CN110072197B - 一种应急通信传输信道优选智能切换选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对应急通信可靠性高、经济性强的应急通信链路需求，提出一种基于AHP(Analytical Hierarchy Process层次分析法)的应急通信信道优选智能切换方法。该方法中，事先对各类通信需求的指标要求进行设定，构建指标需求向量库，同时根据指标中各参数的重要性，建立通信需求权重向量库。通信发起时，获取各可用通信资源的信道参数，从库中调取与通信请求匹配的指标需求向量，通过基于AHP的决策流程，根据综合结果选择匹配度最高的网络方案进行传输，以实现信道资源与通信需求、经济性要求的最佳匹配。

Description

一种应急通信传输信道优选智能切换选择方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种应急通信传输信道优选智能切换选择方法。

背景技术

为保障全时全域条件下实现高效的应急业务协同指挥管理，同时兼顾行动经济性和安全性，需要能够在通信基础设施损毁的情况下打破信息孤岛，在异构隔离网络条件下打破系统壁垒，以“低成本、高连通、强安全”为原则，建立突发事件现场与协同指挥场所之间的安全畅通的信息链路。现有的系统实现中，尚没有公开或暗示根据现场网络条件选择可靠性高、经济性强的链路，不能为现场类型多、数量大的集群通信与指挥调度终端提供无线接入，无法保证终端用户操作使用一致性与无感切换。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，该概述并不是关于本发明的穷举性概述，它并非意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为后文的具体实施方式部分的铺垫。

基于现有技术存在的问题，本发明针对应急通信可靠性高、经济性强的应急通信链路需求，提出一种基于AHP(Analytical Hierarchy Process层次分析法)的信道优选智能切换方法，以实现信道资源与通信需求、经济性要求的最佳匹配。

本发明提供一种应急通信传输信道优选智能切换选择方法，基于AHP的流程进行决策，其特征在于包括如下步骤：

(1)信源设备发起通信请求，或在用网络出现信道劣化时，根据通信请求业务类型，从通信需求权重向量库中调取相应的通信需求权重向量W；

(2)获取各通信网络资源的信道参数，并从指标需求向量库中调取与通信请求匹配的指标需求向量，将各通信网络资源的信道参数与当前通信请求的指标需求向量进行比较，构造网络信道矩阵R并进行归一化；

(3)将通信需求权重向量W与归一化的网络信道矩阵R结合，构造带权重的决策向量D；

(4)从带权重的决策向量中取最大值，选取其对应的网络方案进行传输。

通信发起时，获取各可用通信资源的信道参数，从库中调取与通信请求匹配的指标需求向量，通过基于AHP的决策流程，根据综合结果选择匹配度最高的网络方案进行传输。

有益效果：采用上述的技术方案后，本发明能够实现信道资源与通信需求、经济性要求的最佳匹配，建立突发事件现场与协同指挥场所之间的安全畅通的信息链路，为现场类型多、数量大的集群通信与指挥调度终端提供无线接入，保证终端用户操作使用一致性与无感切换。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，而不应将其视为是对本发明范围的限制。

图1为采用基于AHP的应急通信传输信道优选智能切换选择方法的传输流程示意图；

图2为基于AHP的权重向量计算流程示意图；

图3为AHP流程中的递阶层次结构示意图。

具体实施方式

现参照附图对本发明的实施方式进行详细描述。应注意，以下描述仅仅是示例性的，而并不旨在限制本发明。在以下描述的不同实施方式中的不同特征，可彼此结合，以形成本发明范围内的其他实施方式。

需要理解的是，在本发明中，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

结合附图对本发明实施例进行详细描述。采用了传输信道切换选择方法的应急通信传输过程如图1所示，该方法中，事先对各类通信需求的指标要求进行设定，构建指标需求向量库，同时根据指标中各参数的重要性，建立通信需求权重向量库。

主要包含如下步骤：

信源设备发起通信请求，或在用资源出现信道劣化时，从库中调取相应的通信需求权重向量；

获取各可用通信资源的信道参数，并从库中调取与通信请求匹配的指标需求向量，构造网络信道矩阵并进行归一化；

将通信需求权重向量和归一化的网络信道矩阵结合，构造带权重的决策向量；

从带权重的决策向量中取最大值，通过最大值确定最优网络进行传输。

参见附图1，上述在用资源出现信道劣化，指在通信传输过程中对各通信网络进行实时的信道监测，以获知是否达到信道劣化门限，若达到信道劣化门限，则执行本发明的传输信道优选智能切换选择方法，以确定最优网络进行传输。

