CN107949002A - 一种网络性能的分析方法和网络设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种网络性能的分析方法和网络设备，涉及通信技术领域，能够解决无法对各种网络性能进行分析，且分析不准确的问题。其方法为：获取待分析区域的网络系统结构和用户移动性信息；确定网络系统结构下待分析的网络选择算法以及呼叫接纳控制策略；基于广义随机Petri网为网络选择算法搭建模型，模型中采用临时库所描述瞬时非稳态的用户状态，模型中变迁的使能函数随网络选择算法变化；运行模型，获取所有可行标记的稳态概率和回报速率，可行标记表示广义随机Petri网中只有时间变迁可点火、没有立即变迁可点火的系统状态；根据稳态概率和回报速率获取网络选择算法的性能参数。本申请实施例用于对4G网络和WLAN的异构网络性能进行评估。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种网络性能的分析方法和网络设备。
背景技术
目前，各大运营商已经部署了大量的无线本地网络接入点(Wireless Loca lArea Networks Access Point，WLAN AP)做密集人流区域的热点覆盖。同时，运营商的4G网络(the 4Generation mobile communication technology，4G)建设也在进行中。与4G网络相比，WLAN AP可以在一个有限的区域内提供更高的网络传输速率和较低的电池消耗，且价格较为低廉，而4G网络能够较好的满足用户的移动性需求。如何将WLAN AP和4G组成的异构网络有效融合，从而为用户提供高速、低价的网络服务，是工业和学术界所共同关心的热点问题。
如果用户处于WLAN和4G网络共同覆盖的区域，选择何种网络接入，是异构网络融合的关键问题，也是网络选择算法所要研究的内容。目前，学术界提供了多种不同的算法，但是考虑到算法的实现复杂度，目前工业界更趋向于3种较为简单的算法：WLAN优先，即优先选择WLAN接入；随机选择，即以一定概率随机选择WLAN热点；负载均衡，即根据接入时刻蜂窝网络和WLAN所承载的用户数选择负荷更低的网络接入。
针对这3种算法的网络性能评价，目前主要是基于多维马尔科夫链的分析方法，也就是将处在蜂窝网络和WLAN中的用户数建模为一个多维马尔科夫状态转移过程。但是，基于多维马尔科夫链的建模方法需要将用户在网络中的移动性和网络选择过程抽象为一个多维马尔科夫状态转移过程，无法直观、清晰地描述用户在异构网络的移动和网络选择过程，这将导致以下技术问题：一方面，已经与4G建立连接的移动用户在进入4G和WLAN的双重覆盖区域时，如果根据网络选择算法向WLAN发起切换请求但被拒绝后，会重新回到4G网络。由于这个过程耗时很短(通常小于1秒)，用户在这个过程中处于瞬时非稳态的状态。如果通过多维马尔科夫链的方法建模分析，无法对瞬时非稳态的用户进行表征，只能将这种情况下用户判断为切换WLAN失败造成掉话(而实际上用户回到了4G网络未发生掉话)；在双重覆盖区域内的新到达用户也有类似的问题，如果用户连接请求被WLAN或4G拒绝，那么该用户仍然可以向4G或WLAN发送连接请求。而多维马尔科夫链无法对这种情况进行建模分析，造成性能分析的准确性不够；另一方面，只能对WLAN优先和随机选择这两种网络选择算法进行分析，无法分析负载均衡算法的网络性能。
发明内容
本申请实施例提供一种网络性能的分析方法和网络设备，能够解决无法对各种网络性能进行分析，且分析不准确的问题。
第一方面，提供一种网络性能的分析方法，包括：网络设备获取待分析区域的网络系统结构和用户移动性信息；网络设备确定网络系统结构下待分析的网络选择算法以及呼叫接纳控制策略；网络设备根据网络选择算法、呼叫接纳控制策略以及用户移动性信息，并基于广义随机Petri网为网络选择算法搭建模型，模型中采用临时库所描述瞬时非稳态的用户状态，模型中变迁的使能函数随网络选择算法变化；网络设备运行模型，获取所有可行标记的稳态概率和回报速率，可行标记表示广义随机Petri网中只有时间变迁可点火、没有立即变迁可点火的系统状态；网络设备根据稳态概率和回报速率获取网络选择算法的性能参数。与现有的评估方法相比较，利用广义随机Petri网可以清晰点的对用户在异构网络中的移动性和网络选择动作进行建模，并准确的对瞬时非稳态的用户状态进行描述。另一方面，该模型可以适用于WLAN优先、随机选择以及负载均衡三种网络选择算法，因此，能够解决无法对各种网络性能进行分析，且分析不准确的问题。
在一种可能的设计中，网络系统结构包括只有第四代通讯技术4G覆盖区域和双重覆盖区域，只有4G覆盖区域中用户只能接入4G网络，双重覆盖区域中用户能接入4G网络或无线局域网WLAN；用户移动性信息包括4G网络中用户的平均到达速率、双重覆盖区域中用户的平均到达速率、用户离开只有4G覆盖区域的平均速率、用户从双重覆盖区域进入只有4G覆盖区域的平均速率以及用户从只有4G覆盖区域进入双重覆盖区域的概率。
在一种可能的设计中，网络选择算法包括WLAN优先、随机选择和负载均衡；
呼叫接纳控制策略包括：网络系统结构中待分析区域内4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，且待分析区域内4G网络当前的用户数nc小于Nc与预留的第一容量Gc,1的差时，位于双重覆盖区域的用户对4G网络发起的业务建立请求被接纳，Gc,1表示为只有4G覆盖区域新到达用户和切换用户预留的容量；以及呼叫接纳控制策略还包括：网络系统结构中待分析区域内4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，并且为从待分析区域外切换至待分析区域内的用户预留第二容量Gc,2，待分析区域内当前的用户数nc大于Nc与Gc，2的差时，待分析区域内新到达用户向4G网络发起的业务请求被拒绝。
