專利名稱：異構多無線網絡覆蓋場景中終端接入選擇方法
異構多無線網絡覆蓋場景中終端接入選擇方法技術領域
本發(fā)明屬于無線通信技術領域，涉及多模終端在多個異構的無線接入網覆蓋系統(tǒng) 中對于接入網的選擇方法，適用于現(xiàn)有的蜂窩網，WLAN，3G等網絡以及未來的各種新型接入 網。
背景技術：
隨著無線網絡技術的迅速發(fā)展，越來越多的無線網絡標準被提出并逐漸投入到實 際應用。下一代無線通信系統(tǒng)是一個能夠將現(xiàn)有的和未來將要出現(xiàn)的各種無線接入網有機 地融合在一起的開放式異構無線網絡系統(tǒng)?，F(xiàn)有的以及這些層出不窮的新型網絡在接入技 術，覆蓋范圍，網絡容量和提供的業(yè)務能力等各個方面都具有很大的差異，很大程度上滿足 了人們日益增長的通信需求，但同時也使得用戶獲得無處不在的最優(yōu)網絡服務面臨更大的 挑戰(zhàn)，需要先進的管理機制和策略整合各種無線網絡，實現(xiàn)異構網絡的無縫融合。
雖然異構網絡融合已成為熱點研究領域，不少研究機構、項目組織在聯(lián)合無線資 源管理，網絡負載均衡，垂直切換管理等關鍵技術方面已有很多研究成果，但目前并沒有一 種十分成熟的具體實施方案，其研究的場景多是將局域網作為廣域網的熱點覆蓋，形式單 一，不具有通用性。未來異構網組成的系統(tǒng)中將包含多個網絡，網絡之間的重疊覆蓋方式也 是多種多樣的，需要有通用的模型對未來網絡部署進行描述，使其能適用于任意多個網絡 以任意方式重疊的場景。
對于用戶處于多個網絡交叉覆蓋區(qū)域時的接入網選擇的策略問題，目前的研究多 集中在面向用戶的選擇方案，即根據(jù)用戶業(yè)務需要和網絡狀態(tài)等因素選擇最合適的無線接 入網，從而滿足用戶靈活多變的個性化業(yè)務需求，多使基于博弈論的選擇方法，層次分析 法，基于概率決策選擇法等方法。但是這些算法的明缺點是用戶在進行網絡選擇過程中只 考慮到自身的最佳體驗，沒有考慮到自身的選擇策略對整個網絡的影響，在網絡的業(yè)務量 較大的時候極有可能出現(xiàn)網絡負載不均衡，導致某些區(qū)域的用戶得不到足夠的網絡資源而 另一些區(qū)域的網絡資源處于空閑狀態(tài)，網絡資源的使用效率較低。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，在具有代表性的多個異構網重疊覆 蓋的場景中，利用工程優(yōu)化中的最優(yōu)化理論，為終端提供一種通用的異構多無線網絡覆蓋 系統(tǒng)中終端接入選擇方法，將負載較重的網絡中的業(yè)務轉移到較空閑的網絡中，從而實現(xiàn) 系統(tǒng)的負載均衡，優(yōu)化整個系統(tǒng)的資源利用效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提出了一個具有代表性的多個異構網重疊覆蓋系 統(tǒng)在一個區(qū)域中，可同時存在多個異構網絡，各個網絡的容量大小和覆蓋面積大小各不相 同，網絡之間的重疊方式及重疊面積大小均不受限。系統(tǒng)中的用戶均使用多模終端，在重疊 覆蓋區(qū)域中發(fā)起呼叫請求時，選擇合適的網絡作為終端接入網。具體實現(xiàn)步驟包括如下
(1)設計優(yōu)化目標函數(shù)以及約束條件個區(qū)域中存在的異構網絡個數(shù)，Si表示第i個網絡的覆蓋面積，Ti 表示接入第i個網絡中的用戶數(shù)，Ci表示第i個網絡的容量，N表示所有網絡中的總用戶 數(shù)；
(2)根據(jù)場景中的實際參數(shù)和上述優(yōu)化目標函數(shù)，用Lingo軟件或其他數(shù)學工具 進行有約束非線性整數(shù)規(guī)劃的計算，得出解向量，將該解向量作為當總用戶數(shù)為N時各網 絡的最優(yōu)狀態(tài)，并據(jù)此建立策略庫，策略庫中包含不同N值對應的最優(yōu)狀態(tài)；
