本发明专利技术公开了一种蜂窝网络中基于用户行为驱动的人工频谱空洞获取方法，其通过把人的行为考虑到对频谱资源的使用以及对通信系统的优化中，降低处于非关注期的应用/业务对应的连接所占用的频谱数量，或者说人为地腾出一些频谱；本发明专利技术还公开了实现上述方法的装置包括用户信息采集模块、用户信息汇报模块以及基站的网络资源管理器。本发明专利技术通过获取用户的行为信息，并利用该信息对用户不关注的应用采取时频资源转换，降低对其的资源供应，人为地腾出一些频谱，并设计了与该策略相匹配的接入控制策略，使得小区可以同时满足更多用户的流量需求，或者在网络拥塞时实现频谱在时间上的搬移而减轻网络的负载。
【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝网络中基于用户行为驱动的人工频谱空洞获取方法及装置
本专利技术属于移动通信
，具体涉及一种蜂窝网络中基于用户行为驱动的人工频谱空洞获取方法及装置。
技术介绍
移动宽带技术（如WiFi，LTE）的高速发展给我们的日常生活带来了极大的便利和舒适。随着人们对各种服务需求的增加，受限于有限的无线资源，移动网络的负载正变得越来越繁重，因此用户体验也无法得到有效的保证。造成这种局面的一个主要原因就是人们对高级终端（如智能手机、上网本、平板设备等）的使用快速增长。报告显示，在2012年，92%的全球手机流量已经被智能手机所占据。此外，据观察，使用高级终端的用户不仅产生了更高的平均负载，还比使用普通电话的用户消耗更多的时间在他们的设备上。因此，未来的趋势就是，随着使用高级终端的用户数量的增多，无线资源的消耗变大，导致无线资源短缺甚至网络拥塞的发生概率也随着变大。因此，设计一种能有效应对这种高级终端数量激增情形的无线资源管理策略已成为当务之急。为了在拥塞的网络中解决好无线资源管理问题，“区分服务”策略被广泛地采用。当网络负载比较繁重且高优先级的服务需要更多的无线资源时，为了提高整个网络的频谱效率，这种策略通常会对低优先级的服务或者某种特定业务类型的用户降低服务质量（QualityofService,QoS）要求。例如，为了在一个过载系统中容纳更多的连接请求，面向区分服务的接入控制方案，如文献“Handoffprioritizationanddecisionschemesinwirelesscellularnetworks:Asurvey”（作者A.Sgora，发表于IEEECommunicationsSurveys&Tutorials,vol.11,no.4,pp.57-77,2009）中提到的分类评级策略、文献“AnefficientadmissioncontrolschemeforadaptivemultimediaservicesinIEEE802.16enetworks”（作者Y.Ge，发表于Proc.IEEEVTC-2006Fall,2006）中提到的服务降级策略以及文献“Radioresourcemanagementgamesinwirelessnetworks:AnapproachtobandwidthallocationandadmissioncontrolforpollingserviceinIEEE802.16”（作者D.Niyato，发表于IEEEWirelessCommun.,vol.14,no.1,pp.27-35,Feb.2007）中提到的带宽借用策略等，会强制地令一些正在运行中的低优先级连接在低服务要求模式下运行。类似的，当网络因为一部分拥有大流量的用户而发生拥塞时，面向区分服务的拥塞控制会通过对这部分用户征收高额费用来惩罚他们，从而缓解拥塞问题并可能还会给网络运营商带来更高的收入。但是，在高级终端数量激增的情形下直接采用区分服务策略实际上效果是不太好的。高级终端数量激增的网络与传统的语音网络有很大的差异。在前一种网络中，设备通常支持多个任务同时工作（如IOS和Android），而后一种网络中的设备则没有这种功能。