在一种可能的设计中，临时库所包括第一临时库所和第二临时库所，第一临时库所用于描述双重覆盖区域内新到达用户的瞬时非稳态，第二临时库所用于描述只有4G覆盖区域内的用户进入双重覆盖区域的用户的瞬时非稳态。
在一种可能的设计中，性能参数包括业务阻塞概率、切换丢失概率和承载平均用户数中的至少一个，其中：
业务阻塞概率λn1表示4G网络中用户的平均到达速率，λn2表示双重覆盖区域中用户的平均到达速率；表示只有4G覆盖区域的业务阻塞概率，表示双重覆盖区域的业务阻塞概率，其中，Ω表示所有可行标记的集合，πj表示标记j的稳态概率，和均表示回报速率，在双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于Nc与Gc，2的差时为1，否则为0，在双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于Nc与Gc，1的差，且WLAN内的用户数等于WLAN内所能接纳的最大用户数NW时为1，否则为0；
切换丢失概率，在双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和等于Nc时为1，否则为0；
4G网络的承载平均用户数WLAN的承载平均用户数(#4G_Dual)+(#4G_Only)表示双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和，#WLAN表示WLAN内的用户数。
第二方面，提供一种网络设备，包括：获取单元，用于获取待分析区域的网络系统结构和用户移动性信息；确定单元，用于确定网络系统结构下待分析的网络选择算法以及呼叫接纳控制策略；模型建立单元，用于根据网络选择算法、呼叫接纳控制策略以及用户移动性信息，并基于广义随机Petri网为网络选择算法搭建模型，模型中采用临时库所描述瞬时非稳态的用户状态，模型中变迁的使能函数随网络选择算法变化；获取单元，还用于运行模型，获取所有可行标记的稳态概率和回报速率，可行标记表示广义随机Petri网中只有时间变迁可点火、没有立即变迁可点火的系统状态；获取单元，还用于根据稳态概率和回报速率获取网络选择算法的性能参数。
在一种可能的设计中，网络系统结构包括只有第四代通讯技术4G覆盖区域和双重覆盖区域，只有4G覆盖区域中用户只能接入4G网络，双重覆盖区域中用户能接入4G网络或无线局域网WLAN；用户移动性信息包括4G网络中用户的平均到达速率、双重覆盖区域中用户的平均到达速率、用户离开只有4G覆盖区域的平均速率、用户从双重覆盖区域进入只有4G覆盖区域的平均速率以及用户从只有4G覆盖区域进入双重覆盖区域的概率。
在一种可能的设计中，网络选择算法包括WLAN优先、随机选择和负载均衡；
呼叫接纳控制策略包括：网络系统结构中待分析区域内4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，且待分析区域内4G网络当前的用户数nc小于Nc与预留的第一容量Gc，1的差时，位于双重覆盖区域的用户对4G网络发起的业务建立请求被接纳，Gc，1表示为只有4G覆盖区域新到达用户和切换用户预留的容量；以及呼叫接纳控制策略还包括：网络系统结构中待分析区域内4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，并且为从待分析区域外切换至待分析区域内的用户预留第二容量Gc，2，待分析区域内当前的用户数nc大于Nc与Gc，2的差时，待分析区域内新到达用户向4G网络发起的业务请求被拒绝。
在一种可能的设计中，临时库所包括第一临时库所和第二临时库所，第一临时库所用于描述双重覆盖区域内新到达用户的瞬时非稳态，第二临时库所用于描述只有4G覆盖区域内的用户进入双重覆盖区域的用户的瞬时非稳态。
在一种可能的设计中，性能参数包括业务阻塞概率、切换丢失概率和承载平均用户数中的至少一个，其中：
业务阻塞概率λn1表示4G网络中用户的平均到达速率，λn2表示双重覆盖区域中用户的平均到达速率；表示只有4G覆盖区域的业务阻塞概率，表示双重覆盖区域的业务阻塞概率，其中，Ω表示所有可行标记的集合，πj表示标记j的稳态概率，和均表示回报速率，在双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于Nc与Gc，2的差时为1，否则为0，在双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于Nc与Gc，1的差，且WLAN内的用户数等于WLAN内所能接纳的最大用户数NW时为1，否则为0；
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4G网络的承载平均用户数，WLAN的承载平均用户数(#4G_Dual)+(#4G_Only)表示双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和，#WLAN表示WLAN内的用户数。
