论文部分内容阅读
摘 要：在群垂直切换场景中，多个移动终端同时向无线网络发出垂直切换的请求，有可能导致网络拥堵并因此增加切换的阻塞概率。为了避免網络负载过重和合理地利用无线资源，该文提出一种基于最大阻塞概率的群切换方案。首先，根据网络最大阻塞概率得出在同一时隙最多能够进行切换的用户个数，然后，根据使得整个网络平均传输时延和丢包率最小的准则，终端将选择合适的目标网络。仿真表明，相比于基于随机延迟的方案，该方案在控制网络阻塞率、减小网络平均传输时延和平均丢包率方面有明显改善。
关键词：群垂直切换 阻塞概率 传输时延 丢包率
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（b）-0214-02
1 系统模型及问题
群垂直切换场景是由多个不同的无线接入网络和多个移动终端组成，假设共有N个可用的无线网络，移动终端可以选择这些网络进行垂直切换。对于每一个网络i∈N （i=1，2...N），可用资源是ARi Mbps，往返时间是RTTi ms，两个网络参数随时间不断变化。假设共有M个用户进行群垂直切换，对于每一个用户j∈M （j =1，2...M），该用户所需的传输比特率表示为Rj Mbps。移动终端在向网络发出的切换请求时分为两种业务类型：一种是实时业务，另一种是非实时业务。实时业务对时延较为敏感，延时的大小对于该业务的性能的影响较大。对于非实时业务而言，丢包率的大小对于该业务的影响较大。因此，对于不同类型的切换，优化目标是不同的。对于实时业务，目标是尽量使得整个网络的平均传输延迟最小，而非实时业务的目标是尽量使得整个网络的平均丢包率最小。
2 群切换方案
群切换一般发生在多个用户之间离得很近，当多个用户检测到一个热点信号时，同时或几乎同时向目标网络发出切换请求。因此，该文将多个用户之间看成是无差别的，忽略用户所用信道的差异性，即用户享有同样的信道条件，所有的用户都符合垂直切换的条件或标准。同时，我们假设任意用户都可以知道其他用户的信息和所有网络的信息。即当用户向目标网络发出切换请求时，目标网络获取到请求切换用户的总个数，然后通过广播的形式将该信息通知给所有的用户，使得任意一个用户都能够了解当前切换用户的总个数。同时，从网络的广播信息中所有用户都会知道每个目标网络在当前时隙所剩下的可用资源。
在群切换中，当用户个数很少，无线网络可以提供足够的无线资源给请求切换的用户时，将不会产生网络拥堵和切换阻塞。然而，随着用户个数的增长，网络资源不断减少，至少会有一个网络将被不能提供足够的资源给用户，在这种情况下，会产生网络阻塞。
2.1 确定最多的切换用户
当多个用户选择同一个目标网络进行切换时，用户所需的资源总和超过目标网络的可用资源时就会发生冲突和阻塞。设P b 表示群切换时网络中用户发生阻塞的概率，阻塞概率越小越好。因此，我们的目标就是在网络阻塞概率在小于最大阻塞概率的基础上，得出在同一时隙网络最多能满足用户的切换请求个数，保证在阻塞最小的情况下，最大程度上利用网络的资源给用户提供服务。可以表示为式（1）：
（1）
其中k代表同一时隙进行切换的用户个数。而k的最大值又依赖于Pb ，因此，应该首先确定的表达式Pb。
设用户向目标网络i 发出切换请求概率表示为Pi，向量P=[P1，P2，...PN]表示向所有目标网络发出切换请求的概率。因此，，且满足P ≥0。
设当一个用户选择了i 网络进行切换接入时，还有其他s个用户也选择了该网络，即剩余的k-1个用户中有s个用户选择同一个网络i 进行切换，这种事件发生的概率可用式（2）表示：
3 结论
该文提出了一种基于最大阻塞概率的群切换算法的群切换方案，首先确定在同一时隙最多能够进行切换的用户个数，避免网络负载过重和切换阻塞，然后在切换判决阶段选取使得整个系统平均传输延迟和丢包率最小的结果。仿真表明，与之前的方案相比该问提出的方案具有更好的切换效果，提高了系统性能。
参考文献
[1] S. K. Lee， K.Sriram， et al. Vertical Handoff Decision Algorithms for Providing Optimized Performance in Heterogeneous Wireless Networks [J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，2009，58（2）：865-881.
[2] A. Mehbodniya， F.Kaleem， et al. Wireless network access selection scheme for heterogeneous multimedia traffic[J].IET Networks， 2013，2（4）：214-223.
[3] T. M. Ali， M. Saquib. Analytical Framework for WLAN-Cellular Voice Handover Evaluation[J].IEEE Transactions on Mobile Computing，2013，12（3）：447-460.
