李 穎

（吉林長春光華學(xué)院，吉林 長春 130000）

0 引 言

當(dāng)前，寬帶無線接入技術(shù)發(fā)展迅猛，但仍沒有一種接入網(wǎng)絡(luò)能夠完全滿足用戶大覆蓋范圍、高移動性支撐、高帶寬、低時延和低丟包等要求。未來移動通信的發(fā)展趨勢是將各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)相互融合和彼此聯(lián)通，有效整合與利用各類網(wǎng)絡(luò)資源，為用戶提供無處不在的服務(wù)。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，終端通過綜合考慮眾多信息完成網(wǎng)絡(luò)接入控制，可保障業(yè)務(wù)享有優(yōu)質(zhì)的服務(wù)量。接入控制可在多種接入網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，綜合考慮多種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，分析用戶偏好與終端性能，是當(dāng)前的熱門研究方向，也是研究難點(diǎn)所在。在資源有限與多業(yè)務(wù)競爭的情況下，綜合考慮用戶側(cè)需求和網(wǎng)絡(luò)側(cè)資源狀況，通過用戶側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)聯(lián)合控制接入選擇，有效提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和用戶體驗(yàn)。

1 通信網(wǎng)絡(luò)中接入控制研究現(xiàn)狀

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇時，需要制定相應(yīng)的判決依據(jù)確定將哪些網(wǎng)絡(luò)列為候選網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)要求用戶在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入選擇時只需將網(wǎng)絡(luò)提供的接收信號強(qiáng)度或信噪比等單一參數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)接入與否的判斷依據(jù)，而與異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)共存的無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)不同，物理底層技術(shù)不同，不同接入技術(shù)的考慮因素、傳輸頻段和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，只有將多方面因素通過某種策略結(jié)合在一起，再加上用戶的個性化需求，綜合考慮得出候選網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先排序，保證用戶接入到最適合的網(wǎng)絡(luò)。

通信無線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)接入選擇一般包括接入選擇觸發(fā)、接入選擇判決、接入選擇執(zhí)行等階段，具體描述如下。

（1）接入選擇觸發(fā)。用戶終端可以通過自身配備的無線通信接口，定期或?qū)崟r獲取當(dāng)前環(huán)境下可用網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)，同時可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)收集，并以廣播形式周期性告知用戶移動終端，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)QoS信息、信號強(qiáng)度、通信鏈路質(zhì)量以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。當(dāng)新業(yè)務(wù)出現(xiàn)或當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)無法滿足用戶需求時，可以通過用戶側(cè)觸發(fā)接入選擇。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過重時，網(wǎng)絡(luò)側(cè)可觸發(fā)接入選擇，業(yè)務(wù)可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)再次選擇，亦可稱之為切換。

（2）接入選擇判決。觸發(fā)接入選擇后，首先需要對收集到的信息進(jìn)行相關(guān)處理，如歸一化和模糊處理。然后需要根據(jù)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)選擇算法確定候選網(wǎng)絡(luò)集，其中除考慮上述網(wǎng)絡(luò)側(cè)與用戶終端側(cè)收集到的信息外，還應(yīng)結(jié)合用戶偏好、業(yè)務(wù)類型和終端移動速度等參數(shù)。鑒于參數(shù)具有多樣性且需要實(shí)施多屬性判決，要求該算法既考慮全面又足夠靈活，平衡好用戶側(cè)與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的需求利益關(guān)系，最終為用戶選擇出最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施接入。

（3）接入選擇執(zhí)行。即指接入使用網(wǎng)絡(luò)接入選擇算法得出的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前，對網(wǎng)絡(luò)接入控制的研究可分為集中式接入選擇和分布式接入選擇兩大類。集中式接入選擇算法是從整個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層面考慮無線資源的協(xié)同管理和效率的最大化，能夠?qū)崿F(xiàn)各種無線接入網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡，主要通過在網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加相應(yīng)的接入選擇單元來實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的接入選擇單元通過搜集終端業(yè)務(wù)候選網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及狀態(tài)信息，同時對所收集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并依據(jù)一定的策略來選擇最佳目標(biāo)接入網(wǎng)絡(luò)。該方式對網(wǎng)絡(luò)側(cè)相應(yīng)的接入網(wǎng)絡(luò)選擇單元要求較高，且復(fù)雜度較高，實(shí)現(xiàn)較為困難。分布式接入選擇算法則主要是從終端角度和單個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開展考慮，依據(jù)相應(yīng)的判決策略選擇最佳接入網(wǎng)絡(luò)。在當(dāng)前異構(gòu)無線融合網(wǎng)絡(luò)中，具備多個無線接口的終端可同時開啟網(wǎng)絡(luò)接口，周期性搜集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)廣播信息。隨著移動終端計(jì)算和存儲能力的快速發(fā)展，分布式接入選擇算法的可實(shí)施性越來越強(qiáng)。

