在異構(gòu)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，使用多模或變模終端的用戶更傾向于選擇最合適的接入技術(shù)來(lái)承載業(yè)務(wù)。但如何在眾多無(wú)線接人技術(shù)中選擇一個(gè)最合適的接入技術(shù)是一個(gè)有待研究的問(wèn)題?，F(xiàn)有文獻(xiàn)提出的相關(guān)解決方法，如隨機(jī)選擇算法、高帶寬優(yōu)先選擇算法、基于模糊邏輯的算法以及基于層次分析法和灰度關(guān)聯(lián)法等，都忽略了用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)所提供業(yè)務(wù)質(zhì)量的滿意度。此外，實(shí)際中的用戶將考慮服務(wù)質(zhì)量和價(jià)格雙方面因素?；谏鲜鲈颍诰C合考慮用戶對(duì)服務(wù)質(zhì)量滿意度、價(jià)格、相對(duì)鏈路質(zhì)量等因素的基礎(chǔ)上提出了決策概率的概念。決策概率從數(shù)學(xué)上描述了用戶愿意選擇某網(wǎng)絡(luò)的程度。

１　決策概率

為了能用數(shù)學(xué)方法描述用戶對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供的ＱｏＳ的滿意程度，首先引入滿意度函數(shù)概念。用函數(shù)Ｓ（６）表示用戶的滿意度，他實(shí)際上是將服務(wù)質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)映射到實(shí)數(shù)域。在一個(gè)由Ｍ個(gè)異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組成的系統(tǒng)中，用向量ｂ＝（ｂ１，…，ｂＭ）表示這Ｍ個(gè)網(wǎng)絡(luò)為用戶提供服務(wù)的ＱｏＳ參數(shù)。因此，若用戶使用不同網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，將會(huì)有不同的ＱｏＳ體驗(yàn)，而這種不同的ＱｏＳ體驗(yàn)則會(huì)對(duì)應(yīng)不同ＱｏＳ滿意度。不失一般性地，以網(wǎng)絡(luò)ｊ為例，用戶對(duì)該網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)的滿意度應(yīng)滿足下列條件：



其中ｌ是正的常數(shù)。上式中的最后一個(gè)條件反映了ＱｏＳ參數(shù)超出一定范圍后，用戶對(duì)ＱｏＳ參數(shù)的提升將不再敏感，進(jìn)而用戶不會(huì)再因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的提升而增加其滿意度。

在本文中，服務(wù)質(zhì)量以網(wǎng)絡(luò)接入帶寬為例，但所提出的滿意度概念可廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)所提供的其他ＱｏＳ參數(shù)，而不僅限于接入帶寬。

事實(shí)上，用戶的滿意度行為與用戶所使用的業(yè)務(wù)類型有關(guān)。對(duì)最簡(jiǎn)單的業(yè)務(wù)，如話音業(yè)務(wù)，一般認(rèn)為用戶滿意度只有兩個(gè)值，分別是完全滿意和完全不滿意。而對(duì)于下一代基于分組的多媒體業(yè)務(wù)而言，這種僅考慮兩個(gè)離散值的滿意度將不再適用。出于對(duì)這類業(yè)務(wù)的考慮，采用連續(xù)函數(shù)對(duì)用戶滿意度進(jìn)行建模。

其次，如果價(jià)格變化，用戶對(duì)業(yè)務(wù)的感知情況不可能不發(fā)生變化。

前文中，用戶滿意度是ＱｏＳ的函數(shù)。這里，價(jià)格同樣表示為ＱｏＳ的函數(shù)。根據(jù)上下文的內(nèi)容，這里所說(shuō)的ＱｏＳ參數(shù)是網(wǎng)絡(luò)提供的接人帶寬。一般而言，網(wǎng)絡(luò)ｊ提供的服務(wù)的價(jià)格ｐｊ（ｂｊ），只與網(wǎng)絡(luò)ｊ分配給用戶的接入帶寬有關(guān)。與滿意度函數(shù)類似，價(jià)格函數(shù)應(yīng)滿足下面這個(gè)條件：



