異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下基于最大阻塞概率的群切換方案

李洋　華中偉　徐云龍　任勇

摘 要：在群垂直切換場景中，多個移動終端同時向無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出垂直切換的請求，有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁堵并因此增加切換的阻塞概率。為了避免網(wǎng)絡(luò)負載過重和合理地利用無線資源，該文提出一種基于最大阻塞概率的群切換方案。首先，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)最大阻塞概率得出在同一時隙最多能夠進行切換的用戶個數(shù)，然后，根據(jù)使得整個網(wǎng)絡(luò)平均傳輸時延和丟包率最小的準(zhǔn)則，終端將選擇合適的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。仿真表明，相比于基于隨機延遲的方案，該方案在控制網(wǎng)絡(luò)阻塞率、減小網(wǎng)絡(luò)平均傳輸時延和平均丟包率方面有明顯改善。

關(guān)鍵詞：群垂直切換 阻塞概率 傳輸時延 丟包率

中圖分類號：TN929.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（b）-0214-02

1 系統(tǒng)模型及問題

群垂直切換場景是由多個不同的無線接入網(wǎng)絡(luò)和多個移動終端組成，假設(shè)共有N個可用的無線網(wǎng)絡(luò)，移動終端可以選擇這些網(wǎng)絡(luò)進行垂直切換。對于每一個網(wǎng)絡(luò)i∈N （i=1，2...N），可用資源是ARi Mbps，往返時間是RTTi ms，兩個網(wǎng)絡(luò)參數(shù)隨時間不斷變化。假設(shè)共有M個用戶進行群垂直切換，對于每一個用戶j∈M （j =1，2...M），該用戶所需的傳輸比特率表示為Rj Mbps。移動終端在向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的切換請求時分為兩種業(yè)務(wù)類型：一種是實時業(yè)務(wù)，另一種是非實時業(yè)務(wù)。實時業(yè)務(wù)對時延較為敏感，延時的大小對于該業(yè)務(wù)的性能的影響較大。對于非實時業(yè)務(wù)而言，丟包率的大小對于該業(yè)務(wù)的影響較大。因此，對于不同類型的切換，優(yōu)化目標(biāo)是不同的。對于實時業(yè)務(wù)，目標(biāo)是盡量使得整個網(wǎng)絡(luò)的平均傳輸延遲最小，而非實時業(yè)務(wù)的目標(biāo)是盡量使得整個網(wǎng)絡(luò)的平均丟包率最小。

2 群切換方案

群切換一般發(fā)生在多個用戶之間離得很近，當(dāng)多個用戶檢測到一個熱點信號時，同時或幾乎同時向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出切換請求。因此，該文將多個用戶之間看成是無差別的，忽略用戶所用信道的差異性，即用戶享有同樣的信道條件，所有的用戶都符合垂直切換的條件或標(biāo)準(zhǔn)。同時，我們假設(shè)任意用戶都可以知道其他用戶的信息和所有網(wǎng)絡(luò)的信息。即當(dāng)用戶向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出切換請求時，目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)獲取到請求切換用戶的總個數(shù)，然后通過廣播的形式將該信息通知給所有的用戶，使得任意一個用戶都能夠了解當(dāng)前切換用戶的總個數(shù)。同時，從網(wǎng)絡(luò)的廣播信息中所有用戶都會知道每個目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前時隙所剩下的可用資源。

在群切換中，當(dāng)用戶個數(shù)很少，無線網(wǎng)絡(luò)可以提供足夠的無線資源給請求切換的用戶時，將不會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁堵和切換阻塞。然而，隨著用戶個數(shù)的增長，網(wǎng)絡(luò)資源不斷減少，至少會有一個網(wǎng)絡(luò)將被不能提供足夠的資源給用戶，在這種情況下，會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)阻塞。

2.1 確定最多的切換用戶

當(dāng)多個用戶選擇同一個目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進行切換時，用戶所需的資源總和超過目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的可用資源時就會發(fā)生沖突和阻塞。設(shè)P b 表示群切換時網(wǎng)絡(luò)中用戶發(fā)生阻塞的概率，阻塞概率越小越好。因此，我們的目標(biāo)就是在網(wǎng)絡(luò)阻塞概率在小于最大阻塞概率的基礎(chǔ)上，得出在同一時隙網(wǎng)絡(luò)最多能滿足用戶的切換請求個數(shù)，保證在阻塞最小的情況下，最大程度上利用網(wǎng)絡(luò)的資源給用戶提供服務(wù)?？梢员硎緸槭剑?）：

（1）

其中k代表同一時隙進行切換的用戶個數(shù)。而k的最大值又依賴于Pb ，因此，應(yīng)該首先確定的表達式Pb。

設(shè)用戶向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)i 發(fā)出切換請求概率表示為Pi，向量P=[P1，P2，...PN]表示向所有目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出切換請求的概率。因此，，且滿足P ≥0。

設(shè)當(dāng)一個用戶選擇了i 網(wǎng)絡(luò)進行切換接入時，還有其他s個用戶也選擇了該網(wǎng)絡(luò)，即剩余的k-1個用戶中有s個用戶選擇同一個網(wǎng)絡(luò)i 進行切換，這種事件發(fā)生的概率可用式（2）表示：

3 結(jié)論

該文提出了一種基于最大阻塞概率的群切換算法的群切換方案，首先確定在同一時隙最多能夠進行切換的用戶個數(shù)，避免網(wǎng)絡(luò)負載過重和切換阻塞，然后在切換判決階段選取使得整個系統(tǒng)平均傳輸延遲和丟包率最小的結(jié)果。仿真表明，與之前的方案相比該問提出的方案具有更好的切換效果，提高了系統(tǒng)性能。

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