一种室内VLC-WiFi异构网络多用户双向匹配接入选择方法技术

本发明专利技术涉及一种室内VLC‑WiFi异构网络多用户双向匹配接入选择方法，属于光通信技术领域。本发明专利技术依据用户与异构网接入点(Access Point,AP)选择的偏好程度，决策用户与AP双向选择过程。VLC‑WiFi异构网络的AP控制器统计VLC‑WiFi的AP历史链路稳定状况、历史服务保障因子等用户偏好信息，构建两步最优贪心匹配的信息矩阵，提出两步最优贪心匹配方法解决双向匹配问题。计算多级用户竞争因子，评价需接入VLC‑WiFi AP的用户性能。本发明专利技术可以解决室内VLC‑WiFi异构网络多接入点密集覆盖使用户接入选择困难的问题，提升系统的吞吐量和兼顾系统的公平性。

【技术实现步骤摘要】
一种室内VLC-WiFi异构网络多用户双向匹配接入选择方法
本专利技术属于光通信
，涉及一种室内VLC-WiFi异构网络多用户双向匹配接入选择方法。
技术介绍
为了克服无线电频谱资源有限的问题，可见光通信(VisibleLightCommunication,VLC)作为一种新型的通信方式广泛的被人们所熟知，由于其具有高带宽、大速率、低时延、无电磁干扰的优势，在利用发光二极管(LightEmittingDiode,LED)发光照明的同时，兼顾信息传输，因此，VLC可以作为室内无线接入通信的拓展。然而，VLC的接收信号大部分能量来自于VLCAP的直射链路(LightofSight,LOS)，覆盖范围小；而多VLC接入点(AccessPoint,AP)组网的通信能力依赖室内布局。而且，在接收信号时，VLC通信的接收端的光电探测器(PhotoDetector,PD)需要与AP保持水平对齐，且因为终端设备没有光信号发送模块，目前很难实现VLC上行链路的通信传输；另外一方面，当下行的LOS信号被室内物体阻挡时，用户也接收不到来自VLCAP的光信号。为了弥补VLC组网的不足，考虑到室内现有资源的充分利用，无线保真(WirelessFidelity,WiFi)通信模块广泛的架设在各个无线终端，WiFi子网络可以覆盖整个房间，且用户不需要花费额外的资费接入WiFi子网络，WiFi成为VLC组网的最佳“伙伴”，能补充VLC的通信盲区。在室内VLC-WiFi异构网络中，当用户数目较少时，AP接入点的选择方式影响用户接收信号的信干噪比和系统吞吐量；当用户数较多时，用户之间存在较大的资源竞争，对系统吞吐量和用户接入成功率影响较大。因此，用户选择接入最佳的AP服务，能保证用户的服务质量和网络效益。然而，当AP密集覆盖时，用户选择最佳AP变得十分艰难。因此，研究VLC-WiFi异构网络的AP接入选择十分必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种室内VLC-WiFi异构网络多用户双向匹配接入选择方法，在每个服务时隙内为多个用户选择最佳接入点，提升系统吞吐量的同时兼顾系统的公平性。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种室内VLC-WiFi异构网络多用户双向匹配接入选择方法，该方法包括以下步骤：S1：初始化；VLC-WiFi异构网络由AP集中控制器控制VLC子网络多个AP与WiFi子网络一个AP的资源分发与用户调度功能；请求进入VLC-WiFi异构网络的每个用户通过WiFi上行链路向AP集中控制器发送接入请求；依据朗伯辐射模型，计算各AP到用户的接收信号的强度值，用户选择接收信号强度值大的VLCAP接入点接入VLC-WiFi异构网络；如果用户不能接收VLCAP信号或接收的强度值小于用户接收灵敏度阈值要求，则该用户接入WiFiAP；S2：VLC-WiFi异构网络的AP控制器收集VLC-WiFi的各AP历史链路稳定因子以及AP历史业务保障因子等用户偏好信息，用于构建两步最优贪心匹配(TwoStepOptimalGreedyMatching,TSOGM)信息矩阵，并使用层次分析法进行属性融合，得到VLC-WiFi异构网络的AP综合评估值，用于评价用户对AP偏好的偏好值；S3：室内VLC-WiFi异构网络的AP控制器收集历史用户速率，计算多级用户竞争因子，确定室内VLC-WiFi异构网络的AP对用户的偏好值；S4：根据室内VLC-WiFi异构网络的用户对AP的偏好值和AP对用户的偏好值，构建室内VLC-WiFi异构网络的有向加权二部图，用于描述VLC-WiFi异构网络的AP与用户的双向偏好；S5：室内VLC-WiFi异构网络的AP集中控制器收集用户与AP偏好信息和室内VLC-WiFi异构网络的有向加权二部图节点信息，计算室内VLC-WiFi异构网络的AP与用户的匹配满意度与匹配稳定度，用于构建室内VLC-WiFi异构网络的无向加权二部图；S6：依据室内VLC-WiFi异构网络的无向加权二部图，采用两步最优贪心匹配方法，确定室内VLC-WiFi异构网络的多用户与多接入点的匹配。