使用高级终端的用户可以同时产生多个请求或者有多个应用同时接受服务。如果不知道用户所关注的特定的某个应用，而简单地根据服务类型而减少无线资源的供应，则会产生额外的且不必要的用户体验质量（QualityofExperience,QoE）损失。例如，一个用户在用上网本访问Baidu视频网站，他可以同时打开多个感兴趣的视频剪辑。除了他最感兴趣的一个视频剪辑他将优先关注外，其他的剪辑都先暂停，让它们先缓冲一段时间。当网络拥塞的时候，采用区分策略将强制降低系统中所有网页应用的QoS，用户不得不遭受恶劣的体验质量。然而，如果网络能感知用户的行为，通过收回一定数量用户不关注的应用所占用的资源，分配充足的网络资源给用户所关注的应用，用户QoE就可以得到提升。因此，针对高级终端用户的使用行为设计一种有效的资源分配方式对于解决当前网络日趋拥塞的问题至关重要。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种蜂窝网络中基于用户行为驱动的人工频谱空洞获取方法及装置，通过采取时频资源转换降低对用户不关注应用所对应连接的资源供应，人为地腾出一些频谱满足更多用户的流量需求。本专利技术把人的行为考虑到对频谱资源的使用以及对通信系统的优化中，降低处于非关注期的应用/业务对应的连接所占用的频谱数量，或者说人为地腾出一些频谱。我们把这种由用户行为驱动的操作称为“时频资源转换”，由它获得的空余频谱称为“人工频谱空洞”。注意到，当被时频资源转换的应用/业务重新获得用户的关注时，我们需要及时恢复对其的资源供应。一种蜂窝网络中基于用户行为驱动的人工频谱空洞获取方法，包括：周期性地采集基站所覆盖小区内各用户终端系统中的业务信息，进而将这些业务信息汇报给基站的网络资源管理器；网络资源管理器根据所述的业务信息对各用户终端系统中的后台应用进行时频资源转换，以获取人工频谱空洞，具体过程如下：（1）对于任一用户，通过历史统计分析获得当前终端系统中每一后台应用在下一周期仍需缓冲数据的事件概率；（2）根据所述的事件概率，通过以下公式确定当前终端系统中各后台应用应削减的子载波供应数；从而在下一周期对后台应用进行子载波回收并对具有资源恢复请求的前台应用提供满子载波供应；φ(ri)=H(ri)-ω·J(ri)s.t.0≤ri≤Ri其中：ri为当前终端系统中的第i个后台应用应削减的子载波供应数，Ri为当前终端系统中的第i个后台应用的满子载波供应数(其由应用类型而定)，H(ri)为关于ri的归一化频谱空洞函数，J(ri)为关于ri的归一化QoE风险函数，ω为权重因子；i为自然数且1≤i≤n，n为当前终端系统中后台应用的个数；（3）根据步骤（1）和（2），遍历基站所覆盖小区内的所有用户。所述的业务信息包括关于当前用户终端系统中已运行的前台应用和后台应用的信息、各后台应用的已缓冲数据量以及具有资源恢复请求的前台应用。所述的具有资源恢复请求的前台应用即为在前一周期为后台运行且在当前周期切换为前台运行的应用。所述的归一化频谱空洞函数H(ri)根据以下关系式求得：H(ri)=ri/Ri所述的归一化QoE风险函数J(ri)根据以下关系式求得：其中：α、β和γ均为预设的QoE衡量指标系数(非负常数)，Pi为当前终端系统中的第i个后台应用在下一周期仍需缓冲数据的事件概率，Z(ri)为当前终端系统中的第i个后台应用在下一次采集汇报时的缓冲数据总量。所述的缓冲数据总量Z(ri)根据以下关系式求得：Z(ri)=Si+(Ri-ri)vτ其中：τ为采集周期，v为子载波的平均数据速率，Si为当前终端系统中的第i个后台应用的已缓冲数据量。