本申请实施例提供一种网络性能的分析方法和网络设备，网络设备获取待分析区域的网络系统结构和用户移动性信息，确定网络系统结构下待分析的网络选择算法以及呼叫接纳控制策略；根据网络选择算法、呼叫接纳控制策略以及用户移动性信息，并基于广义随机Petr i网为网络选择算法搭建模型，模型中采用临时库所描述瞬时非稳态的用户状态，模型中变迁的使能函数随网络选择算法变化；运行模型，获取所有可行标记的稳态概率和回报速率，可行标记表示广义随机Petri网中只有时间变迁可点火、没有立即变迁可点火的系统状态；根据稳态概率和回报速率获取网络选择算法的性能参数。与现有的评估方法相比较，利用广义随机Petri网可以清晰点的对用户在异构网络中的移动性和网络选择动作进行建模，并准确的对瞬时非稳态的用户状态进行描述。另一方面，该模型可以适用于WLAN优先、随机选择以及负载均衡三种网络选择算法，因此，能够解决无法对各种网络性能进行分析，且分析不准确的问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种网络架构的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种网络性能的分析方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种异构网络系统结构的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种呼叫接纳控制策略的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种Petri网模型的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种网络设备的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种网络设备的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种网络设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例可应用于对混合组网的异构网络选择算法的网络性能指标的分析，例如应用于对4G网络和WLAN的混合组网的网络性能指标的分析。
如图1所示，本申请的网络架构可以包括网络设备101、接入点102和终端设备103。
网络设备101可以为基站(Base Station，BS)设备，也可称为基站，是一种部署在无线接入网用以提供无线通信功能的装置。例如在2G网络中提供基站功能的设备包括基地无线收发站(Base Transceiver Station,BTS)和基站控制器(Base Station Controller,BSC)，3G网络中提供基站功能的设备包括节点B(NodeB)和无线网络控制器(Radio NetworkController,RNC)，在4G网络中提供基站功能的设备包括演进的节点B(evolved NodeB，eNB)，在无线局域网(Wire less Local Area Networks，WLAN)中，提供基站功能的设备为接入点(Access Point，AP)。在5G通信系统中，提供基站功能的设备包括eNB、新无线节点B(New Radio NodeB,gNB)，集中单元(Centralized Unit,CU),分布式单元(DistributedUnit)和新无线控制器等。
接入点102可以是无线接入点(Access Point，AP)，是使用无线设备(手机等移动设备及笔记本电脑等无线设备)用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内部、校园内部、园区内部以及仓库、工厂等需要无线监控的地方，典型距离覆盖几十米至上百米，也有可以用于远距离传送。
终端设备103可以为用户设备(user equipment，UE)，可以是可移动的终端设备，也可以是不可移动的终端设备。该设备主要用于接收或者发送业务数据。用户设备可分布于网络中，在不同的网络中用户设备有不同的名称，例如：终端，移动台，用户单元，站台，蜂窝电话，个人数字助理，无线调制解调器，无线通信设备，手持设备，膝上型电脑，无绳电话，无线本地环路台等。该用户设备可以经无线接入网(radio access network，简称：RAN)(无线通信网络的接入部分)与一个或多个核心网进行通信，例如与无线接入网交换语音和/或数据。
本申请的基本原理可以为：在描述用户在移动网络中的移动性和网络选择过程中，针对瞬时非稳态的用户状态，可以采用广义随机Petri网中的临时库所进行建模，从而准确地分析网络选择算法性能。本申请所提出的模型可以完成WLAN优先、随机选择和负载均衡三种网络选择算法的分析。
下面对本申请的实施例予以说明。
本申请实施例提出一种网络性能的分析方法，如图2所示，包括：
201、网络设备获取待分析区域的网络系统结构和用户移动性信息。
即使是在热点区域，用户移动性特征也是有所差别。例如在商场、超市等商业区域，用户移动性特征较强，而在写字楼、学校等区域用户移动性相对较弱。因此需要基于实际的网络系统结构对用户在异构网络中的移动性特征进行合理描述并采集相应参数。
在本申请实施例中，网络系统结构指异构的网络系统结构，例如网络系统结构可以是由4G网络和WLAN组成的异构网络系统结构，如图3所示，4G网络的小区可以是基站的覆盖范围下的4G小区，4G小区内设置有WLAN接入点，为了便于描述，可以将一个4G小区和相应覆盖范围内的WLAN AP称为一个接入簇，该接入簇可以根据网络覆盖情况划分为两个区域：只能接入4G网络的区域和既能接入4G网络又能接入WLAN的区域，在本申请实施例中，可以将只能接入4G网络的区域称为只有4G覆盖区域，将用户能接入4G网络或WLAN的区域称为双重覆盖区域。该网络系统结构就可以理解为包括只有4G覆盖区域和双重覆盖区域。
