移動通信網(wǎng)絡(luò)下通信最優(yōu)節(jié)點(diǎn)自動選擇方法研究

夏玉青

【摘要】當(dāng)前現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，4G移動數(shù)據(jù)已經(jīng)成為人們生活中重要的組成部分，但是在移動通信技術(shù)中還需要有很多地方需要不斷的完善。因此，本文將針對移動通信網(wǎng)絡(luò)下通信最優(yōu)節(jié)點(diǎn)自動選擇方法展開分析和探索。

【關(guān)鍵詞】移動通信網(wǎng)絡(luò);通信最優(yōu)節(jié)點(diǎn);自動選擇

前言：與傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)不同，當(dāng)前的4G網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計上放棄了過去的CDMA/WCDMA、GMS等內(nèi)容，同時將LIE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入其中，通過這種技術(shù)可以在移動通信中自動選擇最優(yōu)節(jié)點(diǎn)。這就需要在實(shí)際的操作中通過EBCPS選擇算法進(jìn)行優(yōu)化，保證系統(tǒng)的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)自動選擇的效果。

一、移動通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

（一）LIE的結(jié)構(gòu)分析

LTE的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計構(gòu)成可以分為兩大模塊：Evolved Packet Core和Evolved UTRAN。其中，Evolved UTRAN主要是對多個X2接口以及eNode進(jìn)行對接。另一方面，Evolved Packet Core主要是通過SGW以及PCRF等幾個主要部分構(gòu)成，這一部分的主要工作就是需要將Evolved UTRAN完成的內(nèi)部連接，再與S1接口在外部直接連接起來。

和過去UMTS網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成不同，當(dāng)前的LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅完成了SGSN和GGSN的相關(guān)功能，同時也實(shí)現(xiàn)了把客戶端界面和后臺操作界面的分離。在這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計構(gòu)成里可以通過MME實(shí)現(xiàn)對后臺操作層進(jìn)行相關(guān)操作功能;同時應(yīng)用SWG實(shí)現(xiàn)對客戶端界面的操作功能。此外，在LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，消除了過去十分復(fù)雜的RNC網(wǎng)元形式，取而代之的eNodeB，MME，SGW等多功能結(jié)構(gòu)，其功能將由這些功能結(jié)構(gòu)完全代替，最后由eNodeB負(fù)責(zé)與系統(tǒng)中的X2接口進(jìn)行連接，包括Mesh等工作方式的應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度來講，LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效的降低了由于客戶移動造成形成數(shù)據(jù)分組丟失情況發(fā)生的可能性。此外，通過HSS代替LTE網(wǎng)絡(luò)中存儲數(shù)據(jù)庫，這一技術(shù)不僅可以方便對核心網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，同時也讓各個數(shù)據(jù)層次中的協(xié)議可以進(jìn)行更具體的規(guī)劃。

（二）核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計

核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成中可以從基層上有效的提高4G環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性，因此統(tǒng)一LTE網(wǎng)絡(luò)中的核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是保證IMS核心網(wǎng)主中應(yīng)當(dāng)完成的Vo IP業(yè)務(wù)能夠順利完成，同時讓整個統(tǒng)一核心網(wǎng)絡(luò)可以通過統(tǒng)一的SR VC.C業(yè)務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)語音信息上的傳輸穩(wěn)定性。而為了能夠讓核心網(wǎng)絡(luò)最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的統(tǒng)一，還應(yīng)當(dāng)保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)層以及系統(tǒng)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)真正的統(tǒng)一，這就需要使用IMS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)確保Parlay/OSA業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)能夠成功構(gòu)建，進(jìn)而完成核心網(wǎng)絡(luò)的真正統(tǒng)一。

二、移動通信最優(yōu)節(jié)點(diǎn)自動選擇的方法

（一）通信系統(tǒng)中誤碼率的核算方法

為了保障系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的計算出通信過程中誤碼率的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以設(shè)置E作為通信發(fā)射結(jié)點(diǎn)里最后成功發(fā)射信號的功率。而α1，θ1以及α2，θ2來分別作為兩個信號接收端最終收到的信號內(nèi)容，其中α1和α2為移動通信系統(tǒng)傳遞信號中的高斯白噪聲。也就是指方差是N均值為0。與此同時，設(shè)置S為信號傳遞過程中的衰減量。θ1與θ2之間的用X作為歐氏距離的參考數(shù)值。此外在后面的計算中以及部分涉及到誤碼率計算的各個步驟，都是在半雙工的移動通信情況下計算的。如果設(shè)定θ1與θ2都可以一次就把數(shù)據(jù)信號準(zhǔn)確的完成譯碼，此時獲得公式如下：PS=P1s1（s=1）P2s2（s=1）+P1S2（s=2）

其中，PS是移動通信中最終的誤碼率，S1是的θ1接收位置的衰減系數(shù)，S2是的θ2接收位置的衰減系數(shù)。在計算公式中，整個運(yùn)算都是在半雙工的狀態(tài)下完成的，所以公式就是θ1與θ2的接收位置其信號能夠準(zhǔn)確完成譯碼時移動通信的誤碼率計算公式。

（二）最優(yōu)節(jié)點(diǎn)自動選擇

參考以上計算公式可以獲得相對準(zhǔn)確的信號傳輸通信誤碼率。進(jìn)而能夠在進(jìn)行最優(yōu)節(jié)點(diǎn)的自動選擇時，通過在通信誤碼率計算數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，自動在所有的節(jié)點(diǎn)中選出剩余能量最大的信號發(fā)射節(jié)點(diǎn)作為移動通信的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)。但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，僅僅使用這種最優(yōu)節(jié)點(diǎn)選擇方法，不能完全保證θ1與θ2的移動通信誤碼率同時滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際要求，而且很容易造成選擇的信噪比出現(xiàn)問題。