近年來，關(guān)于分布式接入選擇算法的研究取得了豐富的研究成果，其研究的出發(fā)點(diǎn)和優(yōu)化目標(biāo)各不相同，如最大化用戶吞吐量、降低阻塞率、通信費(fèi)用與資源消耗、均衡不同網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載以及提高系統(tǒng)的資源利用率等。當(dāng)前對分布式接入選擇算法的研究可分為單接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法和多接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法兩類。現(xiàn)有的單接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法通常以終端為基本網(wǎng)絡(luò)選擇單位，通過相應(yīng)的選擇方法與策略選擇單一的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)開展接入，并在合適的時刻發(fā)起切換，使終端始終保持最佳連接。而多接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法則是以多模終端為基礎(chǔ)，同時選擇接入多個網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行業(yè)務(wù)的并行傳輸。該類算法通常依據(jù)網(wǎng)絡(luò)、終端和用戶等各類信息在多無線接入網(wǎng)絡(luò)中選擇一個接入網(wǎng)絡(luò)集，保證該接入網(wǎng)絡(luò)集滿足業(yè)務(wù)傳輸?shù)淖畹蜁r延或達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的最大化利用率。在考慮網(wǎng)絡(luò)選擇和接入控制時，不僅要滿足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需要，也要符合用戶偏好，需要考慮的參數(shù)主要有網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用情況、網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)與用戶習(xí)慣偏好等。

典型的基于多屬性決策的網(wǎng)絡(luò)接入算法有多種，如簡單加權(quán)法，使每一個參數(shù)對應(yīng)一個權(quán)重值，計(jì)算參數(shù)值與權(quán)重值相乘的總和得出每個候選網(wǎng)絡(luò)的最終得分，在設(shè)定權(quán)重值時需要考慮成本型和效益型兩種類型，求取代價函數(shù)值最高的網(wǎng)絡(luò)實(shí)施接入。考慮的參數(shù)因算法的偏重不同也有所不同，如Filho J L D O考慮將網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用作為決策參數(shù)。接近理想值排序法是一種典型的接入控制方法，設(shè)定屬性的正負(fù)理想值，給出一個最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)選擇方案，對候選網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行函數(shù)值的計(jì)算，得到其與最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)選擇方案的差值，差值最小的即為選擇接入的網(wǎng)絡(luò)。層次分析法在網(wǎng)絡(luò)接入控制算法中屬于運(yùn)用最多的算法，如Preethi G A、Chandrasekar C提出了基于層次分析法（AHP）算法[1]，可對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)實(shí)施兩兩相對比較，分析不同參數(shù)的重要性，從而得到不同參數(shù)的權(quán)重，但該算法的相對重要性判斷受主觀影響較大。此外，存在基于AHP的改進(jìn)算法，融合其他算法減少權(quán)重判斷時的主觀影響，如將層次分析法與接近理想值或模糊層次分析法相結(jié)合。灰色關(guān)聯(lián)分析法則是通過分析離散序列的關(guān)聯(lián)程度對其進(jìn)行排序選擇，可計(jì)算出候選網(wǎng)絡(luò)與最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)的相似程度，選擇最接近的網(wǎng)絡(luò)實(shí)施接入，也可將其與層次分析法相融合，通過AHP計(jì)算權(quán)重大小后利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行排序[2]。