此外，除了滿意度和價(jià)格，用戶在選擇網(wǎng)絡(luò)時(shí)還應(yīng)考慮與網(wǎng)絡(luò)間相對(duì)通信鏈路質(zhì)量。用δｊ表示終端與網(wǎng)絡(luò)ｊ的接入點(diǎn)間的相對(duì)通信鏈路質(zhì)量值。該參數(shù)值由用戶與網(wǎng)絡(luò)ｊ間通信鏈路質(zhì)量和用戶與其他網(wǎng)絡(luò)間通信鏈路質(zhì)量共同決定。δｊ應(yīng)滿足下列條件：



其中，ｑｉ表示用戶與網(wǎng)絡(luò)ｉ間的通信鏈路質(zhì)量。值得注意的是，不同的用戶將檢測(cè)到不同的相對(duì)鏈路質(zhì)量（δ）值。從δｊ的定義可知，該值越大，則用戶與網(wǎng)絡(luò)ｊ間的相對(duì)通信鏈路質(zhì)量越好。

實(shí)際上，只有當(dāng)服務(wù)質(zhì)量和價(jià)格都是在可接受的情況下，用戶才可能對(duì)網(wǎng)絡(luò)所提供的業(yè)務(wù)表示滿意。只有當(dāng)終端與網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)間的相對(duì)通信鏈路質(zhì)量較好時(shí)，用戶才可能與網(wǎng)絡(luò)建立連接。綜合考慮這三個(gè)因素，提出決策概率的概念。用決策概率表示用戶接受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的或然率。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)ｊ，定義決策概率為：Ａｊ（ｓｊ，ｐｊ，δｊ），該值反映用戶決策使用網(wǎng)絡(luò)ｊ的服務(wù)的概率值。事實(shí)上，該值隨ＱｏＳ滿意度和相對(duì)鏈路質(zhì)量的增加而增加、隨價(jià)格的增加而減小，即Ａｊ（ｓｊ，ｐｊ，δｊ）滿足：



其中，Ｃ，μ，ε，是正值常數(shù)，而ｐｍａｘ是價(jià)格的最大值。實(shí)際上，由于系統(tǒng)容量等的限制，網(wǎng)絡(luò)為用戶提供的接人帶寬不是無(wú)限大，因此，網(wǎng)絡(luò)的收費(fèi)也不會(huì)是無(wú)限大。所以存在價(jià)格的最大值，且滿足ｐｍａｘ＜∞。所選的函數(shù)形式也與廣泛用于經(jīng)濟(jì)學(xué)中的Ｃｏｂｂ－Ｄｏｕｇｌａｓ要求曲線有一定關(guān)系。事實(shí)上，決策概率Ａｉ（ｓｊ，ｐｊ，δｊ）可以是任何一個(gè)滿足條件式（４）－式（７）的函數(shù)，即文中所得到的結(jié)論并不限于式（８）的特殊形式。

２　網(wǎng)絡(luò)選擇算法

如前文所述，下一代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋同一地區(qū)將是一個(gè)很普遍的現(xiàn)象。不同的網(wǎng)絡(luò)為用戶提供不同的接入帶寬以滿足用戶各種需求。而對(duì)于那些位于多網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋區(qū)域的用戶，有理由相信他們能夠且需要在這眾多網(wǎng)絡(luò)中選擇最適宜的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入。多模、變模技術(shù)使移動(dòng)終端有能力進(jìn)行異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入選擇，而提出的接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法則用于移動(dòng)終端選擇一個(gè)最合適的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)。多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)廣播消息，向用戶廣播其接入帶寬。移動(dòng)終端在收到該廣播消息的基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算所提出的決策概率的值，從而決定哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)最適宜接入。

進(jìn)一步，在描述用戶對(duì)ＱｏＳ的感知時(shí)一般比較通用的函數(shù)形式是Ｓ形曲線函數(shù)。因此，本文提出的滿意度函數(shù)也同樣采用Ｓ形曲線。在綜合考慮所有網(wǎng)絡(luò)提供的ＱｏＳ參數(shù)后，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)ｊ提供服務(wù)的滿意度可表示為如下形式：



其中，ｖ≥２；Ｋ是可調(diào)整的參數(shù)，通過(guò)他區(qū)分不同用戶的滿意度；Ｍ表示用戶可收集到Ｍ個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息。這里假設(shè)用戶的滿意度對(duì)其上限做了歸一化處理，即隨著ｂｊ的增大，滿意度漸進(jìn)于１。

