CN105208624A - 一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统及方法，属于通信技术领域。该系统包括业务流需求分析模块、终端信息处理模块、网口数据处理模块以及基于业务的多接入网络选择决策模块；业务流需求分析模块、终端信息处理模块、网口数据处理模块对基础数据进行收集或处理，然后将处理后的数据传输至基于业务的多接入网络选择决策模块，基于业务的多接入网络选择决策模块通过本发明提供的异构无线网络中基于业务的多接入网络选择方法进行相应的判定和决策，并将决策结果通知到无线网络接口。本发明提供的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统及方法，能够实现业务的快速可靠并行传输，提高终端的吞吐量及各网络资源的利用率。

Description

一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统及方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统及方法。

背景技术

随着通信技术的发展，各种无线接入技术应运而生，由于这些接入技术在覆盖范围、带宽、应用场景等方面各不相同，相互之间很难替代。此外，移动业务快速发展，仅靠单一网络根本无法满足业务多样化和个性化的发展需求。因此异构无线网络的融合是未来无线网络发展的必然趋势和潮流。与此同时，异构无线网络的融合促使了移动终端的发展，使得现有的多模终端能同时支持多种通信制式。因此，在异构无线网络融合环境下，多模终端如何有效利用各种网络资源，保障业务的服务质量(QualityofService,QoS)需求，显得尤为重要。

虽然越来越多的接入技术应运而生，但是目前还没有一种接入网络能够完全满足用户大覆盖范围、高移动性支撑、高带宽、低时延和低丢包等要求。

由于不同的接入网络在网络容量、覆盖范围、带宽、移动性支持和时延等方面各有优势，其使用场合也各不相同，因此各种接入网络彼此之间很难取代，而且仅使用单个网络根本无法满足多样化宽带业务的需求。所以，未来移动通信的发展趋势是现有的以及即将出现的各种异构无线接入网络的相互融合、彼此联通，同时充分发挥各异构无线接入网络的优势，有效地整合以及利用各类网络资源，为用户提供具有QoS保障的任何形式且无处不在的服务。

但是在异构网络融合的环境中、在终端不断移动的情况下要实现多种无线接入技术间无缝平滑地传送实时的、宽带多媒体业务及多样化应用，同时提高各种异构接入网络的联合资源利用率，还面临着诸多的技术挑战。

另一方面，异构接入网络的融合对移动通信终端提出了新的要求，其要求移动通信终端能够支持多种通信制式，即同时具备多个无线通信接口，以便到达该网络覆盖区域时能够开启网络接口，建立与网络的连接，然后发起通信。甚至在多个网络的重叠覆盖区域，终端的多个接口可以同时接入多个网络使得业务可以同时接入多个网络实现多网络接口的数据并发传输。

因此，当终端上有各种各样的业务需要传输时，在多网络接口的数据并发传输技术支撑下，便可以以业务为基本单位研究移动过程中的垂直切换问题，即实现以业务为基本单位的接入网络选择研究，最终实现多网络覆盖环境下业务的多网并行传输，这不仅能满足业务的基本需求、增加业务的可靠性和稳定性，同时还能降低单个网络对业务传输的影响，并提高各网络资源的利用率。

此外，不同业务服务质量需求不一样，不同网络通信质量、费用以及移动性支撑不一样，不同用户对网络的偏好不一样，因此如何根据各方面因素以业务为基本单位为不同业务选择合适的接入网络便成为了非常关键的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统及方法，根据终端移动速度及业务需求为业务选择最优网络组合，同时为每个业务确定一个最优接入网络集，实现业务的快速可靠并行传输，提高终端的吞吐量及各网络资源的利用率。

本发明的目的之一是提供的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统，通过以下技术方案实现：

一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统，该系统包括业务流需求分析模块、终端信息处理模块、网口数据处理模块以及基于业务的多接入网络选择决策模块；所述业务流需求分析模块用于对业务的QoS需求进行详细的分析，通过构建业务需求矩阵，计算业务的QoS需求权重；所述终端信息处理模块用于对终端移动速度进行处理，计算终端移动速度对网络QoS的影响权重；所述网口数据处理模块包含若干个无线网络接口，用于实时网络信息的平滑处理；所述业务流需求分析模块、终端信息处理模块、网口数据处理模块对基础数据进行收集或处理，然后将处理后的数据传输至基于业务的多接入网络选择决策模块，基于业务的多接入网络选择决策模块进行相应的判定和决策，并将决策结果通知到无线网络接口。