所述的网络资源管理器根据以下优先级为各用户的应用对应的连接分配子载波：具有资源恢复请求的应用对应的连接＞从相邻小区切换进入本小区的连接＞小区内用户新打开的应用对应的连接；所述的具有资源恢复请求的应用对应的连接为基站所覆盖小区内具有在前一周期为后台运行且在当前周期切换为前台运行的应用对应的连接；所述的从相邻小区本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种蜂窝网络中基于用户行为驱动的人工频谱空洞获取方法，包括：周期性地采集基站所覆盖小区内各用户终端系统中的业务信息，进而将这些业务信息汇报给基站的网络资源管理器；网络资源管理器根据所述的业务信息对各用户终端系统中的后台应用进行时频资源转换，以获取人工频谱空洞，具体过程如下：(1)对于任一用户，通过历史统计分析获得当前终端系统中每一后台应用在下一周期仍需缓冲数据的事件概率，具体算法如下：记事件E1、E2、E3和E4分别为在下段周期τ里，事件E1表示用户打开新应用开启了新的连接，事件E2表示前台应用对应的连接结束，事件E3表示用户从后台应用集合中选中了一个应用，事件E4表示用户选中的后台应用对应的连接还需传输数据；所述的事件概率其中：当用户的新连接到达服从速率为λu的泊松过程时，则有当用户的前台应用对应连接的服务时长服从均值为1/μj2的指数分布时，则有当用户以等概率的方式从后台应用集合中选取一个应用切换到前台时，则有表示该用户所有后台应用的个数；当用户选中的后台应用对应的连接在非时频资源转换时的服务时长服从均值为1/μj1的指数分布时，则有rp为该连接在该次时频资源转换之前所占用的子载波数，rj1为该连接在非时频资源转换时所占用的子载波数；所述非时频资源转换即对应表示满子载波供应；(2)根据所述的事件概率，通过以下公式确定当前终端系统中各后台应用应削减的子载波供应数，从而在下一周期对后台应用进行子载波回收并对具有资源恢复请求的前台应用提供满子载波供应，所述的具有资源恢复请求的前台应用即为在前一周期为后台运行且在当前周期切换为前台运行的应用；s.t.0≤ri≤Riφ(ri)＝H(ri)-ω·J(ri)其中：ri为当前终端系统中的第i个后台应用应削减的子载波供应数，Ri为当前终端系统中的第i个后台应用的满子载波供应数，H(ri)为关于ri的归一化频谱空洞函数，J(ri)为关于ri的归一化QoE风险函数，ω为权重因子；i为自然数且1≤i≤n，n为当前终端系统中后台应用的个数；所述的归一化频谱空洞函数H(ri)根据以下关系式求得：H(ri)＝ri/Ri所述的归一化QoE风险函数J(ri)根据以下关系式求得：其中：α、β和γ均为预设的QoE衡量指标系数，Pi为当前终端系统中的第i个后台应用在下一周期仍需缓冲数据的事件概率，Z(ri)为当前终端系统中的第i个后台应用在下一次采集汇报时的缓冲数据总量；所述的缓冲数据总量Z(ri)根据以下关系式求得：Z(ri)＝Si+(Ri-ri)vτ其中：τ为采集周期，v为子载波的平均数据速率，Si为当前终端系统中的第i个后台应用的已缓冲数据量；(3)根据步骤(1)和(2)，遍历基站所覆盖小区内的所有用户。2.根据权利要求1所述的人工频谱空洞获取方法，其特征在于：所述的业务信息包括关于当前用户终端系统中已运行的前台应用和后台应用的信息、各后台应用的已缓冲数据量以及具有资源恢复请求的前台应用。3.根据权利要求1所述的人工频谱空洞获取方法，其特征在于：所述的网络资源管理器根据以下优先级为各用户的应用对应的连接分配子载波：具有资源恢复请求的应用对应的连接＞从相邻小区切换进入本小区的连接＞小区内用户新打开的应用对应的连接；所述的具有资源恢复请求的应用对应的连接为基站所覆盖小区内具有在前一周期为后台运行且在当前周期切换为前台运行的应用对应的连接；所述的从相邻小区切换进入本小区的连接为已被用户打开的应用对应的连接且该用户从相邻小区移动进入基站所覆盖小区内；所述的小区内用户新打开的应用对应的连接为基站所覆盖小区内的用户新打开的应用对应的...
【专利技术属性】
技术研发人员：单杭冠，倪志风，黄爱苹，王玮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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