对于用户移动信息，可以包括4G网络中用户的平均到达速率、双重覆盖区域中用户的平均到达速率、用户离开只有4G覆盖区域的平均速率、用户从双重覆盖区域进入只有4G覆盖区域的平均速率以及用户从只有4G覆盖区域进入双重覆盖区域的概率等。
研究表明，用户到达网络过程通常服从独立泊松分布，连接时长服从指数分布。本申请实施例中，将只有4G覆盖区域和双重覆盖区域的用户平均到达速率可以记为λn1和λn2，用户连接网络的平均时长为记为(μ)-1，μ表示用户连接平均终止速率。平均到达速率可以理解为每隔λn1时长会有用户请求到达4G覆盖区域，或每隔λn2时长会有用户请求到达双重覆盖区域。用户连接网络的平均时长可以理解为用户传输业务的平均时长。
由于用户是不断移动的，可能从只有4G覆盖区域进入双重覆盖区域，或者是离开该簇，用户离开只有4G覆盖区域的速率服从指数分布，在本申请实施例中，平均速率可以记为ηCO；用户从只有4G覆盖区域进入双重覆盖区域的可能性即概率可以记为pcw，相应的，用户从只有4G覆盖区域离开簇切换至其他小区的概率记为pcc＝1-pcw。当然，用户也有可能从双重覆盖区域进入只有4G覆盖区域，相应的速率也服从指数分布，平均速率记为ηDC。
202、网络设备确定网络结构下待分析的网络选择算法。
在上述网络系统结构中，用户在双重覆盖区域内发起业务，或者进入双重覆盖区域时需要根据网络选择算法选择WLAN或者4G网络予以接入。在本申请实施例中，网络选择算法可以包括：WLAN优先，即只要进入双重覆盖区域则向WLAN发出业务请求；随机选择，即用户以一定概率选择WLAN或者4G网络接入，该概率通常是运营商根据相应区域用户移动性和网络设备情况所设定并下发给用户的参数；负载均衡，即运营商可以根据用户接入时刻WLAN和4G网络所承载的用户数和容量为用户分配相应的网络制式，实现两种接入技术之间的负载均衡。步骤202在对网络性能进行分析时，可以对这三种网络选择算法逐一进行分析，即这里待分析的网络选择算法可以为这三种算法中的一种。
203、网络设备确定网络结构下的呼叫接纳控制策略。
为了保证用户业务质量，4G网络和WLAN AP所能容纳的用户数是有限的。呼叫接纳控制策略是指用户在簇内发起业务请求、或是从簇外切换至簇内时，WLAN或4G网络在判断是否接纳该用户时所采用的策略。
为了便于后续说明，这里不失一般性的提供一种呼叫接纳控制策略。
如图4所示，一种情况下，通常对处于只有4G覆盖区域的终端设备，如果该终端设备的用户的连接请求被拒绝，将没有机会再次建立连接，所以可以预留保护的第一容量Gc，1，Gc，1表示为只有4G覆盖区域新到达用户和切换用户预留的容量。如果将网络系统结构中，待分析区域内4G网络能够容纳的最大用户数记为Nc，那么待分析区域内当前的用户数nc小于Nc与预留的第一容量Gc，1的差时，位于双重覆盖区域的用户对4G网络发起的业务建立请求被接纳；
另一种情况下，通常为了保证用户感知，4G网络的小区会为簇外切换至簇内的用于预留一定的容量，如果待分析区域内4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，并且为从待分析区域外切换至待分析区域内的用户预留第二容量Gc，2，即Gc，2表示为切换至4G网络的用户预留的容量，待分析区域内当前的用户数nc大于Nc与Gc，2的差时，待分析区域内新到达用户向4G网络发起的业务请求被拒绝。
这里有两种情况需要额外说明。
如果已经连接上4G网络的用户从只有4G覆盖区域进入双重覆盖区域，并基于网络选择算法向WLAN发出连接接入但被拒绝，则用户会重新使用4G网络下的4G连接，不会发生掉话；如果在双重覆盖区域内，新到达用户的连接请求被WLAN或4G网络拒绝，那么该用户仍然可以向4G网络或WLAN发送连接请求，只有在用户被WLAN和4G都拒绝的情况下，该用户的呼叫请求才会被阻塞。
204、网络设备根据网络选择算法、呼叫接纳控制策略以及用户移动性信息，并基于广义随机Petri网为网络选择算法搭建模型，模型中采用临时库所描述瞬时非稳态的用户状态，模型中变迁的使能函数随网络选择算法变化。
Petri网是对离散并行系统的数学表示，经典的Petri网是简单的过程模型，由四元组(库所，变迁，输入函数，输出函数)组成。
本申请实施例所提出的Petri网模型如图5所示，采用临时库所对处理瞬时非稳态的用户状态进行建模，可以准确分析网络性能，同时只需要修改变迁的使能函数便可以适用于WLAN优先、随机选择和负载均衡三种网络选择算法的网络性能评估。临时库所包括第一临时库所和第二临时库所，第一临时库所用于描述双重覆盖区域内新到达用户的瞬时非稳态，第二临时库所用于描述只有4G覆盖区域内的用户进入双重覆盖区域的用户的瞬时非稳态。
为了便于说明，该步骤204以负载均衡算法为例进行说明。
在一个接入簇中，已经建立通信链路的用户可以分为三类：处于双重覆盖区域并接入WLAN；处于双重覆盖区域并接入4G网络；处于只有4G覆盖区域并接入4G网络。模型中，通过库所WLAN表示处于双重覆盖区域并接入WLAN，库所4G Dual表示处于双重覆盖区域并接入4G网络，库所4G Only表示处于只有4G覆盖区域并接入4G网络，见图5中白色圆圈部分，对应地，处于相应状态的用户数分别用(#WLAN)，(#4G Dual)和(#4G Only)表示。
下面分别对新到达用户的Petri网建模以及由只有4G覆盖区域进入双重覆盖区域的用户的Petri网建模分别进行说明。
1)新到达用户的Petri网建模
以变迁Arrival_Only和变迁Arrival_Dual分别描述用户在只有4G覆盖区域和双重覆盖区域内的到达事件，用户到达速率为分别为λn1和λn2。
