中，发射机输入的BUs具有不确定性，则X(i)，c_i，h_i等参数在更多情况下是离散的，缓冲区中负载数据不均衡，此时缓冲区动态调整后的h与BUs出现的统计概率紧密联系。为了提高通信效率，在缓冲区动态调整后，使新进入缓冲区的数据存储在固化后的对应子缓冲区中，到下次动态调整前，通信中每次传输的用于接收机完成隐含信息G₁恢复的反馈数据均有效，其间缓冲区的总缓冲有效高度大于等于h。有效缓冲高度的具体情况叙述如下：

定义缓冲区中的扰动因子Q和循环周期T。这里T是指接收M个子数据包为一个循环周期。Q的大小会影响缓冲区中负载均衡的具体情况。若Q＝1，则p(i)稳定。若Q＝2，则在2T内保持p(i)稳定。以此类推，如果Q＝l，则在lT内保持p(i)稳定。如果Q极大，则p(i)会在相对较短的时间内动态变化，需要制订与之相适应的动态调整策略。

根据发送机输入的BUs的具体情况，本发明依据负载数据统计特性分以下5种情况进行分析。

(1)稳定等概率(负载均衡)

当发射机输入的BUs到来等概率且稳定时，此时缓冲区负载均衡，长度为i的BUs出现的统计概率为p(i)＝1/M，Q＝1。则动态调整后编号为i子缓冲区宽度n_i＝i*p(i)*M，缓冲有效高度h＝h_max＝1，缓冲区总的宽度N＝n₁+n₂+…+n_M＝(1+2+3+…+M)＝2^(K-1)×(2^K+1)，缓冲区总大小S＝N*1。该情况与文献[12]中所描述的情况一致，固定长度的子缓冲区宽度就可满足设计要求。

(2)不稳定等概率(负载均衡)

当发射机输入的BUs到来周期性等概率但不稳定时，p(i)＝1/M，1＜Q≤l，缓冲区在QT内负载均衡。则n_i＝i，h＝h_max＝Q，缓冲区总大小S＝N*Q。

(3)稳定不等概率(负载不均衡)

当发射机输入的BUs到来概率变化但周期性稳定时，Q＝1，缓冲区中负载不均衡。则n_i＝i*p(i)*M，且n_i≠i，h_max＝h＝Q，缓冲区总大小S＝N*Q。

(4)不稳定不等概率(负载不均衡)

当发射机输入的BUs概率周期性变化但不稳定时，缓冲区中负载不均衡，1＜Q≤l。则n_i＝i*p(i)*M，且n_i≠i，h≤L，缓冲区总大小S＝N*Q。

(5)不稳定动态概率(负载不均衡，且子数据包到达统计概率动态变化)

当发射机的输入BUs到来概率动态变化且不稳定时，缓冲区中负载不均衡，且Q＞＞L。则缓冲区中的子缓冲区的宽度处于动态变化中，缓冲区总大小S＝N*L。

此种情况下缓冲区具体动态调整的策略如下：

定义进入各个子缓冲区的数据量可依次表示为向量为区分子缓冲区在动态调整前后的宽度与高度值，现定义动态调整后索引号为i的子缓冲区宽度为n′_i，高度为h′_i。

假设首次进入缓冲区的负载总信息量为Φ时，缓冲区开始第一次动态调整。

则有

缓冲区利用“数据流注水压力平衡法”调整子缓冲区的宽度，使其负载数据“水位高度”压力均衡。在缓冲区总宽度一定的条件下，根据Φ和N可初步估计缓存区动态调整后的有效高度h

再利用和h可估计索引号为i的子缓冲区宽度n′_i的值：

需注意h和n′_i均为整数且h≤L，n′_i≥1。

再定义向量a＝{a₁，a₂，...，a_i，...，a_M}，假设分量a_i为除以h后的余数，则a_i可表示为

各个子缓冲区估计的总宽度与缓冲区总宽度N的差值b可以表示为

b＝(n′₁+n′₂+...+n′_M)-N (20)

接下来，分4种情况阐明子缓冲区的高度与宽度动态调整的步骤。

①若h与n′_i使式(19)中a_i＝0，且使式(20)中b＝0，h和n′_i为缓冲区动态调整后的索引号为i的子缓冲区的高度与宽度值，且h_max＝h。

②若h与n′_i使式(19)中a_i不全为0，且使式(20)中b＞0，则对a₁，a₂，...，a_M进行升序排列，对序列中排在前b的子缓冲区的宽度减1，高度加1；若经初次调整后的n′_i，使式(20)中b＝0时，则h′_i和n′_i为缓冲区动态调整后的索引号为i的子缓冲区的高度与宽度值，h_max＝h+1。

③若h与n′_i使式(19)中a_i不全为0，且使式(20)中b＜0时，则对a₁，a₂，...，a_M进行降序排列，对序列中排在前b的子缓冲区的宽度加1，高度减1；若经初次调整后的n′_i使式(20)中b＝0时，则h′_i和n′_i为缓冲区动态调整后的索引号为i的子缓冲区的高度与宽度值，h_max＝h+1。

④若经初次调整后的h′_i和n′_i使式(20)中b≠0，则令再重复上述操作。

当随机注入缓冲区中的负载数据信息总量达到Φ后，为了充分利用通信资源，提高通信效率，利用‘数据流注水压力平衡法’使缓冲区负载均衡。可计算均衡后索引号为i的子缓冲区的宽度n′_i与高度h′_i为：

n′_i＝i*p(i)*M (21)

缓冲区动态调整后的子缓冲区总的宽度满足：

N＝n′₁+n′₂+...+n′_M (23)

缓冲区负载均衡后的最大缓冲高度h_max有：

h_max＝max{h′₁，h′₂，...，h′_i，...，h′_M} (24)

缓存区动态调整后的有效高度h满足

其中缓冲区的有效高度h≤h′_i，且

h＝max(min{h′₁，h′₂，...，h′_i，...，h′_M}) (26)。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。