(3)針對網絡之間信息交互得到所有網絡中的實際總用戶數(shù)N'，從策略庫中查 詢獲得其對應的最優(yōu)狀態(tài)(Τ。1; T02, . . . TJ ；
(4)根據(jù)查詢后的最優(yōu)狀態(tài)結果，指導新用戶以及在場景中移動的用戶選擇合適 的網絡，并在網絡資源使用效率下降時指導多個用戶進行網絡選擇。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點
(1)本發(fā)明將工程優(yōu)化中的非線性有約束優(yōu)化方法運用到網絡的調整過程中，利 用數(shù)學優(yōu)化的結果指導系統(tǒng)中新出現(xiàn)的用戶以及在系統(tǒng)中移動的用戶選擇合適的網絡，并 在系統(tǒng)效率下降時指導網絡中多個用戶進行網絡選擇，從而將負載較重的網絡中的業(yè)務轉 移到較空閑的網絡中，實現(xiàn)系統(tǒng)的負載均衡，提高了整個系統(tǒng)的資源利用效率；
(2)本發(fā)明適用的場景不局限于將局域網作為廣域網的熱點，場景中的可存在任 意多個網絡以任意方式重疊覆蓋，可作為通用的模型對未來網絡部署進行描述；
(3)本發(fā)明所提出的場景和終端接入網選擇的方法都與具體的網絡底層技術無 關，適用于現(xiàn)有的及未來的各種新型網絡，具有可擴展性。


圖1是本發(fā)明適用的場景圖2是本發(fā)明的流程圖3是本發(fā)明中新用戶以及移動用戶的接入選擇子流程圖4是本發(fā)明中網絡資源使用效率下降時多用戶的接入選擇子流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明內容作詳細敘述
參照圖1，本發(fā)明適用的多個異構網重疊覆蓋場景中，同時存在r1; r2. . . rn共η個異構網絡，這些網絡可以是現(xiàn)有的網絡，也可以是未來將出現(xiàn)的新型網絡，各個網絡的容量大小和覆蓋面積大小均不受限，且網絡之間能夠進行重疊覆蓋。Sij表示網絡i與網絡j的重疊覆蓋區(qū)域，即S12，S13，S23, Sto均表示有兩種網絡覆蓋的區(qū)域，S123表示有三種網絡覆蓋的區(qū)域。場景中的用戶均使用多模終端。在此場景中，為簡化模型，只考慮單一的語音業(yè)務，每個用戶的語音業(yè)務所占帶寬是相等并且恒定的，將網絡的容量按照一個語音業(yè)務的帶寬 為單位轉換成用戶數(shù)量，即一個網絡中能容納的最大語音用戶數(shù)。每個網絡的控制中心能 利用公共廣播信道廣播其網絡環(huán)境信息，也能接收本網絡內的終端環(huán)境信息。網絡之間能 通過信息交互而獲得全局狀態(tài)信息。
參照圖2，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟包括如下
步驟1，在上述異構網重疊覆蓋場景中，以每個網絡中的用戶數(shù)作為自變量，設計 優(yōu)化目標函數(shù)以及約束條件
權利要求
1.個區(qū)域中存在的異構網絡個數(shù)，Si表示第i個網絡的覆蓋面積，Ti表示 接入第i個網絡中的用戶數(shù)，Ci表示第i個網絡的容量，N表示所有網絡中的總用戶數(shù)；(2)根據(jù)場景中的實際參數(shù)和上述優(yōu)化目標函數(shù)，用Lingo軟件或其他數(shù)學工具進行 有約束非線性整數(shù)規(guī)劃的計算，得出解向量，將該解向量作為當總用戶數(shù)為N時各網絡的 最優(yōu)狀態(tài)，并據(jù)此建立策略庫，策略庫中包含不同N值對應的最優(yōu)狀態(tài)；(3)針對網絡之間信息交互得到所有網絡中的實際總用戶數(shù)N'，從策略庫中查詢獲 得其對應的最優(yōu)狀態(tài)(Τ。1; T02, . . . TJ ；(4)根據(jù)查詢后的最優(yōu)狀態(tài)結果，指導新用戶以及在場景中移動的用戶選擇合適的網 絡，并在網絡資源使用效率下降時指導多個用戶進行網絡選擇。
