基于決策概率的接入網(wǎng)選擇

　　在異構的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統中，使用多?；蜃兡＝K端的用戶(hù)更傾向于選擇最合適的接入技術(shù)來(lái)承載業(yè)務(wù)。但如何在眾多無(wú)線(xiàn)接人技術(shù)中選擇一個(gè)最合適的接入技術(shù)是一個(gè)有待研究的問(wèn)題?，F有文獻提出的相關(guān)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(guān)聯(lián)法等，都忽略了用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )所提供業(yè)務(wù)質(zhì)量的滿(mǎn)意度。此外，實(shí)際中的用戶(hù)將考慮服務(wù)質(zhì)量和價(jià)格雙方面因素?；谏鲜鲈?，在綜合考慮用戶(hù)對服務(wù)質(zhì)量滿(mǎn)意度、價(jià)格、相對鏈路質(zhì)量等因素的基礎上提出了決策概率的概念。決策概率從數學(xué)上描述了用戶(hù)愿意選擇某網(wǎng)絡(luò )的程度。

　　1 決策概率

　　為了能用數學(xué)方法描述用戶(hù)對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )提供的QoS的滿(mǎn)意程度，首先引入滿(mǎn)意度函數概念。用函數S(6)表示用戶(hù)的滿(mǎn)意度，他實(shí)際上是將服務(wù)質(zhì)量相關(guān)的參數映射到實(shí)數域。在一個(gè)由M個(gè)異構無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組成的系統中，用向量b=(b1，…，bM)表示這M個(gè)網(wǎng)絡(luò )為用戶(hù)提供服務(wù)的QoS參數。因此，若用戶(hù)使用不同網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)，將會(huì )有不同的QoS體驗，而這種不同的QoS體驗則會(huì )對應不同QoS滿(mǎn)意度。不失一般性地，以網(wǎng)絡(luò )j為例，用戶(hù)對該網(wǎng)絡(luò )提供的服務(wù)的滿(mǎn)意度應滿(mǎn)足下列條件：

　　其中l是正的常數。上式中的最后一個(gè)條件反映了QoS參數超出一定范圍后，用戶(hù)對QoS參數的提升將不再敏感，進(jìn)而用戶(hù)不會(huì )再因為網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量的提升而增加其滿(mǎn)意度。

　　在本文中，服務(wù)質(zhì)量以網(wǎng)絡(luò )接入帶寬為例，但所提出的滿(mǎn)意度概念可廣泛應用于網(wǎng)絡(luò )所提供的其他QoS參數，而不僅限于接入帶寬。

　　事實(shí)上，用戶(hù)的滿(mǎn)意度行為與用戶(hù)所使用的業(yè)務(wù)類(lèi)型有關(guān)。對最簡(jiǎn)單的業(yè)務(wù)，如話(huà)音業(yè)務(wù)，一般認為用戶(hù)滿(mǎn)意度只有兩個(gè)值，分別是完全滿(mǎn)意和完全不滿(mǎn)意。而對于下一代基于分組的多媒體業(yè)務(wù)而言，這種僅考慮兩個(gè)離散值的滿(mǎn)意度將不再適用。出于對這類(lèi)業(yè)務(wù)的考慮，采用連續函數對用戶(hù)滿(mǎn)意度進(jìn)行建模。

　　其次，如果價(jià)格變化，用戶(hù)對業(yè)務(wù)的感知情況不可能不發(fā)生變化。

　　前文中，用戶(hù)滿(mǎn)意度是QoS的函數。這里，價(jià)格同樣表示為QoS的函數。根據上下文的內容，這里所說(shuō)的QoS參數是網(wǎng)絡(luò )提供的接人帶寬。一般而言，網(wǎng)絡(luò )j提供的服務(wù)的價(jià)格pj(bj)，只與網(wǎng)絡(luò )j分配給用戶(hù)的接入帶寬有關(guān)。與滿(mǎn)意度函數類(lèi)似，價(jià)格函數應滿(mǎn)足下面這個(gè)條件：

　　此外，除了滿(mǎn)意度和價(jià)格，用戶(hù)在選擇網(wǎng)絡(luò )時(shí)還應考慮與網(wǎng)絡(luò )間相對通信鏈路質(zhì)量。用δj表示終端與網(wǎng)絡(luò )j的接入點(diǎn)間的相對通信鏈路質(zhì)量值。該參數值由用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò )j間通信鏈路質(zhì)量和用戶(hù)與其他網(wǎng)絡(luò )間通信鏈路質(zhì)量共同決定。δj應滿(mǎn)足下列條件：