可选的，所述S2具体方法为：S201：室内VLC-WiFi异构网络的AP控制器收集AP抗干扰因子、AP负载感知因子、AP链路稳定因子和AP服务保证因子4个指标构建TSOGM信息矩阵，TSOGM信息矩阵X如下所示：其中，室内VLC-WiFi的AP编号为i(i＝1,2...,n)，VLCAP编号为1至n-1；WiFiAP编号为n；第i个AP的第q(q＝1,2,...,p)个评价指标用xi,q表示，VLC-WiFi异构网络的各个AP的评价的样本集合为{xiq|i＝1,2,...,n；q＝1,2,...,p}，并使用层次分析法，将室内VLC-WiFi异构网络的p个属性层次化，使用根式法，计算室内VLC-WiFi异构网络的AP的综合权重值，用于用户评估室内VLC-WiFi异构网络的每个AP偏好用户的偏好值；S202：定义室内VLC-WiFi异构网络AP链路稳定性因子，用于描述室内VLC-WiFi异构网络的AP链路稳定性；度量AP链路稳定性因子的计算公式如下：其中，Si为室内VLC-WiFi异构网络APi的链路稳定性因子，i∈A，Yi(t)表示从服务开始时刻至当前调度周期内VLC-WiFi异构网络APi的历史切换用户集合，切换用户集合Yi(t)定义如下：其中，为异或运算符号，Oi(τ)为当前服务周期内的室内VLC-WiFi异构网络APi的关联用户集合，Oi(τ-1)为上一个服务周期内的室内VLC-WiFi异构网络APi的关联用户集合；S203：定义室内VLC-WiFi异构网络AP服务保障因子，用于保障用户的利益，通过评价前一个服务周期的用户j是否达到服务质量要求来评估室内VLC-WiFi异构网络APi的当前服务性能，定义AP服务保证因子如下：其中，Qj,i(t)表示当前时隙用户j接入室内VLC-WiFi异构网络的APi的服务保障因子；Ck,i(t-1)为前一个服务时隙接入室内VLC-WiFi异构网络APi的用户k的速率；对应的Rk,i(t-1)为前一个服务时隙接入室内VLC-WiFi异构网络APi的用户k的需求速率；(x)+＝max(x,0)；若Qj,i(t)＝1，表示室内VLC-WiFi异构网络APi在前一个服务周期内满足用户j体验的能力较强；Qj,i(t)＝0，室内VLC-WiFi异构网络APi在上个服务周期资源可能即将消耗完，或者用户j关联该室内VLC-WiFi异构网络APi时所处位置受到干扰较强，导致用户j在关联该VLC-WiFi异构网络APi时，用户j的体验不佳；S204：对于VLC-WiFi异构网络AP的评价，VLC-WiFi异构网络的属性xi,q，VLC-WiFi异构网络的AP抗干扰因子、AP负载感知因子、AP历史服务保证因子越大越好，VLC-WiFi异构网络的AP链路稳定因子越小越好；归一化指标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内VLC-WiFi异构网络多用户双向匹配接入选择方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/nS1：初始化；VLC-WiFi异构网络由AP集中控制器控制VLC子网络多个AP与WiFi子网络一个AP的资源分发与用户调度功能；请求进入VLC-WiFi异构网络的每个用户通过WiFi上行链路向AP集中控制器发送接入请求；依据朗伯辐射模型，计算各AP到用户的接收信号的强度值，用户选择接收信号强度值大的VLC AP接入点接入VLC-WiFi异构网络；如果用户不能接收VLC AP信号或接收的强度值小于用户接收灵敏度阈值要求，则该用户接入WiFiAP；/nS2：VLC-WiFi异构网络的AP控制器收集VLC-WiFi的各AP历史链路稳定因子以及AP历史业务保障因子等用户偏好信息，用于构建两步最优贪心匹配(Two Step Optimal GreedyMatching,TSOGM)信息矩阵，并使用层次分析法进行属性融合，得到VLC-WiFi异构网络的AP综合评估值，用于评价用户对AP偏好的偏好值；/nS3：室内VLC-WiFi异构网络的AP控制器收集历史用户速率，计算多级用户竞争因子，确定室内VLC-WiFi异构网络的AP对用户的偏好值；/nS4：根据室内VLC-WiFi异构网络的用户对AP的偏好值和AP对用户的偏好值，构建室内VLC-WiFi异构网络的有向加权二部图，用于描述VLC-WiFi异构网络的AP与用户的双向偏好；/nS5：室内VLC-WiFi异构网络的AP集中控制器收集用户与AP偏好信息和室内VLC-WiFi异构网络的有向加权二部图节点信息，计算室内VLC-WiFi异构网络的AP与用户的匹配满意度与匹配稳定度，用于构建室内VLC-WiFi异构网络的无向加权二部图；/nS6：依据室内VLC-WiFi异构网络的无向加权二部图，采用两步最优贪心匹配方法，确定室内VLC-WiFi异构网络的多用户与多接入点的匹配。/n...

