在異構的無線網絡系統(tǒng)中，使用多?；蜃兡＝K端的用戶更傾向于選擇最合適的接入技術來承載業(yè)務。但如何在眾多無線接人技術中選擇一個最合適的接入技術是一個有待研究的問題?，F(xiàn)有文獻提出的相關解決方法，如隨機選擇算法、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聯(lián)法等，都忽略了用戶對網絡所提供業(yè)務質量的滿意度。此外，實際中的用戶將考慮服務質量和價格雙方面因素?；谏鲜鲈?，在綜合考慮用戶對服務質量滿意度、價格、相對鏈路質量等因素的基礎上提出了決策概率的概念。決策概率從數(shù)學上描述了用戶愿意選擇某網絡的程度。

１　決策概率

為了能用數(shù)學方法描述用戶對無線網絡提供的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，他實際上是將服務質量相關的參數(shù)映射到實數(shù)域。在一個由Ｍ個異構無線網絡組成的系統(tǒng)中，用向量ｂ＝（ｂ１，…，ｂＭ）表示這Ｍ個網絡為用戶提供服務的ＱｏＳ參數(shù)。因此，若用戶使用不同網絡的服務，將會有不同的ＱｏＳ體驗，而這種不同的ＱｏＳ體驗則會對應不同ＱｏＳ滿意度。不失一般性地，以網絡ｊ為例，用戶對該網絡提供的服務的滿意度應滿足下列條件：



其中ｌ是正的常數(shù)。上式中的最后一個條件反映了ＱｏＳ參數(shù)超出一定范圍后，用戶對ＱｏＳ參數(shù)的提升將不再敏感，進而用戶不會再因為網絡服務質量的提升而增加其滿意度。

在本文中，服務質量以網絡接入帶寬為例，但所提出的滿意度概念可廣泛應用于網絡所提供的其他ＱｏＳ參數(shù)，而不僅限于接入帶寬。

事實上，用戶的滿意度行為與用戶所使用的業(yè)務類型有關。對最簡單的業(yè)務，如話音業(yè)務，一般認為用戶滿意度只有兩個值，分別是完全滿意和完全不滿意。而對于下一代基于分組的多媒體業(yè)務而言，這種僅考慮兩個離散值的滿意度將不再適用。出于對這類業(yè)務的考慮，采用連續(xù)函數(shù)對用戶滿意度進行建模。

其次，如果價格變化，用戶對業(yè)務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，價格同樣表示為ＱｏＳ的函數(shù)。根據(jù)上下文的內容，這里所說的ＱｏＳ參數(shù)是網絡提供的接人帶寬。一般而言，網絡ｊ提供的服務的價格ｐｊ（ｂｊ），只與網絡ｊ分配給用戶的接入帶寬有關。與滿意度函數(shù)類似，價格函數(shù)應滿足下面這個條件：



此外，除了滿意度和價格，用戶在選擇網絡時還應考慮與網絡間相對通信鏈路質量。用δｊ表示終端與網絡ｊ的接入點間的相對通信鏈路質量值。該參數(shù)值由用戶與網絡ｊ間通信鏈路質量和用戶與其他網絡間通信鏈路質量共同決定。δｊ應滿足下列條件：



其中，ｑｉ表示用戶與網絡ｉ間的通信鏈路質量。值得注意的是，不同的用戶將檢測到不同的相對鏈路質量（δ）值。從δｊ的定義可知，該值越大，則用戶與網絡ｊ間的相對通信鏈路質量越好。

實際上，只有當服務質量和價格都是在可接受的情況下，用戶才可能對網絡所提供的業(yè)務表示滿意。只有當終端與網絡接入點間的相對通信鏈路質量較好時，用戶才可能與網絡建立連接。綜合考慮這三個因素，提出決策概率的概念。用決策概率表示用戶接受網絡服務的或然率。針對網絡ｊ，定義決策概率為：Ａｊ（ｓｊ，ｐｊ，δｊ），該值反映用戶決策使用網絡ｊ的服務的概率值。事實上，該值隨ＱｏＳ滿意度和相對鏈路質量的增加而增加、隨價格的增加而減小，即Ａｊ（ｓｊ，ｐｊ，δｊ）滿足：