對(duì)于價(jià)格的考慮，有很多文獻(xiàn)提出了不同的定價(jià)方案，但到目前為止，這些定價(jià)策略的可行性有待進(jìn)一步研究。因此，為了使本文中所提出的接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法在實(shí)現(xiàn)時(shí)更易操作，本文采用價(jià)格與接入帶寬呈線性關(guān)系的定價(jià)策略，依據(jù)此策略網(wǎng)絡(luò)ｊ的定價(jià)為：



其中ｋ是一正值常數(shù)，ｂｊ為網(wǎng)絡(luò)ｊ為用戶提供的接人帶寬。

對(duì)于相對(duì)鏈路質(zhì)量，反映的是用戶與各網(wǎng)絡(luò)間通信條件的好壞情況。這里的通信條件應(yīng)該是各異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間可相互比較的參數(shù)。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，由于使用的物理層的技術(shù)各不相同，因此在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常使用的信號(hào)強(qiáng)度不再適用于做通信條件的衡量標(biāo)準(zhǔn)。為此，采用相對(duì)公平的誤碼率（ＢＥＲ）或誤幀率（ＦＥＲ）做相對(duì)鏈路質(zhì)量的衡量參數(shù)。定義用戶與網(wǎng)絡(luò)ｊ間相對(duì)鏈路質(zhì)量為：



其中Ｍ表示終端可采集到Ｍ個(gè)網(wǎng)絡(luò)的誤碼率（誤幀率）信息，而ＢＥＲｊ表示終端檢測(cè)到的來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)ｊ的數(shù)據(jù)的誤碼率（誤幀率）。由式（１１）可知相對(duì)鏈路質(zhì)量δｊ的取值范圍為［０，１］。

值得注意的是，式（９）和式（１０）所定義的滿意度和價(jià)格可在終端接收到網(wǎng)絡(luò)廣播的接入帶寬信息后計(jì)算而得，而公式定義的第三個(gè)參數(shù)相對(duì)鏈路質(zhì)量δｊ，則可由終端對(duì)收到的廣播信息進(jìn)行測(cè)量而得。由此，根據(jù)式（８）的定義，終端可以計(jì)算出是否接受網(wǎng)絡(luò)ｊ提供服務(wù)的決策概率Ａｊ（ｓｊ，ｐｊ，δｊ）。綜上所述，提出終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇的算法：當(dāng)終端在選擇要使用哪個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源時(shí)，首先計(jì)算接受各無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的決策概率，之后選擇具有最大決策概率值的網(wǎng)絡(luò)接入。具體而言，終端的網(wǎng)絡(luò)選擇算法可用下列偽碼描述：



３　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真結(jié)果

本節(jié)給出基于決策概率的網(wǎng)絡(luò)選擇算法實(shí)現(xiàn)方案框圖和基于此方案在ＮＳ２環(huán)境下完成的仿真結(jié)果。

圖１是針對(duì)多模終端所設(shè)計(jì)的可以完成基于決策概率的網(wǎng)絡(luò)選擇算法的體系結(jié)構(gòu)。


 

在該體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)選擇模塊負(fù)責(zé)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)接口規(guī)范（ＮＩＤＳ）設(shè)備接口采集網(wǎng)絡(luò)信息并進(jìn)行存儲(chǔ)。ＮＩＤＳ設(shè)備用于操作所有網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)需要建立業(yè)務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)選擇模塊根據(jù)存儲(chǔ)的各網(wǎng)絡(luò)信息按本文提出的算法選擇最合適的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入，同時(shí)設(shè)置位于ＮＩＤＳ中的用戶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)發(fā)模塊，使用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從選定的網(wǎng)絡(luò)接口中發(fā)送。

為驗(yàn)證所提出的網(wǎng)絡(luò)選擇算法，基于圖１的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)在ＮＳ２平臺(tái)下搭建了異構(gòu)仿真環(huán)境。仿真環(huán)境如圖２所示，包括一個(gè)ＵＭＴＳ網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)８０２．１１ｅ的ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)。用戶位于ＵＭＴＳ網(wǎng)絡(luò)與ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)的重疊覆蓋區(qū)域。