通过本发明的传输方法容易理解，本发明提出的基于AHP(Analytical HierarchyProcess层次分析法)的信道优选智能切换方法，在通信发起时，获取各可用通信资源的信道参数，从库中调取与通信请求匹配的指标需求向量，通过基于AHP的决策流程，根据综合结果选择匹配度最高的网络方案进行传输。

在本方法的执行过程前，两个前置步骤具体为：

步骤1：构建指标需求向量库。

通信信道的参数指标分为正向指标和逆向指标两种，其中带宽、等效带宽、安全能力等参数越大越好，属于正向指标，时延、抖动、能耗等参数越小越好，属于逆向指标。通过对各类通信需求的应急通信应用特征和技术体制要求的分析研究，提出相应的QoS参数及指标标准。对其中的逆向指标进行带系数的取倒：

其中ρ_DCi信道参数的第i种逆向指标，K为与技术要求相关的系数，λ_DCi为处理后的逆向指标，与正向指标共同组成指标需求向量。设有正向指标m个，逆向指标n个，有指标需求向量Λ_D：

Λ_D＝[λ_DP1,...,λ_DPm,λ_DC1,...λ_DCn] (2)

其中λ_DPi为正向指标。

汇总已知的各类通信需求对应的指标需求向量，构建指标需求向量库并创建索引。

步骤2：建立通信需求权重向量库。

针对各类通信需求的指标需求和应急通信需求特征，通过基于AHP的方法确定各参数的权重。AHP方法是用定性分析与定量计算相结合的方式，对评价目标中的要素进行分析、比较，得到各要素在评价目标中的权重值的决策方法，一般分为建立递阶层次结构——构造两两比较判断矩阵——检验判断矩阵的一致性——计算权重向量几个步骤，见图2。

1)建立递阶层次结构

本发明中的递阶层次结构定义见图3，其层次结构由三层组成，分别为目标层、准则层、方案层。最高层目标层为本算法所要达到的目标，即“高连通、低成本、强安全”，其终值映射为传输网络选择方案。处于中间的准则层是实现目标所要涉及的因素、环节、决策约束，对应应急通信的安全性、连通性、经济性要求等，映射为各网络的指标参数集，包括QoS参数集(带宽、时延、抖动)、等效带宽、安全性、能耗等。最下层是实现准则可提供的方法或方案，称为方案层，映射为以各备选网络为参与对象的安全策略、保通策略、成本优化策略等。

2)构造两两比较判断矩阵

采用“1-9标度”方式对任意两个参数之间的重要性程度进行标度，以这些表示重要性程度的标度值作为元素，建立判断矩阵。设指标数为n，则判断矩阵形式如下：

其中

矩阵元素x_ij的值根据两参数的重要性比较，由表1中的标度值确定。

表1重要性程度值标度表

数值	两因素间关系
		1	同等重要
3	其中一个较重要
		5	其中一个很重要
7	其中一个非常重要
		9	其中一个及其重要
2，4，6，8	中间值

可根据每次任务的不同需求，根据专家经验进行标度，也可预设模板供快速选择。

3)检验判断矩阵的一致性

首先计算判断矩阵的一致性指标CI：

其中n为判断矩阵的阶数，λ_max为判断矩阵的最大特征值。

根据判断矩阵的阶数确定判断矩阵的平均随机一致性指标RI，阶数与RI的对应关系如表2所示。

表2平均随机一致性指标值表

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
										0	0	0.58	0.90	1.12	1.24	1.32	1.41	1.46	1.49

然后计算一致性比例CR：

根据CR进行一致性检验：若CR＜0.1，认为判断矩阵具有一致性，否则认为判断矩阵不具有一致性，返回步骤2，重新构造判断矩阵。

4)计算通信需求权重向量

计算各指标权重：指标i的权重计算式如下：

且有

其中n为指标数。

最终得到通信需求权重向量W：

W＝[W₁,W₂,...,W_n] (7)