由于4G网络采用了呼叫接纳控制策略，预留了Gc，2个业务容量给切换到本4G小区的业务，所以只有当4G网络的小区的业务数nc<Nc-Gc,2时，才会接纳在4G覆盖区域内新到达的业务接入。相应的变迁Arrival_Only的使能函数为(#4G Dual)+(#4G Only)<Nc-Gc,2，点火速率为λn1。
对于双重覆盖区域内的新到达用户，由于可能选择WLAN(由变迁Select_WLAN_New表示)，也有可能选择4G接入(由变迁Select_4G_New表示)，所以用户处于一个瞬时非稳态的状态。本申请可以使用临时库所Dual_Tmp_New来描述这个瞬时状态。这样即使用户选择WLAN/4G被拒绝后，仍然处于临时库所Dual_Tmp_New中，仍然可以继续选择4G/WLAN请求接入。
这也就意味着只要4G或者WLAN其中有一种网络可以接纳新到达用户，那么变迁Arrival_Dual就是使能的，相应的使能函数为
(#4G Dual)+(#4G Only)<Nc-Gc,1或(#WLAN)<Nw，Nw表示WLAN中所能容纳的最大用户数。
而变迁Select_WLAN_New和变迁Select_WLAN_New的使能函数体现了三种不同的网络选择算法。以负载均衡算法为例，如果4G网络的负荷(4G小区用户数/4G小区容量)高于WLAN的负荷(WLAN用户数/WLAN容量)，则选择WLAN接入。反之则选择4G网络接入。
变迁Select_WLAN_New表示选择WLAN，故使能函数为：
变迁Select_4G_New表示选择WLAN，故使能函数为：
2)只有4G覆盖区域进入双重覆盖区域的用户的Petri网建模
用户进入双重覆盖区域这一动作由变迁Enter_Dual表示，平均速率为此时用户需要决定选择WLAN技术还是4G网络。考虑到网络选择只需要很短的时间决策，所以认为移动用户所处的网络选择状态是瞬时的，用临时库所Dual_Tmp_HO描述这个瞬时非稳态的用户状态，并由立即变迁Select_WLAN_HO和Select_4G_HO分别描述选择WLAN和4G网络的动作。
由于采用负载均衡算法，与流程1)类似，变迁Select_WLAN_HO表示选择WLAN，使能函数为：
变迁Select_4G_HO表示选择4G，使能函数为
位于双重覆盖区域且接入WLAN的用户离开双重覆盖区域的动作由变迁Leave_WLAN描述，相应的点火速率为ηDC。此时用户同样处于瞬时状态，由库所Only_Tmp描述。如果4G网络有足够信道，即(#4G Dual)+(#4G Only)<Nc，业务可以通过垂直切换接入4G蜂窝小区。否则垂直切换将会失败，导致通信链路中断，用立即变迁HO_Fail描述这种情况。
变迁Enter_Only_1描述了一个4G业务由双重覆盖区域进入只有4G覆盖区域的动作。在这个过程中，终端设备一直保持着4G通信链路，所以变迁Enter_Only_1没有使能函数，点火速率为ηDC。
变迁Ter_Only和变迁Ter_Dual分别描述了业务在只有4G覆盖区域和双重覆盖区域完成数据传输、主动断开通信链路的事件，点火速率均为μ。
变迁HO_Out和变迁HO_In分别描述了用户切换至相邻小区和切换进入本小区的动作。其中变迁HO_Out的点火速率为ηco·pcw，变迁HO_In的点火速率可以通过固定点迭代的方法计算得到。
205、网络设备运行模型，获取所有可行标记的稳态概率和回报速率，可行标记表示广义随机Petri网中只有时间变迁可点火、没有立即变迁可点火的系统状态。
可行标记指的是广义随机Petri网中只有时间变迁可以点火、没有立即变迁可以点火的系统状态。
可行标记以j表示时，可以以πj表示可行标记j的稳态概率。
回报速率也可称为回报率，表示在该状态下发生相应事件的概率。举例来说，在状态j下，WLAN有100个用户，4G网络有90个用户，且都已经到达了相应系统的容量上限。在这个状态j下，如果新到达一个用户，那么该用户必然会被拒绝，所以状态j下的回报速率为1。
若回报速率以和表示，则分别为：
表示在标记(或称为状态)j下只有4G覆盖区域是否会发生业务阻塞的回报速率，表示标记j下双重覆盖区域是否会发生业务阻塞的回报速率。206、网络设备根据稳态概率和回报速率获取网络选择算法的性能参数。
网络选择算法的性能可以通过业务阻塞概率、切换丢失概率以及承载平均用户数这3个指标综合评估。
业务阻塞概率可以理解为由于网络承载用户数量受限，用户无法建立新的通信链路的概率；切换丢失概率可以理解为已经与网络建立连接的用户，由于原服务小区/WLAN覆盖能力有限，切换至新的服务小区失败造成连接中断的概率；平均承载用户数表示从统计学角度衡量整个异构网络系统能够承接的用户容量，即异构网络系统进入稳定状态后，WLAN和4G网络会以一定的概率承载相应的用户数，例如4G小区中有10个用户的稳态概率为30％，有20个用户的稳态概率为70％,此时可以得到平均承载用户数为10*30％+20*70％＝17。
在一个接入簇中，只有4G覆盖区域的业务阻塞概率用表示，和双重覆盖区域的业务阻塞概率用表示时，相应的计算公式可以为：
其中，Ω表示所有可行标记的集合，πj表示标记j的稳态概率。
考虑到双重覆盖区域和只有4G覆盖区域内业务到达速率的不同，可以得到整个接入簇的业务阻塞率PB可以为：
如果一个4G业务在进入双重覆盖区域时选择了WLAN，但由于WLAN已经进入饱和状态而被拒绝，那么可被认为是一次切换失败，而非一次切换丢失。这是因为多模移动终端可以在保持4G链路的同时建立与WLAN的连接，所以即使WLAN切换失败，仍然可保持4G链路。但如果一个WLAN业务进入只有4G覆盖的区域时发生切换失败，由于WLAN覆盖问题已经无法保持WLAN链路，所以该次切换失败为切换丢失。相应的切换丢失概率PFH可以为：