进一步，所述业务包含4种基本类型的业务：会话类业务、交互类业务、流媒体业务、后台类业务。

进一步，所述无线网络接口包括接收信号强度采集器、带宽采集器、时延采集器、丢包率采集器。

进一步，无线网络接口i(i∈[1,N])在时刻t，所采集到的接收信号强度、带宽、时延以及丢包率经过二次平滑处理分别表示为RSS_i ⁽²⁾(t)、BW_i ⁽²⁾(t)、D_i ⁽²⁾(t)以及PLR_i ⁽²⁾(t)；N为无线网络接口的数量。

本发明的目的之二是提供的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择方法，通过以下技术方案实现：

一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1)网络初步筛选，根据业务的基本需求对所有的覆盖网络进行初步筛选，筛选条件如下式，对任一覆盖网络i：

a1:RSS_i>RSS_th

a2:BW_i>R_min

a3:if(NetworkiisWLANandV>20km/h)

Networkiisnotselected

其中，RSS_th为不同网络接收信号门限值；R_min为业务最小传输速率需求；V为终端速度；

步骤2)确定最优接入网络集。

进一步，所述步骤1)具体包括以下步骤：

步骤1-1)进行初始化，max＝0；

步骤1-2)业务流需求分析模块构建业务需求矩阵，业务QoS需求矩阵为：U(A,N,N)；

其中，A表示应用业务向量，A＝[β₁,β₂,β₃,β₄]，β₁为会话类、β₂交互类、β₃流媒体类和β₄后台类；N表示网络QoS属性因子向量，N＝[RSS,BW,D,PLR]；会话类、交互类、流媒体类以及后台类的QoS需求矩阵分别表示为U(β₁,N,N)、U(β₂,N,N)、U(β₃,N,N)和U(β₄,N,N)；

步骤1-3)确定业务QoS需求权重；各类业务对网络QoS需求的权重向量其中β_n，n＝1,2,3,4分别表示会话类、交互类、流媒体类和后台类业务；W_RSS为网络QoS因素接收信号强度的需求权重，W_BW为网络QoS因素带宽的需求权重，W_D为网络QoS因素时延的需求权重，W_PLR为网络QoS因素丢包率的需求权重；

进一步，步骤1-4)计算业务对网络QoS因素的需求权重向量W_V，

$W_V=\[\frac{1+a}{2a+4},\frac{1}{2a+4},\frac{1}{2a+4},\frac{1+a}{2a+4}\]$

a为终端的移动强度；

步骤1-5)计算考虑终端速度影响的情况下的业务QoS需求综合权重W，

$\begin{array}{c}W=\[w_{RSS},w_{BW},w_D,w_{PLR}\]=\\ \[\frac{{\left(W_{RSS}\×\frac{1+a}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}},\frac{{\left(W_{BW}\×\frac{1}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}},\frac{{\left(W_D\×\frac{1}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}},\frac{{\left(W_{PLR}\×\frac{1+a}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}}\]\end{array},$

w_RSS为接收信号强度的权重值，w_BW为带宽的权重值，w_D为时延的权重值，w_PLR为丢包率权重值；

步骤1-6)计算网络效用函数值；所述网络效用函数值分为正增益值和负增益值，分别用和表示为

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{{\mathrm{Net}}_k}^{+}=w_{RSS}RS{S_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)+w_{BW}B{W_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)\\ U_{{\mathrm{Net}}_k}^{-}=w_D{D_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)+w_{PLR}PL{R_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)\end{array}\right.$

在有K个无线接入网络覆盖的环境下，其各接入网络的效用函数矩阵可表示为U，

步骤1-7)执行网络的初步筛选。

进一步，所述步骤2)确定最优接入网络集，具体包括以下步骤：

步骤2-1)定义T为各种接入网络组合选择情况下的总效益矩阵，其中一种网络组合选择方案的总效益矩阵为T_n，计算公式如下：

T_n＝UM_n ^T,n∈[1,tx]