2.根據(jù)權利要求1所述的終端接入選擇方法，其中步驟(4)所述的根據(jù)查詢后的最優(yōu) 狀態(tài)結果，指導新用戶以及在場景中移動的用戶選擇合適的網絡，按如下步驟進行(2a)檢測用戶環(huán)境信息，獲得用戶的覆蓋網絡列表；(2b)檢測用戶在第i個網絡中的移動速率Vi,分別比較每個覆蓋網絡對應的時間值 D1(與門限值Tth = IOs的大小關系，其中，Di表示第i個網絡的直徑，將大于該門限值的網絡加入用戶的可用網絡列表，由此得到可用網絡列表U = {ri;r2,.. . rp}，其中ri，r2. . . rp 表示該用戶的可用網絡1，可用網絡2…可用網絡ρ，ρ為該用戶的使用網絡個數(shù)；(2c)判斷用戶可用網絡列表是否為空，若列表為空，返回步驟( )，否則，進行下一止少；(2d)用戶查找可用網絡列表中的每個網絡對應的Δ T1, Δ T2... Δ Tp值，選擇其中數(shù) 值最大所對應的使用網絡并接入，其中AT1 = T1-T01, AT2 = T2-T02. . . Δ Tp = Tp-Top, T1, T2. .. Tp是ρ個可用網絡中的當前用戶數(shù)，T01, T02. . . Τ。ρ是ρ個可用網絡的最優(yōu)狀態(tài)值； (2e)更新用戶環(huán)境信息，并將更新后的結果發(fā)送到網絡端，返回步驟Ca)。
3.根據(jù)權利要求1所述的終端接入選擇方法，其中步驟(4)所述的在網絡資源使用效 率下降時指導多個用戶進行網絡選擇，按如下步驟進行(3a)收集網絡環(huán)境信息，計算當前的差值向量Δ T' ={ΔΤ/ , Δ T2' ... ΔΤη' }，其 中 ΔΤ' ! = T1' -T01'，ΔΤ2' =T2' -T02' ... ΔΤη' =Tn' -Ton'，T1'，T2' . . . Tn' 是η個網絡中的當前用戶數(shù)，Τ。/ ,T02' . . . Ton‘是當前的最優(yōu)狀態(tài)；(3b)計算當前各個網絡的狀態(tài)偏移量仏
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異構多無線網絡覆蓋場景中終端接入網選擇方法，主要解決現(xiàn)有方法在進行網絡選擇過程中沒有考慮用戶的選擇策略對整個網絡的影響這一缺點。其實現(xiàn)步驟為在具有代表性的多異構網重疊覆蓋的場景中，設計優(yōu)化目標函數(shù)和及約束條件；根據(jù)網絡的具體參數(shù)求得該目標函數(shù)的最優(yōu)解并建立策略庫；查詢策略庫得到的最優(yōu)狀態(tài)用于指導新用戶或移動用戶選擇合適的網絡，并在網絡資源使用效率下降時指導多個用戶進行網絡選擇。本發(fā)明的網絡選擇不僅能滿足用戶自身業(yè)務需求，而且能將負載較重的網絡中的業(yè)務轉移到較空閑的網絡中，使各個網絡都能高效地運行，提高網絡資源的使用效率，以適用于現(xiàn)有的網絡以及未來將出現(xiàn)的各種新型網絡的要求。
文檔編號H04W28/08GK102036309SQ20111002244
公開日2011年4月27日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月20日
發(fā)明者何方, 盧杉, 史琰, 王希欣, 盛敏, 胡文專 申請人:西安電子科技大學