其中，为：
一个接入簇中的4G网络的小区和WLAN接入点所承载的平均用户数分别可以为：
207、网络设备输出分析结果并进行评价分析，在结果不满足网络建设目标时可以继续回到步骤202选择其他网络选择算法继续进行性能分析。
在得到上述三个指标完成网络性能评估后，可以将这三个指标与网络建设目标进行比较，例如与相应的阈值进行比较，如果满足要求，则网络设备将选择的网络选择算法和参数输出。否则继续回到步骤202，选择其他的网络选择算法进行评估或更改参数。这里的参数可以包括上述步骤203中的Gc，1和Gc，2等。
208、网络设备将满足要求的结果输出给网络运行维护部门。
输出给网络运行维护部分可以建议该部分进行相应的网络配置，例如该部门可以更新当前的网络选择算法或更新网络选择算法的参数。
通过上述说明，在本申请实施例中，可基于广义随机Petr i网对异构网络性能进行评估，并建立有相应的Petr i网模型。与现有的评估方法相比较，利用广义随机Petr i网可以清晰点的对用户在异构网络中的移动性和网络选择动作进行建模，并准确的对瞬时非稳态的用户状态进行描述。另一方面，该模型可以适用于WLAN优先、随机选择以及负载均衡三种网络选择算法，因此，能够解决无法对各种网络性能进行分析，且分析不准确的问题。
上述主要从网络设备的角度对本申请实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，网络设备为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
本申请实施例可以根据上述方法示例对网络设备进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
在采用对应各个功能划分各个功能模块的情况下，图6示出了上述实施例中所涉及的网络设备的一种可能的结构示意图，网络设备60包括：获取单元601，确定单元602，模型建立单元603。获取单元601用于支持网络设备执行图2中的过程201、205、206，确定单元602用于支持网络设备执行图2中的过程202，203，模型建立单元603用于支持网络设备执行图2中的过程204。其中，上述方法实施例涉及的各步骤的所有相关内容均可以援引到对应功能模块的功能描述，在此不再赘述。
其中，获取单元601，用于获取待分析区域的网络系统结构和用户移动性信息；
确定单元602，用于确定网络系统结构下待分析的网络选择算法以及呼叫接纳控制策略；
模型建立单元603，用于根据网络选择算法、呼叫接纳控制策略以及用户移动性信息，并基于广义随机Petri网为网络选择算法搭建模型，模型中采用临时库所描述瞬时非稳态的用户状态，模型中变迁的使能函数随网络选择算法变化；
获取单元601，还用于运行模型，获取所有可行标记的稳态概率和回报速率，可行标记表示广义随机Petri网中只有时间变迁可点火、没有立即变迁可点火的系统状态；
获取单元601，还用于根据稳态概率和回报速率获取网络选择算法的性能参数。
在本申请实施例中，可选的，网络系统结构包括只有第四代通讯技术4G覆盖区域和双重覆盖区域，只有4G覆盖区域中用户只能接入4G网络，双重覆盖区域中用户能接入4G网络或无线局域网WLAN；
用户移动性信息包括4G网络中用户的平均到达速率、双重覆盖区域中用户的平均到达速率、用户离开只有4G覆盖区域的平均速率、用户从双重覆盖区域进入只有4G覆盖区域的平均速率以及用户从只有4G覆盖区域进入双重覆盖区域的概率。
在本申请实施例中，可选的，网络选择算法包括WLAN优先、随机选择和负载均衡；
呼叫接纳控制策略包括：网络系统结构中待分析区域内4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，且待分析区域内4G网络当前的用户数nc小于Nc与预留的第一容量Gc，1的差时，位于双重覆盖区域的用户对4G网络发起的业务建立请求被接纳，Gc，1表示为只有4G覆盖区域新到达用户和切换用户预留的容量；以及
呼叫接纳控制策略还包括：网络系统结构中待分析区域内4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，并且为从待分析区域外切换至待分析区域内的用户预留第二容量Gc，2，待分析区域内当前的用户数nc大于Nc与Gc，2的差时，待分析区域内新到达用户向4G网络发起的业务请求被拒绝。
在本申请实施例中，可选的，临时库所包括第一临时库所和第二临时库所，第一临时库所用于描述双重覆盖区域内新到达用户的瞬时非稳态，第二临时库所用于描述只有4G覆盖区域内的用户进入双重覆盖区域的用户的瞬时非稳态。
在本申请实施例中，可选的，性能参数包括业务阻塞概率、切换丢失概率和承载平均用户数中的至少一个，其中：
业务阻塞概率λn1表示4G网络中用户的平均到达速率，λn2表示双重覆盖区域中用户的平均到达速率；表示只有4G覆盖区域的业务阻塞概率，表示双重覆盖区域的业务阻塞概率，其中，Ω表示所有可行标记的集合，πj表示标记j的稳态概率，和均表示回报速率，在双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于Nc与Gc，2的差时为1，否则为0，在双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于Nc与Gc，1的差，且WLAN内的用户数等于WLAN内所能接纳的最大用户数NW时为1，否则为0；