其中，T_n为一个2×1的矩阵；U为网络的效用函数矩阵；M表示多接入网络选择结果向量，其中一种可能的选择情况表示为M_n＝[m₁,m₂...m_K-1,m_K]，m_x＝1或者m_x＝0，x∈[1,K]，当m_x＝1时，表示第x个接入网络被选择，业务将接入到该网络，当m_x＝0时，表示第x个接入网络不被选择，业务将不会接入到该网络；tx表示网络组合选择方式总数；

步骤2-2)最优接入网络集M_i为K_n取得最大值时的M_n，K_n计算公式如下所示，

K_n＝T_n11/T_n21

其中，K_n为第n种网络选择组合情况下当前覆盖的网络总数，T_n11表示第n种网络选择组合情况下，总效益矩阵T_n的第一行第一列元素值，T_n21表示第n种网络选择组合情况下总效益矩阵T_n的第二行第一列元素值；

步骤2-3)最优接入网络集确定为：

$a1:T_n={\mathrm{UM}}_n^T$

a2:K_n＝T_n11/T_n21

a3:M_i＝M_nwhilemax(K_n)

接入网络集为M_i＝[m₁,m₂...m_K-1,m_K]时，所确定的接入网络集为当前速度下基于业务的最优接入网络集，输出M_i，其能保证业务接入到速率最高、时延最低、负载较小的单个或者多个网络。

进一步，所述网络组合选择方式总数tx通过以下公式计算，

$tx=\underset{i=1}{\overset{K-j}{\Σ}}{C}_{K-j}^i$

其中，K为当前覆盖的网络总数。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统及方法，能够根据终端移动速度及业务需求为业务选择最优网络组合，同时为每个业务确定一个最优接入网络集，实现业务的快速可靠并行传输，提高终端的吞吐量及各网络资源的利用率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明所述的异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统结构示意图；

图2为本发明所述的异构无线网络中基于业务的多接入网络选择方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提供的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统，如图1所示，该系统包括业务流需求分析模块、终端信息处理模块、网口数据处理模块以及基于业务的多接入网络选择决策模块；所述业务流需求分析模块用于对业务的QoS需求进行详细的分析，通过构建业务需求矩阵，得出业务的QoS需求权重；终端信息处理模块用于对终端移动速度进行处理，得出终端移动速度对网络QoS的影响权重；网口数据处理模块包含若干个无线网络接口，用于实时网络信息的平滑处理；业务流需求分析模块、终端信息处理模块、网口数据处理模块对基础数据进行收集或处理，然后将处理后的数据传输至基于业务的多接入网络选择决策模块，基于业务的多接入网络选择决策模块进行相应的判定和决策，并将决策结果通知到无线网络接口。

业务包含4种基本类型的业务：会话类业务、交互类业务、流媒体业务、后台类业务。

各业务QoS的需求分析如下：

会话类业务，对于这一类业务而言，其主要的特征是要求业务数据的实时传输，同时要求较低的时延抖动，因此这是一类对端到端时延要求非常高的业务，通常要求低于100ms。对于丢包率而言，由于人体感官的限制，少量的丢包对人体的听觉和视觉不会产生可察觉性的影响。对于网络带宽而言，现有的网络带宽均能满足传统语音通信64kbit/s的带宽需求，同时对于较高带宽需求的视频会话也能很好的应付。总之，会话类业务主要的QoS需求因素为时延以及时延抖动。

交互类业务，该类业务是指用户与用户之间或者用户与智能终端间进行的双向交互动作集，其主要的特征是请求应答模式。这类业务对时延以及时延抖动的要求相对较低，反而对丢包率的要求相对较高。

流媒体类业务，视频点播以及网络实况广播都是典型的流媒体业务，与会话类业务相比，流媒体业务有更显著的特征——单向传输，因此其对实时性的要求远远低于会话类业务，同时由于终端的流媒体数据缓存机制使得用户对时延抖动的容忍度得到了大大的提升。该类业务对丢包率的要求不高，少量的丢包不会造成视觉上的差异。重要的是该类业务对网络带宽的要求均较高。