【技术特征摘要】
1.一种室内VLC-WiFi异构网络多用户双向匹配接入选择方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：初始化；VLC-WiFi异构网络由AP集中控制器控制VLC子网络多个AP与WiFi子网络一个AP的资源分发与用户调度功能；请求进入VLC-WiFi异构网络的每个用户通过WiFi上行链路向AP集中控制器发送接入请求；依据朗伯辐射模型，计算各AP到用户的接收信号的强度值，用户选择接收信号强度值大的VLCAP接入点接入VLC-WiFi异构网络；如果用户不能接收VLCAP信号或接收的强度值小于用户接收灵敏度阈值要求，则该用户接入WiFiAP；
S2：VLC-WiFi异构网络的AP控制器收集VLC-WiFi的各AP历史链路稳定因子以及AP历史业务保障因子等用户偏好信息，用于构建两步最优贪心匹配(TwoStepOptimalGreedyMatching,TSOGM)信息矩阵，并使用层次分析法进行属性融合，得到VLC-WiFi异构网络的AP综合评估值，用于评价用户对AP偏好的偏好值；
S3：室内VLC-WiFi异构网络的AP控制器收集历史用户速率，计算多级用户竞争因子，确定室内VLC-WiFi异构网络的AP对用户的偏好值；
S4：根据室内VLC-WiFi异构网络的用户对AP的偏好值和AP对用户的偏好值，构建室内VLC-WiFi异构网络的有向加权二部图，用于描述VLC-WiFi异构网络的AP与用户的双向偏好；
S5：室内VLC-WiFi异构网络的AP集中控制器收集用户与AP偏好信息和室内VLC-WiFi异构网络的有向加权二部图节点信息，计算室内VLC-WiFi异构网络的AP与用户的匹配满意度与匹配稳定度，用于构建室内VLC-WiFi异构网络的无向加权二部图；
S6：依据室内VLC-WiFi异构网络的无向加权二部图，采用两步最优贪心匹配方法，确定室内VLC-WiFi异构网络的多用户与多接入点的匹配。


2.如权利要求1所述的一种室内VLC-WiFi异构网络多用户双向匹配接入选择方法，其特征在于：所述S2具体方法为：
S201：室内VLC-WiFi异构网络的AP控制器收集AP抗干扰因子、AP负载感知因子、AP链路稳定因子和AP服务保证因子4个指标构建TSOGM信息矩阵，TSOGM信息矩阵X如下所示：



其中，室内VLC-WiFi的AP编号为i(i＝1,2...,n)，VLCAP编号为1至n-1；WiFiAP编号为n；第i个AP的第q(q＝1,2,...,p)个评价指标用xi,q表示，VLC-WiFi异构网络的各个AP的评价的样本集合为{xiq|i＝1,2,...,n；q＝1,2,...,p}，并使用层次分析法，将室内VLC-WiFi异构网络的p个属性层次化，使用根式法，计算室内VLC-WiFi异构网络的AP的综合权重值，用于用户评估室内VLC-WiFi异构网络的每个AP偏好用户的偏好值；
S202：定义室内VLC-WiFi异构网络AP链路稳定性因子，用于描述室内VLC-WiFi异构网络的AP链路稳定性；度量AP链路稳定性因子的计算公式如下：



其中，Si为室内VLC-WiFi异构网络APi的链路稳定性因子，i∈A，Yi(t)表示从服务开始时刻至当前调度周期内VLC-WiFi异构网络APi的历史切换用户集合，切换用户集合Yi(t)定义如下：



其中，为异或运算符号，Oi(τ)为当前服务周期内的室内VLC-WiFi异构网络APi的关联用户集合，Oi(τ-1)为上一个服务周期内的室内VLC-WiFi异构网络APi的关联用户集合；
S203：定义室内VLC-WiFi异构网络AP服务保障因子，用于保障用户的利益，通过评价前一个服务周期的用户j是否达到服务质量要求来评估室内VLC-WiFi异构网络APi的当前服务性能，定义AP服务保证因子如下：



其中，Qj,i(t)表示当前时隙用户j接入室内VLC-WiFi异构网络的APi的服务保障因子；Ck,i(t-1)为前一个服务时隙接入室内VLC-WiFi异构网络APi的用户k的速率；对应的Rk,i(t-1)为前一个服务时隙接入室内VLC-WiFi异构网络APi的用户k的需求速率；(x)+＝max(x,0)；若Qj,i(t)＝1，表示室内VLC-WiFi异构网络APi在前一个服务周期内满足用户j体验的能力较强；Qj,i(t)＝0，室内VLC-WiFi异构网络APi在上个服务周期资源可能即将消耗完，或者用户j关联该室内VLC-WiFi异构网络APi时所处位置受到干扰较强，导致用户j在关联该VLC-WiFi异构网络APi时，用户j的体验不佳；
S204：对于VLC-WiFi异构网络AP的评价，VLC-WiFi异构网络的属性xi,q，VLC-WiFi异构网络的AP抗干扰因子、AP负载感知因子、AP历史服务保证因子越大越好，VLC-WiFi异构网络的AP链路稳定因子越小越好；归一化指标公式为：



其中，xqmin为属性最小值，xqmax为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕淋，张彤，陈勇，林振宇，陈浩楠，黄冰川，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50