[4] T. Ali， M. Saquib. Performance evaluation of WLAN/cellular media access for mobile voice users under random mobility models[J].IEEE Transactions on Wireless Communications， 2011，10（10）：3241-3255.
[5] R.Verma， N. P. Singh. GRA-based network selection in heterogeneous wireless networks[J].Wireless Personal Communications，2013，72（2）：1-16.
关键词：群垂直切换 阻塞概率 传输时延 丢包率
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（b）-0214-02
1 系统模型及问题
群垂直切换场景是由多个不同的无线接入网络和多个移动终端组成，假设共有N个可用的无线网络，移动终端可以选择这些网络进行垂直切换。对于每一个网络i∈N （i=1，2...N），可用资源是ARi Mbps，往返时间是RTTi ms，两个网络参数随时间不断变化。假设共有M个用户进行群垂直切换，对于每一个用户j∈M （j =1，2...M），该用户所需的传输比特率表示为Rj Mbps。移动终端在向网络发出的切换请求时分为两种业务类型：一种是实时业务，另一种是非实时业务。实时业务对时延较为敏感，延时的大小对于该业务的性能的影响较大。对于非实时业务而言，丢包率的大小对于该业务的影响较大。因此，对于不同类型的切换，优化目标是不同的。对于实时业务，目标是尽量使得整个网络的平均传输延迟最小，而非实时业务的目标是尽量使得整个网络的平均丢包率最小。
2 群切换方案
群切换一般发生在多个用户之间离得很近，当多个用户检测到一个热点信号时，同时或几乎同时向目标网络发出切换请求。因此，该文将多个用户之间看成是无差别的，忽略用户所用信道的差异性，即用户享有同样的信道条件，所有的用户都符合垂直切换的条件或标准。同时，我们假设任意用户都可以知道其他用户的信息和所有网络的信息。即当用户向目标网络发出切换请求时，目标网络获取到请求切换用户的总个数，然后通过广播的形式将该信息通知给所有的用户，使得任意一个用户都能够了解当前切换用户的总个数。同时，从网络的广播信息中所有用户都会知道每个目标网络在当前时隙所剩下的可用资源。
在群切换中，当用户个数很少，无线网络可以提供足够的无线资源给请求切换的用户时，将不会产生网络拥堵和切换阻塞。然而，随着用户个数的增长，网络资源不断减少，至少会有一个网络将被不能提供足够的资源给用户，在这种情况下，会产生网络阻塞。
2.1 确定最多的切换用户
当多个用户选择同一个目标网络进行切换时，用户所需的资源总和超过目标网络的可用资源时就会发生冲突和阻塞。设P b 表示群切换时网络中用户发生阻塞的概率，阻塞概率越小越好。因此，我们的目标就是在网络阻塞概率在小于最大阻塞概率的基础上，得出在同一时隙网络最多能满足用户的切换请求个数，保证在阻塞最小的情况下，最大程度上利用网络的资源给用户提供服务。可以表示为式（1）：
（1）
其中k代表同一时隙进行切换的用户个数。而k的最大值又依赖于Pb ，因此，应该首先确定的表达式Pb。
设用户向目标网络i 发出切换请求概率表示为Pi，向量P=[P1，P2，...PN]表示向所有目标网络发出切换请求的概率。因此，，且满足P ≥0。
设当一个用户选择了i 网络进行切换接入时，还有其他s个用户也选择了该网络，即剩余的k-1个用户中有s个用户选择同一个网络i 进行切换，这种事件发生的概率可用式（2）表示：
3 结论
该文提出了一种基于最大阻塞概率的群切换算法的群切换方案，首先确定在同一时隙最多能够进行切换的用户个数，避免网络负载过重和切换阻塞，然后在切换判决阶段选取使得整个系统平均传输延迟和丢包率最小的结果。仿真表明，与之前的方案相比该问提出的方案具有更好的切换效果，提高了系统性能。
参考文献
[1] S. K. Lee， K.Sriram， et al. Vertical Handoff Decision Algorithms for Providing Optimized Performance in Heterogeneous Wireless Networks [J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，2009，58（2）：865-881.
[2] A. Mehbodniya， F.Kaleem， et al. Wireless network access selection scheme for heterogeneous multimedia traffic[J].IET Networks， 2013，2（4）：214-223.
[3] T. M. Ali， M. Saquib. Analytical Framework for WLAN-Cellular Voice Handover Evaluation[J].IEEE Transactions on Mobile Computing，2013，12（3）：447-460.
[4] T. Ali， M. Saquib. Performance evaluation of WLAN/cellular media access for mobile voice users under random mobility models[J].IEEE Transactions on Wireless Communications， 2011，10（10）：3241-3255.
[5] R.Verma， N. P. Singh. GRA-based network selection in heterogeneous wireless networks[J].Wireless Personal Communications，2013，72（2）：1-16.