后台类业务，该类业务的主要特征是没有传输时延限制，同时对时延抖动的要求也不高。相反，该类业务对数据的完整性以及正确性有很高要求，因此其对丢包率的要求很高。同时，该类业务具有突发性的性质，其对带宽也具有相应要求。

终端信息处理主要完成终端速度信息的处理，得出能反应终端当前运动状态的速度因子。

网口数据处理包括终端的所有无线网络接口，其主要是收集、测量接入网络的性能参数，经过相应处理之后把信息提交至基于业务的多接入网络选择决策模块。

无线网络接口包括接收信号强度采集器、带宽采集器、时延采集器、丢包率采集器。本发明利用单平滑参数二次指数平滑方法，对采集器采集到的原始数据进行过滤以除去个别离散极值从而得到平滑值。

无线网络接口i(i∈[1,N])在时刻t，所采集到的接收信号强度、带宽、时延以及丢包率经过二次平滑处理分别表示为RSS_i ⁽²⁾(t)、BW_i ⁽²⁾(t)、D_i ⁽²⁾(t)以及PLR_i ⁽²⁾(t)，N为无线网络接口的数量。

本发明本着决策因素全面性的原则，综合考虑现有网络接入选择算法在决策因素选择上的缺陷，重点考虑动态决策因素，通过对动态决策因素的处理实现最优接入网络的选择，本发明选择的用于网络选择的相关决策因素如表1所示。

表.1网络选择的决策因素表

收信号强度RSS不仅反映了用户所处环境下的链路质量，同时可通过对RSS的检测判断出用户当前是否在某个网络的覆盖范围内。

带宽BW表示通信线路所能传送数据的能力，不同的业务对网络带宽的需求差异较大，所以在基于业务的多接入网络选择算法中，为更好的适应各种业务流的传输，带宽是一个必不可少的网络选择决策因素。

时延D是指IP数据包从业务服务器的产生至到达终端所需要的传输时间，其也是直接影响业务连续性的关键因素。

丢包率PLR一般是指若干数据包以一定时间间隔在网络中传输，被丢掉包所占的比例。

终端速度V，终端的移动是导致终端从一种网络的覆盖区域进入另外一种网络的覆盖区域的直接原因。实际上由终端的移动速度引起的多径多普勒效应对接收信号强度以及丢包率有直接的影响。

终端不同的移动速度对接收信号强度以及丢包率的影响不一样，因此终端不同速度也可能通过影响接收信号强度以及丢包率的方式影响接入网络的选择，由于本发明的接入网络选择从业务对网络的QoS需求角度出发，因此在考虑业务对网络的QoS需求时，将同时考虑终端速度对接收信号强度及误码率的影响，即终端速度对网络QoS的影响。

本发明提供的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择方法，如图2所示，该方法能够根据终端移动速度及业务需求为业务选择最优网络组合，同时为每个业务确定一个最优接入网络集，实现业务的快速可靠并行传输，提高终端的吞吐量及各网络资源的利用率。具体包括以下步骤：

步骤1)网络初步筛选；

步骤1-1)进行初始化，max＝0；

步骤1-2)业务流需求分析模块构建业务需求矩阵，业务QoS需求矩阵为：U(A,N,N)；

其中，A表示应用业务向量，A＝[β₁,β₂,β₃,β₄]，β₁为会话类、β₂交互类、β₃流媒体类和β₄后台类；N表示网络QoS属性因子向量，N＝[RSS,BW,D,PLR]；会话类、交互类、流媒体类以及后台类的QoS需求矩阵分别表示为U(β₁,N,N)、U(β₂,N,N)、U(β₃,N,N)和U(β₄,N,N)；

四类业务的QoS需求矩阵U(β₁,:,:)、U(β₂,:,:)、U(β₃,:,:)和U(β₄,:,:)使用1-9标度法，将业务需求的各个QoS因素按照其对业务传输的重要性进行两两比较。

