一种基于综合开销函数的接入选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于综合开销函数的接入选择方法，涉及通信网络领域，本发明专利技术从用户服务质量和整体网络性能优化出发，提出了一个基于综合开销函数的接入选择算法，算法参数有四种，分别是接入代价、网络安全等级、网络时延以及接入信噪比，其中接入代价、网络安全等级、网络时延根据网络性质不同而不同，接入信噪比则随用户的位置、基站分布以及环境的不同而不同，需要经过具体计算。本发明专利技术提出的基于综合开销函数的接入选择算法不仅可以根据基站发射功率变化而改变用户接入，从而为后续提出中通过基站功率控制调整网络性能提供依据，同时，还能起到均衡基站负载的效果，提高系统容量和网络能效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信网络领域，具体给出了一种基于综合开销函数的接入选择方法。
技术介绍
随着3G、4G的蓬勃发展，移动通信网络的研究热度也达到前所未有的程度。物联网和移动互联网作为未来移动通信网络发展的两大驱动力，对设备连接密度和移动数据流量提出了更高的要求，可以预见未来移动用户连接密度和移动数据流量将进一步呈现爆炸式的增长。据估计，到2020年，全世界移动数据流量将比2010年增长超过100倍，不包含物联网在内的移动终端将超过200亿，其中中国将超过20亿，因此，移动通信网络将存在巨大的可挖掘市场和刚性需求。为了应对这种与日俱增的需求，对下一代移动通信技术(5G)的研究迫在眉睫。针对超千倍的移动数据流量和移动端连接数的增长，未来5G需要采用高密度重叠覆盖的异构网络架构，这种网络架构带来了更多的基站部署，而且其中微小基站的部署更加具有随意性，这无疑对网络能效的提高带来了更严峻的挑战。资源管理主要是通过对网络资源以及终端等平台的有效管理以达到在网络性能提高的同时实现网络能效的最大化，主要包括优化接入选择、频谱功率分配、干扰控制以及基站休眠等技术。资源管理技术因为不受新设备、新技术和基站部署等因素的制约，受到研究者的广泛研究。研究者们对提高网络能效作出了多种尝试，有使用新天线技术、传输技术等试图减少功耗、提高信号传输性能，也有研究高能效的基站部署策略的，但这些往往都依赖于新技术的推广使用或者改变现有网络部署，存在较大的技术周期制约和成本因素制约，此外，也有研究者试图通过资源管理技术来提高网络能效，但是都存在一定的缺陷，要么不适用于未来高密度重叠覆盖的异构网络，要么用于实践难度较高或者存在对其他性能牺牲过大。本专利技术在现有技术背景、不改变基站部署的情况下，通过资源管理技术来提高网络能效。资源管理技术是移动通信网络的关键技术，通过使用合适的资源管理技术，可以在不改变现有物理设备的情况下改善网络性能，移动通信网络的发展从开始的蜂窝网络到简单异构网络再到高密度重叠覆盖的异构网络，一方面网络种类和数量变得更多，另一方面用户服务质量要求大幅提升、应用种类更加丰富，这使得资源管理技术显得更为重要，同时也带来了一些技术挑战，网络接入选择技术首当其冲。网络接入选择的发生条件可以是新的用户首次请求接入网络，也可以是之前已经接入某个网络，之后由于掉线、性能下降等原因发生网络切换从而引起新的网络接入请求，无论是哪种情况，网络层选的目的都是为一个多模用户选择一个最合适的网络接入，一个好的网络接入选择可以在保证用户QoS的前提下，同时优化网络整体性能，提高资源利用率。随着网络种类、可选网络数量、服务类别以及具体应用的丰富，网络接入选择技术需要考虑的因素也更多，接入选择技术也更加复杂。一般来讲，接入选择控制技术分为三个步骤，如图1所示：(1)第一步是信息搜集，是网络接入选择算法的准备阶段，同时也是最耗时、关键的一步，网络接入选择的控制端通过扫描或者接收广播等形式搜集网络接入选择算法需要使用的参数，这些参数涵盖用户特性、基站参数、网络状况等，一般包括接收信号强度RSSI、信道质量、服务费用、网络可用带宽、用户业务类型、安全性、时延、网络连接时间等，第一阶段所搜集的将供后续步骤使用。不同的网络选择接入控制算法所需要搜集的信息不同，实际上，一些简单的接入选择算法可能只需要搜集某一项参数，这些算法比较简单，花费的时间也很少，但是效果往往不能兼顾到用户体验和网络整体性能优化，而一些算法可能要用到多个参数，这类算法往往能做到在保证一定网络整体性能的前提下达到某些偏好目的，不过复杂度以及耗时也相应增加，因此在第一步时要同时考虑到参数获取的难易度、算法的复杂度、算法性能等，评价一个网络接入选择算法的好坏也不是一味的根据其参考参数的多或者少。(2)第二步是信息处理，由第一步搜集的原始参数并不一定能直接作为网络接入选择的判决数据，很多原始数据需要进行一些简单的处理计算，例如一个评判信道质量的参数SNR就不可能由信息搜集步骤完成，SNR需要根据搜集到的目标基站信号强度、干扰基站信号强度以及背景噪声等，并由信噪比计算公式计算得出。