汇总所有通信需求权重向量，建立通信需求权重向量库。

在执行以上两个前置步骤后，下面具体描述本发明的应急通信传输信道优选智能切换选择方法，根据图1，传输的步骤如下：

步骤1：用户终端或信源设备发起通信请求，或在用资源出现信道劣化时，此时根据通信需求业务类型，从库中调取相应的通信需求权重向量；

应当认识到，本发明所述的用户终端或信源设备能够通过用户操作使用，根据不同的业务类型，产生各类通信信息数据，并将其转化为无线或有线信号进行传输。

并且，所述的用户终端或信源设备包括但不限于：通用/专用手机终端、集群通信终端、卫星通信终端、指挥调度终端、通信信道融合设备等。

应当说明的是，本发明所述的业务类型包括但不限于：会话语音、会话视频、会话数据等会话类业务，包括交互类音频和交互类数据的交互类业务，以及流媒体类业务、后台类业务等。

本发明中所述的通信指标需求，包括但不限于：带宽、时延、抖动、等效带宽、传输速率、误码率、QoS等级、安全性等级、能耗。

步骤2：获取各通信网络资源的信道参数，并从库中调取与通信请求匹配的指标需求向量，构造网络信道矩阵并进行归一化；

应当说明的是，本发明所述的通信网络资源包括但不限于：Ka频段高通量卫星通信链路、UHF/L/S/C/X/Ku频段卫星通信链路、2G/3G移动通信链路、4G LTE移动通信链路、5G移动通信链路、短波/超短波无线通信链路、金属导线/光纤等有线通信链路。

上述的“库”在这里指的是指标需求向量库，网络信道矩阵通过可用通信资源的信道参数与当前通信需求的指标需求向量比较得出。具体可参照如下方法进行：

机载通信网络资源融合设备向其连接的所有通信装备发送信道参数查询请求，获取各网络的信道参数，对其中的逆向指标进行带系数的取倒：

其中ρ_DCi为信道参数的第i种逆向指标，K为与技术要求相关的系数，λ_DCi为处理后的逆向指标，λ_DPi为第i种正向指标。

同时从指标需求向量库中查询得到当前通信需求的指标需求向量，将处理过的各网络的信道参数与指标需求向量求差，得到初始网络信道矩阵：

其中n为信道参数总数，k为可选网络数，矩阵中的元素c_ij为

c_ij＝λ_Dj-λ_iC (10)

λ_Dj为第j类通信需求指标值，λ_iC为第i类网络该参数实际值，若c_ij为负，则表明该网络无法满足通信需求指标，可将该网络从可选网络列表中去除；

设去除不可用网络后的可选网络数为t，对初始网络信道矩阵进行归一化，依据最高收益准则，得网络信道矩阵：

矩阵中的元素为：

步骤3：将通信需求权重向量和归一化的网络信道矩阵结合，构造带权重的决策向量；

具体是将通信需求权重向量与网络信道矩阵转秩相乘，得带权重的决策向量D：

D＝W^T*R＝[D₁,D₂,...D_t] (13)

步骤4：从带权重的决策向量中取最大值，即决策向量中最大的项D_i，其对应的第i种网络即为决策结果，选取其对应的网络进行传输。

应理解此处所述的方式方法是举例式的，这些特别的实施或例子不具限制性的意味，因为可有大量的变换形式。这里所述的具体程序和方法代表了众多处理方案中的一个或多个。因此，可进行多种操作，可以示例的顺序、以其它顺序、并行执行，可用于一些省略说明的情形。同样，要执行此处所述的实施例的特征和/或结果，对上述任一过程的先后顺序并无要求，这里的先后顺序仅作为图示和说明使用。本发明的权利要求包括所有新颖的及不明显的、对此处所述的各种过程、系统、配置、其它特征、功能、操作和/或特征的组合和亚组合，也包括所有的类同物。

还应该认识到，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种应急通信传输信道优选智能切换选择方法，基于AHP的流程进行决策，其特征在于包括如下步骤：

(1)信源设备发起通信请求，或在用网络出现信道劣化时，根据通信请求业务类型，从通信需求权重向量库中调取相应的通信需求权重向量W；

(2)获取各通信网络资源的信道参数，并从指标需求向量库中调取与通信请求匹配的指标需求向量，将各通信网络资源的信道参数与当前通信请求的指标需求向量进行比较，构造网络信道矩阵R并进行归一化；其中，所述的指标需求向量库按如下方法进行构建：

