收稿日期:20180112;修回日期:20180323 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61661026)
作者简介:王文兵(1989),男,甘肃天水人,硕士研究生,主要研究方向为异构无线网络接入选择算法、认知频谱共享(wwbbox@163.com);
于永生(1991),男,甘肃酒泉人,硕士研究生,主要研究方向为移动通信与无线技术.
基于二分图的两级动态异构网络选择方案
王文兵,于永生
(兰州交通大学 电子与信息工程学院,兰州 730070)
摘 要:针对异构无线网络频谱资源日益紧缺的问题,提出了由用户端和网络端共同参与的两级动态网络选择
方案。该方案包括灰度关联分析法和二分图联合优化匹配算法,通过用户端和网络端的共同决策,在有效满足
移动用户业务服务质量需求的前提下优化了系统吞吐量、均衡了网络负载。仿真实验表明,相对于传统算法,该
方案极大地提高了异构网络频谱资源利用率,并降低了用户在无线网络间的切换概率,实现了用户需求和网络
资源的合理配置。
关键词:异构网络;灰度关联分析;优化匹配;吞吐量;网络负载;网络资源
中图分类号:TP393.02 文献标志码:A 文章编号:10013695(2019)08009251804
doi:10.19734/j.issn.10013695.2018.01.0104
Twoleveldynamicheterogeneousnetworkselectionschemebasedonbipartitegraph
WangWenbing,YuYongsheng
(SchoolofElectronic&InformationEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)
Abstract:Inviewoftheincreasingshortageofspectrumresourcesinheterogeneouswirelessnetworks,thispaperproposeda
twoleveldynamicnetworkselectionschemethatinvolvedtheuserandthenetwork.Theschemeincludedgraycorrelationanal
ysismethodandbipartitegraphjointoptimizationmatchingalgorithm.Throughthejointdecisionoftheuserandthenetwork
,
thealgorithmoptimizedthesystemthroughputandequalizedthenetworkloadonthepremiseofeffectivelysatisfyingthequality
ofservicerequirementsofmobileusers.Simulationresultsshowthatcomparedwiththetraditionalalgorithm
,theschemegreatly
improvestheutilizationratioofspectrumresourcesinheterogeneousnetwork,reducesthehandoverprobabilityofusersswitc
hingbetweenwirelessnetworks,andrealizestherationalallocationofusers’needsandnetworkresources.
Keywords:heterogeneousnetwork;correlationanalysisofgraydegree;optimizematch;throughput;networkload;net
workresources
随着移动通信技术的进步,未来的通信网络将是多种接入
技术相互融合形成的异构网络。基于不同接入技术的有效融
合,用户可以获得更多个性化网络业务
[1]
,得到更好的服务质量
(
qualityofservice,QoS)
[2]
。网络选择不仅影响用户业务的通信
质量,而且会对网络资源的利用和负载均衡产生影响
[3]
。因此,
网络选择成为异构无线网络融合领域研究的热点问题之一。
异构网络选择需要考虑用户偏好和多种网络属性的影响,
对此已经有了许多研究成果。文献[
4]提出了以接收信号强
度为判决指标的网络选择算法,判决因素简单、可靠性低。文
献[
5]提出了负载均衡算法(MLB),考虑了接入网络的负载均
衡,但判决因素单一、网络资源利用率不高。文献[6]提出了
基于多目标的层次分析法(AHP)均衡网络指标的权重,并引
入理想值近似度排序法(TOPSIS)
[7]
对备选网络进行排序。文
献[7]结合用户 QoS需求及网络特性评判了这种接入选择机
制的优越性。文献[
8]引入了灰度关联分析法(GRA),在备选
网络排序的基础上选择与理想网络灰色关联度最大的网络接
入,在文献[4]的基础上全网资源得到了合理分配,提高了异
构网络频谱资源利用率,但是该算法与实际场景存在匹配性差
异,影响了判决的准确性。文献[9]提出了一种基于加权二分
图的网络选择算法,将用户偏好和网络参数进行匹配度计算,
以权值最大化为匹配目标建立加权二分图模型,并求取最优的
网络选择结果,优化了异构网络中的资源分配;但未考虑业务
优先级调度、网络负载超额的情况。以上算法较偏向于用户
侧,没有考虑如何利用有限的网络频谱资源实现用户和网络双
方的利益最大化。
针对上述不足,本文在二分图算法的基础上提出了由用户
端和网络端共同参与决策的两级网络选择方案。在用户端,为
了满足用户
QoS需求,本文提出了一种基于多目标决策(multi
objectivedecisionmaking,MODM)
[10]
的灰度关联分析(GRA)算
法;在网络端,为了实现用户与网络最优匹配,在二分图匹配算
法的基础上提出了联合优化匹配(jointoptimizationmatching,
JOM)算法,通过 MATLAB仿真软件进行了验证比较。
1 系统建模和接入选择模型
11 网络模型
本文 研 究 的 异 构 无 线 网 络 场 景 是 由 一 个 UMTS、一 个
WLAN和一个 WiMAX网络构成的网络研究模型,研究范围包
含蜂窝小区 UMTS、无线局域网络小区 WLAN和无线城域网络
小区 WiMAX,如图 1所示。图 1中,WLAN和 WiMAX网络都
处于 UMTS网 络 的 覆 盖 范 围 之 内,g和 h点 表 示 用 户 处 于
UMTS网络的覆盖范围;a点表示用户处于 UMTS和 WLAN网
络的覆盖范围;c点表示用户处于 UMTS和 WiMAX网络的覆
盖范围;b点表示用户处于三个网络的覆盖范围之内。
12 接入选择模型
121 构造判断矩阵
首先建立多指标接入模型。用户作为决策者,可选网络为
备选方案,接入判决参数作为判决准则。具体的数学建模过程
第 36卷第 8期
2019年 8月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol36No8
Aug.2019