切换丢失概率，在双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和等于Nc时为1，否则为0；
4G网络的承载平均用户数WLAN的承载平均用户数(#4G_Dual)+(#4G_Only)表示双重覆盖区域内接入4G网络的用户数和只有4G覆盖区域的用户数的和，#WLAN表示WLAN内的用户数。
在采用集成的单元的情况下，图7示出了上述实施例中所涉及的网络设备一种可能的结构示意图。网络设备70包括：处理模块702和通信模块703。处理模块702用于对网络设备的动作进行控制管理。
例如，处理模块702用于支持网络设备执行图2中的过程20-206，和/或用于本文所描述的技术的其它过程。通信模块703用于支持网络设备与其他网络实体的通信，例如与图1或图3示出的网络实体之间的通信。网络设备还可以包括存储模块701，用于存储网络设备的程序代码和数据。
其中，处理模块702可以是处理器或控制器，例如可以是中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。通信模块703可以是收发器、收发电路或通信接口等。存储模块701可以是存储器。
当处理模块702为处理器，通信模块703为收发器，存储模块701为存储器时，本申请实施例所涉及的网络设备可以为图8所示的网络设备。
参阅图8所示，该网络设备80包括：处理器812、收发器813、存储器811以及总线814。其中，收发器813、处理器812以及存储器811通过总线814相互连接；总线814可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended I ndustry Standard Architecture，EISA)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
结合本申请公开内容所描述的方法或者算法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、闪存、只读存储器(ReadOnly Memory，ROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable ROM，EPROM)、电可擦可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、只读光盘(CD-ROM)或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于核心网接口设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于核心网接口设备中。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种网络性能的分析方法，其特征在于，包括：
网络设备获取待分析区域的网络系统结构和用户移动性信息；
所述网络设备确定所述网络系统结构下待分析的网络选择算法以及呼叫接纳控制策略；
所述网络设备根据所述网络选择算法、所述呼叫接纳控制策略以及所述用户移动性信息，并基于广义随机Petri网为所述网络选择算法搭建模型，所述模型中采用临时库所描述瞬时非稳态的用户状态，所述模型中变迁的使能函数随所述网络选择算法变化；
所述网络设备运行所述模型，获取所有可行标记的稳态概率和回报速率，所述可行标记表示所述广义随机Petri网中只有时间变迁可点火、没有立即变迁可点火的系统状态；
所述网络设备根据所述稳态概率和所述回报速率获取所述网络选择算法的性能参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络系统结构包括只有第四代通讯技术4G覆盖区域和双重覆盖区域，所述只有4G覆盖区域中用户只能接入4G网络，所述双重覆盖区域中用户能接入所述4G网络或无线局域网WLAN；
所述用户移动性信息包括所述4G网络中用户的平均到达速率、所述双重覆盖区域中用户的平均到达速率、用户离开所述只有4G覆盖区域的平均速率、用户从所述双重覆盖区域进入所述只有4G覆盖区域的平均速率以及用户从所述只有4G覆盖区域进入所述双重覆盖区域的概率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述网络选择算法包括WLAN优先、随机选择和负载均衡；
所述呼叫接纳控制策略包括：所述网络系统结构中待分析区域内所述4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，且所述待分析区域内所述4G网络当前的用户数nc小于所述Nc与预留的第一容量Gc，1的差时，位于所述双重覆盖区域的用户对所述4G网络发起的业务建立请求被接纳，所述Gc，1表示为所述只有4G覆盖区域新到达用户和切换用户预留的容量；以及
所述呼叫接纳控制策略还包括：所述网络系统结构中待分析区域内所述4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，并且为从所述待分析区域外切换至所述待分析区域内的用户预留第二容量Gc，2，所述待分析区域内当前的用户数nc大于所述Nc与所述Gc，2的差时，所述待分析区域内新到达用户向所述4G网络发起的业务请求被拒绝。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述临时库所包括第一临时库所和第二临时库所，所述第一临时库所用于描述所述双重覆盖区域内新到达用户的瞬时非稳态，所述第二临时库所用于描述所述只有4G覆盖区域内的用户进入所述双重覆盖区域的用户的瞬时非稳态。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述性能参数包括业务阻塞概率、切换丢失概率和承载平均用户数中的至少一个，其中：