步骤1-3)确定业务QoS需求权重；

在业务QoS需求矩阵U的基础之上，以行为基本单位，计算以网络QoS因素i为基准的相对于其它因素的重要程度比值；

计算网络QoS因素i的熵值Mi，其意义为在众多的网络QoS因素中，业务对该网络QoS因素的不重视度量值，1-Mi即表示该网络QoS因素对业务的重要性度量值；

计算网络QoS因素i的熵权，即业务对网络QoS因素i的需求权重Wi；

以U(β₁,:,:)、U(β₂,:,:)、U(β₃,:,:)和U(β₄,:,:)为基础，可得各类业务对网络QoS需求的权重向量其中β_n，n＝1,2,3,4分别表示会话类、交互类、流媒体类和后台类业务。W_RSS为网络QoS因素接收信号强度的需求权重，W_BW为网络QoS因素带宽的需求权重，W_D为网络QoS因素时延的需求权重，W_PLR为网络QoS因素丢包率的需求权重。

步骤1-4)计算业务对网络QoS因素的需求权重向量W_V，

终端信息处理包括对终端移动速度进行处理，得出能反应终端当前运动状态的速度因子，定性的表达出终端移动速度对网络QoS的影响权重；本发明将速度对网络QoS因素的影响转换为在接入网络选择过程中业务对网络QoS的需求增益。通过这种转换得出仅考虑终端速度的情况下，业务对各网络QoS因素的需求权重向量为将进行归一化，得到最终仅考虑终端速度的情况下，业务对网络QoS因素的需求权重向量W_V，计算如下式所示：计算如下式所示：

$W_V=\[\frac{1+a}{2a+4},\frac{1}{2a+4},\frac{1}{2a+4},\frac{1+a}{2a+4}\]$

a为终端的移动强度；

步骤1-5)计算考虑终端速度影响的情况下的业务QoS需求综合权重W；

$\begin{array}{c}W=\[w_{RSS},w_{BW},w_D,w_{PLR}\]=\\ \[\frac{{\left(W_{RSS}\×\frac{1+a}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}},\frac{{\left(W_{BW}\×\frac{1}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}},\frac{{\left(W_D\×\frac{1}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}},\frac{{\left(W_{PLR}\×\frac{1+a}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}}\]\end{array}$

w_RSS为接收信号强度的权重值，w_BW为带宽的权重值，w_D为时延的权重值，w_PLR为丢包率权重值；

步骤1-6)计算网络效用函数值；网络效用函数值分为正增益值和负增益值，分别用和表示为

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{{\mathrm{Net}}_k}^{+}=w_{RSS}RS{S_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)+w_{BW}B{W_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)\\ U_{{\mathrm{Net}}_k}^{-}=w_D{D_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)+w_{PLR}PL{R_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)\end{array}\right.$

在有K个无线接入网络覆盖的环境下，其各接入网络的效用函数矩阵可表示为U，

步骤1-7)执行网络的初步筛选，筛选将过滤掉不满足业务基本需求的网络。依据业务的基本需求对所有的覆盖网络进行初步筛选，筛选条件如下式，对任一覆盖网络i：

a1:RSS_i>RSS_th

a2:BW_i>R_min

a3:if(NetworkiisWLANandV>20km/h)

Networkiisnotselected

其中，RSS_th为不同网络接收信号门限值；R_min为业务最小传输速率需求；V为终端速度；

步骤2)确定最优接入网络集。通过遍历各可用网络组合的方式，找出效益值最高的接入网络组合，使得业务流能同时接入到该集合中的多个接入网络，在保证终端吞吐量以及业务传输质量的同时，达到终端吞吐量最大及网络资源利用率最高的目的。

定义T为各种接入网络组合选择情况下的总效益矩阵，则其中一种网络组合选择方案的总效益矩阵为T_n，计算公式如下：

T_n＝UM_n ^T,n∈[1,tx]

其中：T_n为一个2×1的矩阵；U为网络的效用函数矩阵；M表示多接入网络选择结果向量，其中一种可能的选择情况表示为M_n＝[m₁,m₂...m_K-1,m_K]，m_x＝1或者m_x＝0，x∈[1,K]，当m_x＝1时，表示第x个接入网络被选择，业务将接入到该网络，当m_x＝0时，表示第x个接入网络不被选择，业务将不会接入到该网络；tx表示网络组合选择方式总数，后面将详细介绍其计算方法。