1)划分通信信道的参数指标，将其分为正向指标和逆向指标；

2)对各类通信请求的应急通信应用特征和技术体制要求进行分析研究，提出相应的QoS参数及指标标准；

3)对其中的逆向指标进行带系数的取倒，将处理后的逆向指标与正向指标共同组成指标需求向量；

4)汇总已知的各类通信请求对应的指标需求向量，构建指标需求向量库并创建索引；

(3)将通信需求权重向量W与归一化的网络信道矩阵R结合，构造带权重的决策向量D；

(4)从带权重的决策向量中取最大值，选取其对应的网络方案进行传输。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：

机载通信网络资源融合设备向其连接的所有通信装备发送信道参数查询请求，获取各网络的信道参数，对其中的逆向指标进行带系数的取倒：

其中ρ_DCi为信道参数的第i种逆向指标，K为与技术要求相关的系数，λ_DCi为处理后的逆向指标，λ_DPi为第i种正向指标；

同时从指标需求向量库中查询得到当前通信请求的指标需求向量，将处理过的各网络的信道参数与指标需求向量求差，得到初始网络信道矩阵C：

其中n为信道参数总数，k为可选网络数，矩阵中的元素c_ij为

c_ij＝λ_Dj-λ_iC

λ_Dj为第j类通信需求指标值，λ_iC为第i类网络该参数实际值，若c_ij为负，则表明该网络无法满足通信需求指标，可将该网络从可选网络列表中去除；

设去除不可用网络后的可选网络数为t，对初始网络信道矩阵进行归一化，依据最高收益准则，得网络信道矩阵R：

矩阵中的元素为：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：

将通信需求权重向量W与网络信道矩阵R转秩相乘，得带权重的决策向量D：

D＝W^T*R＝[D₁,D₂,...D_t]。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)具体按如下方法进行：

对逆向指标进行带系数的取倒：

其中ρ_DCi为信道参数的第i种逆向指标，K为与技术要求相关的系数，λ_DCi为处理后的逆向指标，与正向指标共同组成指标需求向量，设有正向指标m个，逆向指标n个，则指标需求向量Λ_D为：

Λ_D＝[λ_DP1,...,λ_DPm,λ_DC1,...λ_DCn]

其中λ_DPi为正向指标。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通信需求权重向量库按如下方法进行构建：针对应急通信应用特征，确定各信源设备发起的通信请求的重要性与保障水平，通过基于AHP的方法确定各参数的权重，分为建立递阶层次结构、构造比较判断矩阵、检验判断矩阵的一致性、计算权重向量步骤进行。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的递阶层次结构由三层组成，分别为目标层、准则层、方案层，其中，目标层为最高层，即“高连通、低成本、强安全”，映射为传输网络选择方案，准则层为中间层，对应应急通信的安全性、连通性、经济性要求，映射为各网络的指标参数集，方案层为最下层，是实现准则可提供的方法或方案，映射为以各备选网络为参与对象的安全策略、保通策略、成本优化策略。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的构造比较判断矩阵具体为：

采用“1-9标度”方式对任意两个参数之间的重要性程度进行标度，以这些表示重要性程度的标度值作为元素，建立判断矩阵，设指标数为n，则判断矩阵形式如下：

其中

矩阵元素x_ij的值根据两参数的重要性比较，可根据每次任务的不同需求，根据专家经验进行标度，也可预设模板供快速选择。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的检验判断矩阵的一致性具体为：

首先计算判断矩阵的一致性指标CI：

其中n为判断矩阵的阶数，λ_max为判断矩阵的最大特征值；

根据判断矩阵的阶数确定判断矩阵的平均随机一致性指标RI；

然后计算一致性比例CR：

根据CR进行一致性检验：若CR＜0.1，认为判断矩阵具有一致性，否则认为判断矩阵不具有一致性，返回构造比较判断矩阵步骤，重新构造判断矩阵。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的计算权重向量具体为：

计算各指标权重：指标i的权重计算式如下：

且有

其中n为指标数；

最终得到通信需求权重向量W：

W＝[W₁,W₂,...,W_n]

汇总所有通信需求权重向量，建立通信需求权重向量库。

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