此外，有些算法需要使用多种参数，而这些参数并不处于一个数量级，无法直接比较，因此需要对原始数据进行分等级处理或者对数处理等。(3)第三步是选择决策，也就是根据搜集并经过处理的数据，结合判决方式，进行最终的网络接入选择判决。网络选择判决方式众多，可以使用一个包含各参数的公式来计算衡量，也可以是参数直接比较大小，还有使用模糊数学、神经网络以及拍卖理论等方式，其最终目的是使用户接入合适的网络，一个好的网络选择算法不仅是实现某种偏好，例如用户速率最大、接收信号强度最强、费用最小等，同时需要达到不影响整体网络性能甚至优化整体网络性能的效果。根据网络接入选择技术控制端的不同可以将接入选择技术分为三种：(1)用户端控制，即接入选择算法的执行和控制由用户端完成，这种以用户为控制中心的方法中，接入选择算法的执行和控制由移动端完成，选择标准往往是从用户的角度出发，以实现用户偏好最大化。这种方式往往能实现用户体验最优，但是不能保证体验最优的连续性，因为这种在不考虑整体网络性能的接入控制方法下，一旦目标网络接入用户过多，会造成网络拥塞、阻塞率增加、干扰变大等，从而造成网络性能急剧下降；另一方面，用户端控制无疑会增加移动端设备的复杂化、耗电量增大等问题。(2)网络端控制，即接入选择算法的执行和控制由网络端的资源管理和控制模块完成，网络接入选择指令由网络端发出，在这种从网络端或者运营商角度出发的控制方式中，网络的接入选择往往偏向于使运营商利益最大化，这会造成不保证网络整体性能优化的情况下用户费用增加，不利于激发用户的积极性。(3)用户和网络协作式选择接入，在这种方式中，用户和网络的控制模块通过互相及时交换状态信息来进行网络选择决策，这样既能兼顾用户利益、用户体验，又有利于整体网络性能的优化，当然这种控制方式会增加信令信息交换成本，给网络带来一些额外的负担。现有技术：(1)传统接入控制算法。传统接入控制算法的判决依据一般是单一的参数，例如接收信号强度RSSI、时延等，而且其判决流程也很简单，就是将搜集的参数进行简单的排序，然后依次请求接入，例如基于信号接收强度RSSI的网络接入选择策略中，决策端将搜集到的接收信号强度RSSI统一排序，然后接入接收信号最强的网络，其流程如图2所示。(2)基于用户喜好的接入控制算法。这种算法的判决依据完全是用户的偏好，例如用户QoS、接入费用等，这种接入算法是采用完全分布式的方法，在灵活度上具有很大优势，但是网关认证、安全许可以及网络整体性能等问题上存在很大的政策性问题，同时用户喜好的量化标准具有较高的主观性。(3)基于代价函数的接入控制策略。这种方法将用户接入目标网络的时延、费用、通信质量、移动速度、用户位置等因素的几种作为判决依据，并建立一个接入代价函数，使用最优化理论，采用线性和非线性优化等方式，反复迭代，使代价函数最小的接入方式即是合适的接入选择，在提出这类算法时，需要注意的是要将各个参数谨慎处理，使其在同一个数量级，以便于比较。(4)基于模糊逻辑和神经网络的接入选择策略。这种接入选择策略使用模糊数学理论处理搜集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于综合开销函数的接入选择方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初始化参数，设置各基站参数为默认部署参数；(2)根据式(9)计算各类网络的F0值；(3)对于每个待选择接入网络的用户k，根据式(6)并结合表1计算用户k对每一个基站的信噪比snr0k的大小，并根据式(10)计算用户k综合接入开销Fk的大小；(4)将Fk排序，取Fk值最小的基站i作为优先请求接入基站，并进行接入限制条件判定，首先，判断目标基站是否满载，如果不满载，则进行下一个接入限制条件判定，否则，返回第(4)步，并选择Fk值次小的基站作为优先请求接入基站，直至所有基站轮询完毕，若基站轮询完毕且所有基站均不满足接入条件，则此用户连接失败，处于掉线状态，跳至第(3)步，进行下一个用户接入选择决策；(5)如果基站没有轮询完毕，则继续判断接入基站后，信号传输信噪比是否大于最低接入信噪比阈值，大于阈值则接入基站，并跳至第(3)步，进行下一个用户接入选择决策，否则返回第(4)步。

【技术特征摘要】
1.一种基于综合开销函数的接入选择方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初始化参数，设置各基站参数为默认部署参数；(2)根据式(9)计算各类网络的F0值；(3)对于每个待选择接入网络的用户k，根据式(6)并结合表1计算用户k对每一个基站的信噪比snr0k的大小，并根据式(10)计算用户k综合接入开销Fk的大小；(4)将Fk排序，取Fk值最小的基站i作为优先请求接入基站，并进行接入限制条件判定，首先，判断目标基站是否满载，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵聪，吴坤，郭伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51