经过步骤1)的初步筛选，将不符合业务传输需求的网络过滤掉，即在多接入网络选择结果向量M中该网络固定取值零，即表示该网络不被选择。假设经过初步筛选不满足需求的网络的个数为j，即M中零的个数为“j”，则tx计算公式如下所示：

$tx=\underset{i=1}{\overset{K-j}{\Σ}}{C}_{K-j}^i$

其中：K为当前覆盖的网络总数。

最优接入网络集M_i为K_n取得最大值时的M_n，K_n计算公式如下所示：

K_n＝T_n11/T_n21

其中：K_n为第n种网络选择组合情况下当前覆盖的网络总数，T_n11表示第n种网络选择组合情况下，总效益矩阵T_n的第一行第一列元素值，T_n21表示第n种网络选择组合情况下总效益矩阵T_n的第二行第一列元素值。

综上所述，最优接入网络集确定为：

$a1:T_n={\mathrm{UM}}_n^T$

a2:K_n＝T_n11/T_n21

a3:M_i＝M_nwhilemax(K_n)

即接入网络集为M_i＝[m₁,m₂...m_K-1,m_K]时，所确定的接入网络集为当前速度下基于业务的最优接入网络集，其能保证业务接入到速率最高、时延最低、负载较小的单个或者多个网络。

将业务接入到最优接入网络集中的网络，这不仅能满足业务的QoS需求，还能在实现终端聚合吞吐量最大化的同时提高各种网络资源的利用率。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统，其特征在于：该系统包括业务流需求分析模块、终端信息处理模块、网口数据处理模块以及基于业务的多接入网络选择决策模块；所述业务流需求分析模块用于对业务的QoS需求进行分析，通过构建业务需求矩阵，计算业务的QoS需求权重；所述终端信息处理模块用于对终端移动速度进行处理，计算终端移动速度对网络QoS的影响权重；所述网口数据处理模块包含若干个无线网络接口，用于实时网络信息的平滑处理；所述业务流需求分析模块、终端信息处理模块、网口数据处理模块对基础数据进行收集或处理，然后将处理后的数据传输至基于业务的多接入网络选择决策模块，基于业务的多接入网络选择决策模块进行相应的判定和决策，并将决策结果通知到无线网络接口。

2.根据权利要求1所述的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统，其特征在于：所述业务包含4种基本类型的业务：会话类业务、交互类业务、流媒体业务、后台类业务。

3.根据权利要求1所述的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统，其特征在于：所述无线网络接口包括接收信号强度采集器、带宽采集器、时延采集器、丢包率采集器。

4.根据权利要求3所述的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择系统，其特征在于：无线网络接口i(i∈[1,N])在时刻t，所采集到的接收信号强度、带宽、时延以及丢包率经过二次平滑处理分别表示为RSS_i ⁽²⁾(t)、BW_i ⁽²⁾(t)、D_i ⁽²⁾(t)以及PLR_i ⁽²⁾(t)；N为无线网络接口的数量。

5.一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1)网络初步筛选，根据业务的基本需求对所有的覆盖网络进行初步筛选，筛选条件如下式，任意一个覆盖网络i：

a1:RSS_i>RSS_th

a2:BW_i>R_min

a3:if(NetworkiisWLANandV>20km/h)

Networkiisnotselected

其中，RSS_th为不同网络接收信号门限值；R_min为业务最小传输速率需求；V为终端速度；

步骤2)确定最优接入网络集。

6.根据权利要求5所述的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择方法，其特征在于：所述步骤1)具体包括以下步骤：

步骤1-1)进行初始化，max＝0；

步骤1-2)业务流需求分析模块构建业务需求矩阵，业务QoS需求矩阵为：U(A,N,N)；其中，A表示应用业务向量，A＝[β₁,β₂,β₃,β₄]，β₁为会话类、β₂交互类、β₃流媒体类和β₄后台类；N表示网络QoS属性因子向量，N＝[RSS,BW,D,PLR]；会话类、交互类、流媒体类以及后台类的QoS需求矩阵分别表示为U(β₁,N,N)、U(β₂,N,N)、U(β₃,N,N)和U(β₄,N,N)；