為了有效的解決當(dāng)前出現(xiàn)的情況，應(yīng)當(dāng)結(jié)合EBCPS選擇算法。通過EBCPS選擇算法，一方面，使用上述計算公式推導(dǎo)移動通信的誤碼率。另一方面，結(jié)合EBCPS選擇算法參考位于網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的剩余能量然后可以制定相應(yīng)的延遲時間。EBCPS選擇算法最大優(yōu)點(diǎn)就在于可以讓延遲時間不會在能量減少的情況下出現(xiàn)逐漸增加的現(xiàn)象，因此EBCPS選擇算法能夠成為節(jié)約剩余能量和延遲時間的重要方式之一。圖1為EBCPS算法在移動通信中選擇最優(yōu)節(jié)點(diǎn)的流程圖。

（三）EBCPS算法的設(shè)計過程

在移動通信的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)選擇中使用EBCPS選擇算法能夠有效的保證計算過程的精確程度，此外通過運(yùn)用以上系統(tǒng)的計算公式，可以實(shí)現(xiàn)對所有系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)中剩余能量進(jìn)行有效計算，同時在系統(tǒng)中提供調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)延遲時間的功能，最終從系統(tǒng)的根源上可以確保系統(tǒng)的延遲時間不會由于節(jié)點(diǎn)中剩余能量減少而出現(xiàn)逐漸增加的情況，并參考引入效益函數(shù)的相關(guān)內(nèi)容，并通過該值的計算，最終實(shí)現(xiàn)整個EBCPS算法順利運(yùn)行。EBCPS算法具體運(yùn)算公式如圖2所示。

其中，B是運(yùn)算公式中的效益函數(shù)，ξ是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的剩余能量數(shù)據(jù)，M是θ1與θ2的中繼協(xié)作，而η1（ξ）是θ1的能量表示數(shù)據(jù)，而η2（ξ）是θ2的能量表示數(shù)據(jù)，在計算中η1一般會大于η2。

三、計算結(jié)果與分析

通過以上的計算，可以實(shí)現(xiàn)EBCPS選擇算法的設(shè)計和實(shí)際操作，而為了對比EBCPS選擇算法與傳統(tǒng)算法之間的差距，保證EBCPS選擇算法具有更可靠的實(shí)用價值，因此進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中選擇4臺配置完全相同的電腦作為實(shí)驗(yàn)工具，選取任意的2臺作為研究組，而另外2臺作為實(shí)驗(yàn)的對照組。在實(shí)驗(yàn)開始前，需要對4臺電腦設(shè)置好相關(guān)參數(shù)。

（一）實(shí)驗(yàn)電腦參數(shù)設(shè)置

為了能夠保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和公平性，需要保證研究組和對照組的電腦配置完全相同，在設(shè)置中呼ACT為系統(tǒng)的衰減系數(shù)，這一系數(shù)與103將成正比表示，而EDD為系統(tǒng)的歐氏距離，這一參數(shù)的計算單位為m，而RDE作為系統(tǒng)的剩余能量，其計算單位設(shè)置為kJ，DLT設(shè)置為系統(tǒng)的延遲時間，計算單位設(shè)置為s，其數(shù)據(jù)本身與10-5將成正比關(guān)系，RLC在實(shí)驗(yàn)中作為中繼協(xié)作，在實(shí)驗(yàn)中將規(guī)定4臺電腦的中繼協(xié)作全部設(shè)置為0，此次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)設(shè)置具體如表1所示。

（二）實(shí)驗(yàn)操作

當(dāng)所有實(shí)驗(yàn)電腦都設(shè)置完成后，讓電腦同一時間發(fā)出相同的一段命令，其具體如圖3所示。

而在實(shí)驗(yàn)中研究組的2臺電腦使用EBCPS選擇算法進(jìn)行操作，而對照組的2臺電腦則使用傳統(tǒng)的算法進(jìn)行操作。最后將實(shí)驗(yàn)過程中獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，并參考數(shù)據(jù)記錄結(jié)果繪制圖4。

通過實(shí)驗(yàn)可以看出，使用普通算法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，其誤碼率的范圍較低，無法為計算提供有效的誤碼率容錯范圍，進(jìn)而也無法保證在移動通信中可以自動選擇最優(yōu)節(jié)點(diǎn)。而EBCPS選擇算法傳遞的信號數(shù)據(jù)有著更廣的容錯范圍，因此在實(shí)際應(yīng)用中能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供更好的誤碼率范圍，可以保證在移動通信中自動選擇最優(yōu)節(jié)點(diǎn)。

（三）競爭接入時間分析

當(dāng)實(shí)驗(yàn)成功測量了系統(tǒng)的誤碼率之后，需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲，再根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行競爭接入時間的進(jìn)行對比分析，對比分析的具體數(shù)據(jù)結(jié)果如圖5所示。

通過圖5可以看出，使用傳統(tǒng)的算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所需的競爭接入時間表現(xiàn)的更長，因此不能增加最小剩余額數(shù)量。但是通過EBCPS選擇算法進(jìn)行信號傳輸時，其所需的競爭接入時間表現(xiàn)的較短，所以可以有效的提高最小剩余額數(shù)量。

四、結(jié)束語

綜上所述，在移動通信的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)自動選擇中，通過使用LIE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠建立統(tǒng)一的核心網(wǎng)絡(luò)。而通過使用EBCPS選擇算法可以有效的保證在移動通信最優(yōu)節(jié)點(diǎn)自動選擇時，能夠提高系統(tǒng)的誤碼率，進(jìn)而增加系統(tǒng)的最小能量剩余量。

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