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

　　實(shí)際上，只有當服務(wù)質(zhì)量和價(jià)格都是在可接受的情況下，用戶(hù)才可能對網(wǎng)絡(luò )所提供的業(yè)務(wù)表示滿(mǎn)意。只有當終端與網(wǎng)絡(luò )接入點(diǎn)間的相對通信鏈路質(zhì)量較好時(shí)，用戶(hù)才可能與網(wǎng)絡(luò )建立連接。綜合考慮這三個(gè)因素，提出決策概率的概念。用決策概率表示用戶(hù)接受網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的或然率。針對網(wǎng)絡(luò )j，定義決策概率為：Aj(sj，pj，δj)，該值反映用戶(hù)決策使用網(wǎng)絡(luò )j的服務(wù)的概率值。事實(shí)上，該值隨QoS滿(mǎn)意度和相對鏈路質(zhì)量的增加而增加、隨價(jià)格的增加而減小，即Aj(sj，pj，δj)滿(mǎn)足：

　　其中，C，μ，ε，是正值常數，而pmax是價(jià)格的最大值。實(shí)際上，由于系統容量等的限制，網(wǎng)絡(luò )為用戶(hù)提供的接人帶寬不是無(wú)限大，因此，網(wǎng)絡(luò )的收費也不會(huì )是無(wú)限大。所以存在價(jià)格的最大值，且滿(mǎn)足pmax<∞。所選的函數形式也與廣泛用于經(jīng)濟學(xué)中的Cobb-Douglas要求曲線(xiàn)有一定關(guān)系。事實(shí)上，決策概率Ai(sj，pj，δj)可以是任何一個(gè)滿(mǎn)足條件式(4)-式(7)的函數，即文中所得到的結論并不限于式(8)的特殊形式。

　　2 網(wǎng)絡(luò )選擇算法

　　如前文所述，下一代網(wǎng)絡(luò )系統中，多個(gè)異構網(wǎng)絡(luò )覆蓋同一地區將是一個(gè)很普遍的現象。不同的網(wǎng)絡(luò )為用戶(hù)提供不同的接入帶寬以滿(mǎn)足用戶(hù)各種需求。而對于那些位于多網(wǎng)絡(luò )重疊覆蓋區域的用戶(hù)，有理由相信他們能夠且需要在這眾多網(wǎng)絡(luò )中選擇最適宜的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行接入。多模、變模技術(shù)使移動(dòng)終端有能力進(jìn)行異構網(wǎng)絡(luò )的接入選擇，而提出的接入網(wǎng)絡(luò )選擇算法則用于移動(dòng)終端選擇一個(gè)最合適的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )。多個(gè)異構網(wǎng)絡(luò )通過(guò)廣播消息，向用戶(hù)廣播其接入帶寬。移動(dòng)終端在收到該廣播消息的基礎上通過(guò)計算所提出的決策概率的值，從而決定哪個(gè)網(wǎng)絡(luò )最適宜接入。

　　進(jìn)一步，在描述用戶(hù)對QoS的感知時(shí)一般比較通用的函數形式是S形曲線(xiàn)函數。因此，本文提出的滿(mǎn)意度函數也同樣采用S形曲線(xiàn)。在綜合考慮所有網(wǎng)絡(luò )提供的QoS參數后，用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )j提供服務(wù)的滿(mǎn)意度可表示為如下形式：

　　其中，v≥2；K是可調整的參數，通過(guò)他區分不同用戶(hù)的滿(mǎn)意度；M表示用戶(hù)可收集到M個(gè)網(wǎng)絡(luò )的信息。這里假設用戶(hù)的滿(mǎn)意度對其上限做了歸一化處理，即隨著(zhù)bj的增大，滿(mǎn)意度漸進(jìn)于1。

　　對于價(jià)格的考慮，有很多文獻提出了不同的定價(jià)方案，但到目前為止，這些定價(jià)策略的可行性有待進(jìn)一步研究。因此，為了使本文中所提出的接入網(wǎng)絡(luò )選擇算法在實(shí)現時(shí)更易操作，本文采用價(jià)格與接入帶寬呈線(xiàn)性關(guān)系的定價(jià)策略，依據此策略網(wǎng)絡(luò )j的定價(jià)為：

　　其中k是一正值常數，bj為網(wǎng)絡(luò )j為用戶(hù)提供的接人帶寬。

　　對于相對鏈路質(zhì)量，反映的是用戶(hù)與各網(wǎng)絡(luò )間通信條件的好壞情況。這里的通信條件應該是各異構網(wǎng)絡(luò )間可相互比較的參數。在異構網(wǎng)絡(luò )系統中，由于使用的物理層的技術(shù)各不相同，因此在同構網(wǎng)絡(luò )中經(jīng)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(zhì)量的衡量參數。定義用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò )j間相對鏈路質(zhì)量為：

　　其中M表示終端可采集到M個(gè)網(wǎng)絡(luò )的誤碼率(誤幀率)信息，而B(niǎo)ERj表示終端檢測到的來(lái)自于網(wǎng)絡(luò )j的數據的誤碼率(誤幀率)。由式(11)可知相對鏈路質(zhì)量δj的取值范圍為[0，1]。