2 基于負(fù)載均衡和信道分配的接入選擇

在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中，不同類型的無線接入網(wǎng)絡(luò)在帶寬分配策略、業(yè)務(wù)類型劃分以及資源調(diào)度等方面都存在較大差異，所制定的接入選擇策略也有很大差別。當(dāng)無法做到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中多種業(yè)務(wù)的同時到達(dá)、網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行接入與接入優(yōu)先選擇協(xié)調(diào)執(zhí)行時，易導(dǎo)致業(yè)務(wù)通信中斷或業(yè)務(wù)呼叫阻塞?，F(xiàn)有的接入選擇算法大多從用戶側(cè)角度考慮，為用戶選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)卻未考慮網(wǎng)絡(luò)資源利用情況。因此,在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中,為實(shí)現(xiàn)更好地分配和利用無線資源，需要從網(wǎng)絡(luò)側(cè)結(jié)合終端側(cè)對業(yè)務(wù)接入申請實(shí)施選擇判決。一方面可均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提升無線資源利用率，另一方面保證用戶QoS降低業(yè)務(wù)掉線率，設(shè)計(jì)出有效的接入選擇策略，或稱為接納控制策略。

網(wǎng)絡(luò)實(shí)體通過實(shí)時或者定期監(jiān)測獲取終端發(fā)來的終端信息，結(jié)合自身網(wǎng)絡(luò)狀況收集參數(shù)，根據(jù)RSSth（RSS閾值）和Vth進(jìn)行預(yù)處理，排除不滿足條件的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而采用可拓模糊層次分析法獲取各參數(shù)的權(quán)重，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)權(quán)重和實(shí)際業(yè)務(wù)需求權(quán)重計(jì)算總體網(wǎng)絡(luò)性能值，得出總性能函數(shù)值最大的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入。業(yè)務(wù)接入網(wǎng)絡(luò)后，依據(jù)基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的信道分配算法分配信道，接納業(yè)務(wù)，保證用戶QoS資源利用率達(dá)到最大化。其中，預(yù)處理主要考慮接收信號強(qiáng)度（RSS）與終端移動速度兩方面因素。若終端的接收信號強(qiáng)度小于設(shè)定閾值RSSth，則將該網(wǎng)絡(luò)從候選網(wǎng)絡(luò)中排除，判定為信號太弱，不適合接入，反之則開展候選接入選擇流程。若終端移動速度大于設(shè)定閾值則將該終端接入UMTS網(wǎng)絡(luò)，此情況下，WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小，高速移動的終端很快會移出WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，為避免不必要的切換，直接接入UMTS網(wǎng)絡(luò)，反之則需進(jìn)行后續(xù)接入選擇流程。

需要綜合考慮終端側(cè)與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的需求開展網(wǎng)絡(luò)接入選擇，同時考慮各網(wǎng)絡(luò)的QoS參數(shù)和用戶偏好信息，鑒于用戶請求接入的業(yè)務(wù)類型有各自特點(diǎn)，需要通過分析不同業(yè)務(wù)類型選取最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)。移動網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可分為會話類、流媒體類、交互類與背景類四類[3]，概括起來可分為實(shí)時類與非實(shí)時類（根據(jù)對時延的要求進(jìn)行劃分）。

會話類業(yè)務(wù)通常屬于實(shí)時業(yè)務(wù)，如語音和視頻會議等，對時延的要求相對較高，而對誤碼率的要求并不高。對于會話類業(yè)務(wù)，若低時延的要求得不到保障，會嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

對于背景類和交互類業(yè)務(wù)而言，時延與抖動造成的影響較低。對交互類業(yè)務(wù)而言，更多的是要求較低的誤碼率，背景類業(yè)務(wù)對誤碼率、時延與抖動的強(qiáng)制性要求則較低，主要應(yīng)用在后臺下載等業(yè)務(wù)上，文件下載與郵件發(fā)送是其具體應(yīng)用代表。

流媒體類業(yè)務(wù)屬于非實(shí)時業(yè)務(wù)，大多數(shù)為單向傳輸，其大數(shù)據(jù)量傳輸非常依賴網(wǎng)絡(luò)帶寬，對于時延、抖動以及丟包率的要求并不高。

3 選網(wǎng)決策因素

其中有些參數(shù)用于計(jì)算效用函數(shù)之中[4]，有些參數(shù)則只是作為網(wǎng)絡(luò)選擇的觸發(fā)條件或預(yù)處理閾值[5]，如接收信號強(qiáng)度（RSS）與終端移動速度等。