這里所采用的ＷＬＡＮ技術(shù)是提供ＱｏＳ保證并可以進(jìn)行速率控制。同時(shí)，ＵＭＴＳ網(wǎng)絡(luò)和ＷＬＡＮ網(wǎng)絡(luò)都有足夠容量為有限的用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)，且這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)為用戶提供的數(shù)據(jù)服務(wù)的接入帶寬分別為２個(gè)單位和６個(gè)單位。在該仿真場(chǎng)景中ＵＭＴＳ的Ｎｏｄｅ?。潞停祝蹋粒蔚模粒胸?fù)責(zé)周期廣播其接入帶寬，而用戶隨機(jī)的發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中選擇最優(yōu)的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)建立業(yè)務(wù)連接。具體仿真參數(shù)如表１所示。



在圖２的仿真場(chǎng)景中，安排用戶在１０　ｓ開(kāi)始從遠(yuǎn)離ＷＬＡＮ的ＡＰ位置緩慢向ＷＬＡＮ的ＡＰ移動(dòng)；在１００?。蟾浇_(kāi)始從接近ＷＬＡＮ?。粒械奈恢瞄_(kāi)始以相同速度遠(yuǎn)離該ＡＰ。圖３是根據(jù)以上設(shè)置完成的仿真結(jié)果。該圖反映用戶在接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)決策概率值的變化情況。最初，由于移動(dòng)臺(tái)距離ＷＬＡＮ的ＡＰ較遠(yuǎn)導(dǎo)致信號(hào)比較弱，相對(duì)鏈路質(zhì)量差，因而選擇ＵＭＴＳ的決策概率較大。隨著移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)，ＷＬＡＮ的信號(hào)逐漸增強(qiáng)使得ＵＭＴＳ網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)鏈路質(zhì)量變差。在綜合考慮ＷＬＡＮ提供的接入帶寬、價(jià)格、相對(duì)鏈路質(zhì)量后，用戶選擇ＷＬＡＮ的決策概率大于選擇ＵＭＴＳ的決策概率，因此ＷＬＡＮ覆蓋的絕大多數(shù)地區(qū)，移動(dòng)終端總會(huì)選擇ＷＬＡＮ做接入。當(dāng)移動(dòng)臺(tái)離ＷＬＡＮ的ＡＰ較遠(yuǎn)時(shí)，選擇ＵＭＴＳ的決策概率才會(huì)逐漸回升。

值得注意的是，盡管仿真中僅涉及到兩個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，但所提出的接入網(wǎng)選擇算法并不限于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)。



４　結(jié)語(yǔ)

下一代無(wú)線系統(tǒng)的特點(diǎn)是各種異構(gòu)的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)相互合作、補(bǔ)充，共同為用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)。隨著技術(shù)的發(fā)展一，首先將是多模終端的出現(xiàn)，使終端擺脫了只能與一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)建立連接的束縛。繼而ＳＤＲ技術(shù)、端到端重配置技術(shù)使移動(dòng)終端終將發(fā)展為可變模的智能設(shè)備。在這種情況下，終端有能力而且有必要從眾多的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中挑選最合適的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)與之建立數(shù)據(jù)連接。本文正是基于此，提出決策概率的概念，使用戶能挑選出最合適的接入網(wǎng)絡(luò)。決策概率同時(shí)考慮了用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)提供的ＱｏＳ的滿意程度、價(jià)格因素和用戶與網(wǎng)絡(luò)間相對(duì)鏈路質(zhì)量三個(gè)方面因素?；诖藳Q策概率，提出了移動(dòng)終端側(cè)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)選擇的算法。通過(guò)在ＮＳ２平臺(tái)上建立仿真場(chǎng)景并執(zhí)行一系列的試驗(yàn)，驗(yàn)證了提出的用戶接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法。同時(shí)，文中也給出了移動(dòng)終端在面對(duì)ＵＭＴＳ和ＷＬＡＮ兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)的決策概率變化情況。

目前，我們也正在對(duì)基于決策概率的用戶網(wǎng)絡(luò)選擇算法進(jìn)行擴(kuò)展，增加網(wǎng)絡(luò)調(diào)控部分，使網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)整其ＱｏＳ參數(shù)，通過(guò)影響用戶網(wǎng)絡(luò)選擇行為而同時(shí)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)收益最大和負(fù)載均衡的目的。