其中，Ｃ，μ，ε，是正值常數(shù)，而ｐｍａｘ是價格的最大值。實際上，由于系統(tǒng)容量等的限制，網絡為用戶提供的接人帶寬不是無限大，因此，網絡的收費也不會是無限大。所以存在價格的最大值，且滿足ｐｍａｘ＜∞。所選的函數(shù)形式也與廣泛用于經濟學中的Ｃｏｂｂ－Ｄｏｕｇｌａｓ要求曲線有一定關系。事實上，決策概率Ａｉ（ｓｊ，ｐｊ，δｊ）可以是任何一個滿足條件式（４）－式（７）的函數(shù)，即文中所得到的結論并不限于式（８）的特殊形式。

２　網絡選擇算法

如前文所述，下一代網絡系統(tǒng)中，多個異構網絡覆蓋同一地區(qū)將是一個很普遍的現(xiàn)象。不同的網絡為用戶提供不同的接入帶寬以滿足用戶各種需求。而對于那些位于多網絡重疊覆蓋區(qū)域的用戶，有理由相信他們能夠且需要在這眾多網絡中選擇最適宜的網絡進行接入。多模、變模技術使移動終端有能力進行異構網絡的接入選擇，而提出的接入網絡選擇算法則用于移動終端選擇一個最合適的無線接入網絡。多個異構網絡通過廣播消息，向用戶廣播其接入帶寬。移動終端在收到該廣播消息的基礎上通過計算所提出的決策概率的值，從而決定哪個網絡最適宜接入。

進一步，在描述用戶對ＱｏＳ的感知時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。在綜合考慮所有網絡提供的ＱｏＳ參數(shù)后，用戶對網絡ｊ提供服務的滿意度可表示為如下形式：



其中，ｖ≥２；Ｋ是可調整的參數(shù)，通過他區(qū)分不同用戶的滿意度；Ｍ表示用戶可收集到Ｍ個網絡的信息。這里假設用戶的滿意度對其上限做了歸一化處理，即隨著ｂｊ的增大，滿意度漸進于１。

對于價格的考慮，有很多文獻提出了不同的定價方案，但到目前為止，這些定價策略的可行性有待進一步研究。因此，為了使本文中所提出的接入網絡選擇算法在實現(xiàn)時更易操作，本文采用價格與接入帶寬呈線性關系的定價策略，依據(jù)此策略網絡ｊ的定價為：



其中ｋ是一正值常數(shù)，ｂｊ為網絡ｊ為用戶提供的接人帶寬。

對于相對鏈路質量，反映的是用戶與各網絡間通信條件的好壞情況。這里的通信條件應該是各異構網絡間可相互比較的參數(shù)。在異構網絡系統(tǒng)中，由于使用的物理層的技術各不相同，因此在同構網絡中經常使用的信號強度不再適用于做通信條件的衡量標準。為此，采用相對公平的誤碼率（ＢＥＲ）或誤幀率（ＦＥＲ）做相對鏈路質量的衡量參數(shù)。定義用戶與網絡ｊ間相對鏈路質量為：



其中Ｍ表示終端可采集到Ｍ個網絡的誤碼率（誤幀率）信息，而ＢＥＲｊ表示終端檢測到的來自于網絡ｊ的數(shù)據(jù)的誤碼率（誤幀率）。由式（１１）可知相對鏈路質量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格可在終端接收到網絡廣播的接入帶寬信息后計算而得，而公式定義的第三個參數(shù)相對鏈路質量δｊ，則可由終端對收到的廣播信息進行測量而得。由此，根據(jù)式（８）的定義，終端可以計算出是否接受網絡ｊ提供服務的決策概率Ａｊ（ｓｊ，ｐｊ，δｊ）。綜上所述，提出終端進行網絡選擇的算法：當終端在選擇要使用哪個無線網絡的資源時，首先計算接受各無線網絡服務的決策概率，之后選擇具有最大決策概率值的網絡接入。具體而言，終端的網絡選擇算法可用下列偽碼描述：



３　系統(tǒng)實現(xiàn)與仿真結果

本節(jié)給出基于決策概率的網絡選擇算法實現(xiàn)方案框圖和基于此方案在ＮＳ２環(huán)境下完成的仿真結果。

圖１是針對多模終端所設計的可以完成基于決策概率的網絡選擇算法的體系結構。


 