（1）接收信號強(qiáng)度（RSS），表示無線網(wǎng)絡(luò)基站以恒定發(fā)射功率發(fā)射出的分離信號在經(jīng)過傳播最終被移動終端網(wǎng)絡(luò)接口接收時的功率大小，反映無線通信信道質(zhì)量，影響終端可獲得的可用帶寬和丟包率，是保證可靠通信的基礎(chǔ)和必要條件。RSS是判決網(wǎng)絡(luò)是否符合接入條件的重要因素。

（2）終端移動速度，不同無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍有所不同，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)可支持高速運(yùn)動的移動終端，WLAN覆蓋范圍則較小，若高速移動的終端接入該網(wǎng)絡(luò)，可能很快離開其覆蓋范圍，造成業(yè)務(wù)頻繁切換，產(chǎn)生乒乓效應(yīng)，不僅嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)感，還會浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源?；诖耍稍O(shè)置網(wǎng)絡(luò)接入的移動速度閾值，超過該閾值的移動終端直接接入UMTS網(wǎng)絡(luò)。

（3）帶寬（Bandwidth），表示無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)單位時間內(nèi)所能傳送的最大數(shù)據(jù)量。一般，非實(shí)時類業(yè)務(wù)對帶寬要求較大，如視頻下載或圖片傳送等。實(shí)時類業(yè)務(wù)對帶寬的要求則小得多，一般的語音通話只需要4～64 kbit/s的帶寬。

（4）時延（Delay），表示數(shù)據(jù)包從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩怂玫臅r間。時延對實(shí)時類業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量影響程度最大，如語音通話和可視電話等業(yè)務(wù)皆為雙向，首要的要求便是實(shí)時性，對通話中的用戶來說，對方話音的延遲以難容忍。至于非實(shí)時類業(yè)務(wù)，時延要求不高，保證業(yè)務(wù)高質(zhì)量傳送到目的地就行。

（5）丟包率（Packet-loss Rate，PR），低丟包率是保障數(shù)據(jù)完整的前提，對于交互類與背景類業(yè)務(wù)而言，丟包率指標(biāo)的重要程度高于時延與抖動。至于以視頻業(yè)務(wù)為代表的流媒體類業(yè)務(wù)及以語音業(yè)務(wù)為代表的會話類業(yè)務(wù)，對丟包率的要求相對較低，部分?jǐn)?shù)據(jù)包的丟失并不會嚴(yán)重影響此類業(yè)務(wù)的感官體驗(yàn)。

（6）網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，即是描述候選網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，由網(wǎng)絡(luò)實(shí)體進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，可用資源利用率實(shí)施考量。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大時，應(yīng)拒絕新業(yè)務(wù)的接入，保證現(xiàn)有業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，而業(yè)務(wù)在選擇網(wǎng)絡(luò)接入時也應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀態(tài)對自身的影響。

（7）用戶偏好，該指標(biāo)充分考慮用戶個性化需求，根據(jù)用戶對某網(wǎng)絡(luò)的偏好程度開展設(shè)置。

4 結(jié) 論

基于用戶移動和信道分配的接入選擇策略可通過兩個方面優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)接入選擇，先應(yīng)用可拓模糊層次分析法得出候選網(wǎng)絡(luò)排序，再通過帶寬分配算法進(jìn)行接入控制。候選網(wǎng)絡(luò)的獲取，需要對用戶移動速度和RSS進(jìn)行預(yù)處理，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和用戶環(huán)境，對不同參數(shù)設(shè)定相應(yīng)的權(quán)重值，并在設(shè)定權(quán)重時應(yīng)用可拓理論與模糊層次分析法消除層次分析法中專家打分的隨意性與主觀性，計(jì)算出候選網(wǎng)絡(luò)的總性能函數(shù)值，選擇效用值最大的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入。在接入網(wǎng)絡(luò)時，需根據(jù)不同業(yè)務(wù)優(yōu)先級進(jìn)行帶寬分配，若接入網(wǎng)絡(luò)滿足帶寬要求則接入業(yè)務(wù)，否則選擇次優(yōu)網(wǎng)絡(luò)接入，保障通信網(wǎng)絡(luò)中的接入控制的質(zhì)量。