所述业务阻塞概率λn1表示所述4G网络中用户的平均到达速率，λn2表示所述双重覆盖区域中用户的平均到达速率；表示所述只有4G覆盖区域的业务阻塞概率，表示所述双重覆盖区域的业务阻塞概率，所述其中，Ω表示所有所述可行标记的集合，πj表示标记j的稳态概率，和均表示回报速率，在所述双重覆盖区域内接入所述4G网络的用户数和所述只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于所述Nc与所述Gc，2的差时为1，否则为0，所述在所述双重覆盖区域内接入所述4G网络的用户数和所述只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于所述Nc与所述Gc，1的差，且所述WLAN内的用户数等于所述WLAN内所能接纳的最大用户数NW时为1，否则为0；
所述切换丢失概率在所述双重覆盖区域内接入所述4G网络的用户数和所述只有4G覆盖区域的用户数的和等于所述Nc时为1，否则为0；
所述4G网络的所述承载平均用户数所述WLAN的所述承载平均用户数(#4G_Dual)+(#4G_Only)表示所述双重覆盖区域内接入所述4G网络的用户数和所述只有4G覆盖区域的用户数的和，#WLAN表示所述WLAN内的用户数。
6.一种网络设备，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取待分析区域的网络系统结构和用户移动性信息；
确定单元，用于确定所述网络系统结构下待分析的网络选择算法以及呼叫接纳控制策略；
模型建立单元，用于根据所述网络选择算法、所述呼叫接纳控制策略以及所述用户移动性信息，并基于广义随机Petri网为所述网络选择算法搭建模型，所述模型中采用临时库所描述瞬时非稳态的用户状态，所述模型中变迁的使能函数随所述网络选择算法变化；
所述获取单元，还用于运行所述模型，获取所有可行标记的稳态概率和回报速率，所述可行标记表示所述广义随机Petri网中只有时间变迁可点火、没有立即变迁可点火的系统状态；
所述获取单元，还用于根据所述稳态概率和所述回报速率获取所述网络选择算法的性能参数。
7.根据权利要求6所述的网络设备，其特征在于，所述网络系统结构包括只有第四代通讯技术4G覆盖区域和双重覆盖区域，所述只有4G覆盖区域中用户只能接入4G网络，所述双重覆盖区域中用户能接入所述4G网络或无线局域网WLAN；
所述用户移动性信息包括所述4G网络中用户的平均到达速率、所述双重覆盖区域中用户的平均到达速率、用户离开所述只有4G覆盖区域的平均速率、用户从所述双重覆盖区域进入所述只有4G覆盖区域的平均速率以及用户从所述只有4G覆盖区域进入所述双重覆盖区域的概率。
8.根据权利要求7所述的网络设备，其特征在于，所述网络选择算法包括WLAN优先、随机选择和负载均衡；
所述呼叫接纳控制策略包括：所述网络系统结构中待分析区域内所述4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，且所述待分析区域内所述4G网络当前的用户数nc小于所述Nc与预留的第一容量Gc，1的差时，位于所述双重覆盖区域的用户对所述4G网络发起的业务建立请求被接纳，所述Gc，1表示为所述只有4G覆盖区域新到达用户和切换用户预留的容量；以及
所述呼叫接纳控制策略还包括：所述网络系统结构中待分析区域内所述4G网络能够容纳的最大用户数为Nc，并且为从所述待分析区域外切换至所述待分析区域内的用户预留第二容量Gc，2，所述待分析区域内当前的用户数nc大于所述Nc与所述Gc，2的差时，所述待分析区域内新到达用户向所述4G网络发起的业务请求被拒绝。
9.根据权利要求7或8所述的网络设备，其特征在于，所述临时库所包括第一临时库所和第二临时库所，所述第一临时库所用于描述所述双重覆盖区域内新到达用户的瞬时非稳态，所述第二临时库所用于描述所述只有4G覆盖区域内的用户进入所述双重覆盖区域的用户的瞬时非稳态。
10.根据权利要求8所述的网络设备，其特征在于，所述性能参数包括业务阻塞概率、切换丢失概率和承载平均用户数中的至少一个，其中：
所述业务阻塞概率λn1表示所述4G网络中用户的平均到达速率，λn2表示所述双重覆盖区域中用户的平均到达速率；表示所述只有4G覆盖区域的业务阻塞概率，表示所述双重覆盖区域的业务阻塞概率，所述其中，Ω表示所有所述可行标记的集合，πj表示标记j的稳态概率，和均表示回报速率，在所述双重覆盖区域内接入所述4G网络的用户数和所述只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于所述Nc与所述Gc，2的差时为1，否则为0，所述在所述双重覆盖区域内接入所述4G网络的用户数和所述只有4G覆盖区域的用户数的和大于或等于所述Nc与所述Gc，1的差，且所述WLAN内的用户数等于所述WLAN内所能接纳的最大用户数NW时为1，否则为0；
所述切换丢失概率在所述双重覆盖区域内接入所述4G网络的用户数和所述只有4G覆盖区域的用户数的和等于所述Nc时为1，否则为0；
所述4G网络的所述承载平均用户数所述WLAN的所述承载平均用户数(#4G_Dual)+(#4G_Only)表示所述双重覆盖区域内接入所述4G网络的用户数和所述只有4G覆盖区域的用户数的和，#WLAN表示所述WLAN内的用户数。
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