步骤1-3)确定业务QoS需求权重；各类业务对网络QoS需求的权重向量其中β_n，n＝1,2,3,4分别表示会话类、交互类、流媒体类和后台类业务；W_RSS为网络QoS因素接收信号强度的需求权重，W_BW为网络QoS因素带宽的需求权重，W_D为网络QoS因素时延的需求权重，W_PLR为网络QoS因素丢包率的需求权重；

步骤1-4)计算业务对网络QoS因素的需求权重向量W_V，

$W_V=\[\frac{1+a}{2a+4},\frac{1}{2a+4},\frac{1}{2a+4},\frac{1+a}{2a+4}\]$

a为终端的移动强度；

步骤1-5)计算考虑终端速度影响的情况下的业务QoS需求综合权重W，

$\begin{array}{c}W=\[w_{RSS},w_{BW},w_D,w_{PLR}\]=\\ \[\frac{{\left(W_{RSS}\×\frac{1+a}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}},\frac{{\left(W_{BW}\×\frac{1}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}},\frac{{\left(W_D\×\frac{1}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}},\frac{{\left(W_{PLR}\×\frac{1+a}{2a+4}\right)}^{\frac{1}{2}}}{\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\left(W_{{\mathrm{\β}}_{n}i}\×W_{Vi}\right)}^{\frac{1}{2}}}\]\end{array},$

w_RSS为接收信号强度的权重值，w_BW为带宽的权重值，w_D为时延的权重值，w_PLR为丢包率权重值；

步骤1-6)计算网络效用函数值；所述网络效用函数值包括正增益值和负增益值，分别用和表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{{\mathrm{Net}}_k}^{+}=w_{RSS}RS{S_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)+w_{BW}B{W_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)\\ U_{{\mathrm{Net}}_k}^{-}=w_D{D_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)+w_{PLR}PL{R_k}^{\left(2\right)}\left(t\right)\end{array}\right.$

在有K个无线接入网络覆盖的环境下，其各接入网络的效用函数矩阵表示为U，

步骤1-7)执行网络的初步筛选。

7.根据权利要求5所述的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择方法，其特征在于：所述步骤2)确定最优接入网络集，具体包括以下步骤：

步骤2-1)定义T为各种接入网络组合选择情况下的总效益矩阵，其中一种网络组合选择方案的总效益矩阵为T_n，计算公式如下：

$T_n={{\mathrm{UM}}_n}^T,n\∈\[1,tx\]$

其中，T_n为一个2×1的矩阵；U为网络的效用函数矩阵；M表示多接入网络选择结果向量，其中一种选择情况表示为M_n＝[m₁,m₂...m_K-1,m_K]，m_x＝1或者m_x＝0，x∈[1,K]，当m_x＝1时，表示第x个接入网络被选择，业务将接入到该网络，当m_x＝0时，表示第x个接入网络不被选择，业务将不会接入到该网络；tx表示网络组合选择方式总数；

步骤2-2)最优接入网络集M_i为K_n取得最大值时的M_n，K_n计算公式如下所示：

K_n＝T_n11/T_n21

其中，K_n为第n种网络选择组合情况下当前覆盖的网络总数，T_n11表示第n种网络选择组合情况下，总效益矩阵T_n的第一行第一列元素值，T_n21表示第n种网络选择组合情况下总效益矩阵T_n的第二行第一列元素值；

步骤2-3)最优接入网络集确定为：

$a1:T_n={\mathrm{UM}}_n^T$

a2:K_n＝T_n11/T_n21

a3:M_i＝M_nwhilemax(K_n)

接入网络集为M_i＝[m₁,m₂...m_K-1,m_K]时，所确定的接入网络集为当前速度下基于业务的最优接入网络集，输出M_i。

8.根据权利要求7所述的一种异构无线网络中基于业务的多接入网络选择方法，其特征在于：所述网络组合选择方式总数tx通过以下公式计算：

$tx=\underset{i=1}{\overset{K-j}{\Σ}}{C}_{K-j}^i$

其中，K为当前覆盖的网络总数。