在該體系結構中，網絡選擇模塊負責通過網絡驅動接口規(guī)范（ＮＩＤＳ）設備接口采集網絡信息并進行存儲。ＮＩＤＳ設備用于操作所有網絡驅動。當需要建立業(yè)務時，網絡選擇模塊根據(jù)存儲的各網絡信息按本文提出的算法選擇最合適的網絡進行接入，同時設置位于ＮＩＤＳ中的用戶數(shù)據(jù)網絡接口轉發(fā)模塊，使用戶業(yè)務數(shù)據(jù)從選定的網絡接口中發(fā)送。

為驗證所提出的網絡選擇算法，基于圖１的系統(tǒng)體系結構在ＮＳ２平臺下搭建了異構仿真環(huán)境。仿真環(huán)境如圖２所示，包括一個ＵＭＴＳ網絡和一個８０２．１１ｅ的ＷＬＡＮ網絡。用戶位于ＵＭＴＳ網絡與ＷＬＡＮ網絡的重疊覆蓋區(qū)域。



這里所采用的ＷＬＡＮ技術是提供ＱｏＳ保證并可以進行速率控制。同時，ＵＭＴＳ網絡和ＷＬＡＮ網絡都有足夠容量為有限的用戶提供數(shù)據(jù)服務，且這兩個網絡為用戶提供的數(shù)據(jù)服務的接入帶寬分別為２個單位和６個單位。在該仿真場景中ＵＭＴＳ的Ｎｏｄｅ?。潞停祝蹋粒蔚模粒胸撠熤芷趶V播其接入帶寬，而用戶隨機的發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務并在兩個網絡中選擇最優(yōu)的一個網絡建立業(yè)務連接。具體仿真參數(shù)如表１所示。



在圖２的仿真場景中，安排用戶在１０?。箝_始從遠離ＷＬＡＮ的ＡＰ位置緩慢向ＷＬＡＮ的ＡＰ移動；在１００?。蟾浇_始從接近ＷＬＡＮ　ＡＰ的位置開始以相同速度遠離該ＡＰ。圖３是根據(jù)以上設置完成的仿真結果。該圖反映用戶在接入網絡時決策概率值的變化情況。最初，由于移動臺距離ＷＬＡＮ的ＡＰ較遠導致信號比較弱，相對鏈路質量差，因而選擇ＵＭＴＳ的決策概率較大。隨著移動臺的移動，ＷＬＡＮ的信號逐漸增強使得ＵＭＴＳ網絡的相對鏈路質量變差。在綜合考慮ＷＬＡＮ提供的接入帶寬、價格、相對鏈路質量后，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)，移動終端總會選擇ＷＬＡＮ做接入。當移動臺離ＷＬＡＮ的ＡＰ較遠時，選擇ＵＭＴＳ的決策概率才會逐漸回升。

值得注意的是，盡管仿真中僅涉及到兩個異構網絡，但所提出的接入網選擇算法并不限于兩個網絡。



４　結語

下一代無線系統(tǒng)的特點是各種異構的無線接入網絡相互合作、補充，共同為用戶提供數(shù)據(jù)服務。隨著技術的發(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接入網絡建立連接的束縛。繼而ＳＤＲ技術、端到端重配置技術使移動終端終將發(fā)展為可變模的智能設備。在這種情況下，終端有能力而且有必要從眾多的服務網絡中挑選最合適的一個網絡與之建立數(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絡。決策概率同時考慮了用戶對網絡提供的ＱｏＳ的滿意程度、價格因素和用戶與網絡間相對鏈路質量三個方面因素。基于此決策概率，提出了移動終端側的異構網絡選擇的算法。通過在ＮＳ２平臺上建立仿真場景并執(zhí)行一系列的試驗，驗證了提出的用戶接入網絡選擇算法。同時，文中也給出了移動終端在面對ＵＭＴＳ和ＷＬＡＮ兩個網絡時的決策概率變化情況。

目前，我們也正在對基于決策概率的用戶網絡選擇算法進行擴展，增加網絡調控部分，使網絡動態(tài)調整其ＱｏＳ參數(shù)，通過影響用戶網絡選擇行為而同時達到網絡收益最大和負載均衡的目的。