CN110113803B - 一种异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法，获取用户需要考虑的属性，构建属性的效用函数；根据不同业务需求，构建属性重要性判断矩阵，计算属性权重；根据属性效用函数和权重，计算用户接入到不同网络的效用值；构建状态转换模型，根据转换概率，用户不断改善接入选择；获取网络接入选择决策，实现系统性能最优化。本发明从用户的角度出发，综合考虑多个属性影响做出网络接入选择决策；不同业务场景下，可以获得满足不同服务需求的属性权重，具有实际意义；计算复杂度低，信令开销小，可以快速获得网络接入选择决策实现系统性能最优。

Description

一种异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法。

背景技术

随着用户对服务质量要求的不断提高，异构网络越来越受到欢迎。不同类型的无线网络在接口技术、覆盖范围、服务支持、传输速率和移动性支持等方面存在着很大的差异，这些异构特性促使将网络作为一个整体来充分利用不同网络的优势，为用户提供无处不在的服务。在各种无线网络共存的异构网络中，首要的问题是用户应该接入哪种无线网络，既能满足用户的不同业务服务需求，又能实现系统性能最优。

传统的网络接入选择方法包括基于接收信号强度接入、基于信噪比接入方法，选择具有最大接受信号强度或最大信噪比的网络接入，但该方法考虑因素单一，与实际场景还有一定差距。在实际中，用户在进行网络接入选择时，需要考虑多方面因素，不仅需要考虑接收信号强度、网络服务性能，还需要考虑用户的偏好、网络价格、电量消耗、不同业务需求，需要对多种因素综合考虑做出网络接入决策。多属性决策方法就是考虑多个属性进行评估，对可行方案进行排序选择出最优的结果，但该方法未考虑用户在不同业务场景的需求不同。基于博弈论理论的网络接入选择方法通过各无线网络之间相互博弈来竞争用户的业务请求，最终实现网络接入选择最优，该方法仅考虑网络或用户的某一方面，具有片面性。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的很多网络接入选择方法忽略了用户多样化需求，在不同业务场景下的用户对不同属性的偏好性不同，导致用户对不同类型网络的接入选择改变，具有语音业务的用户会偏向接入低时延网络，而多媒体业务用户偏向于接入大带宽网络；当网络中用户数目或可接入网络数目增加，可行的网络接入选择方案数目会随着指数增加，导致这个问题计算复杂度很高，很难解决。

解决上述技术问题的难度：不同业务场景下的用户对不同属性的偏好性不同，接入不同网络中的属性权重就会发生改变，业务场景改变需要对属性权重重新计算；可行的网络接入选择方案数目会随着网络中用户数目或可接入网络数目的增加而成指数形式增加，导致这个问题计算复杂度很高，在实际应用中很难实现。

解决上述技术问题的意义：综合考虑多个因素进行网络接入选择，考虑不同业务场景下的用户对不同属性的偏好性不同，既能满足用户的质量服务需求，提高用户的满意度，又适用于多业务场景需求，具有实际应用意义；适用于网络规模可拓展的情况下进行网络接入选择，实现系统效用近似最优，具有实用性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法。

本发明是这样实现的，一种异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法，所述异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法包括：获取用户需要考虑的属性，构建属性的效用函数；根据不同业务需求，构建属性重要性判断矩阵，计算属性权重；根据属性效用函数和权重，计算用户接入到不同网络的效用值；构建状态转换模型，根据转换概率，用户不断改善接入选择；获取网络接入选择决策，实现系统性能最优化。

进一步，所述异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法包括以下步骤：

步骤一，获取用户需要考虑的属性，构建属性的效用函数；

步骤二，根据不同业务需求，构建属性重要性判断矩阵，计算属性权重；

步骤三，根据属性效用函数和权重，计算用户接入到不同网络的效用值；

步骤四，构建状态转换模型，根据转换概率，用户不断改善接入选择；

步骤五，获取网络接入选择准则。

进一步，所述步骤一具体包括：获取用户进行网络接入选择需要考虑的属性，不同属性的量纲不同，影响导向不一致，构建效用函数来规范属性的影响导向。

进一步，所述步骤二具体包括：

(1)根据不同业务场景对不同属性的偏好性不同，参考属性重要性标准，构建属性判断矩阵；

其中，b_ij表示属性i与属性j的重要性之比；

(2)求解判断矩阵获得属性权重：

w＝[w₁，w₂，…，w_n]；

(3)对判断矩阵进行一致性检验。

进一步，所述步骤三具体包括：根据属性效用函数和不同业务场景下属性权重，计算用户i接入到不同网络的效用值U_i；

U_i＝w₁u₁+w₂u₂+…+w_nu_n。

进一步，所述步骤四具体包括：

(1)构建状态转换模型，模型中包括状态空间F，系统中每个用户的网络接入选择构成状态f，f∈F，每个状态f对应一个平稳分布

U(f)为状态f下所有用户获得的效用和，即U(f)＝∑_i∈IU_i，I是网络中用户集合。

为状态转换达到平稳状态时每种状态出现的概率；

(2)设计状态转换率q_f，f′，用户会根据q_f，f′在状态空间F中不断改变接入选择，状态f到f′的直接转换仅限一个用户的接入选择改变。

进一步，所述步骤五具体包括：用户根据q_f，f′会概率性的转换到更好的状态，状态转换实现平稳分布

时，得到近似最优的网络接入选择策略。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法的无线通信系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：从用户的角度出发，综合考虑多个属性影响做出网络接入选择决策，相比传统的基于接收信号强度、基于信干噪比的单一属性网络接入算法，更能满足用户需求，提高用户满意度；考虑不同业务场景对属性的偏好性不同，通过构建属性重要性判断矩阵可以获得满足不同业务需求的属性权重，具有实际意义；当网络中用户数目和可供接入网络的数目增加，网络接入选择问题的计算复杂度很高，很难解决，本发明通过构建状态转换模型，各状态在状态空间内根据转换概率不断跳转，可以快速获得近似最佳的网络接入选择决策，以一种次优的选择获取低计算复杂度，且信令开销小。

附图说明

图1是本发明实施例提供的异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法流程图。

图2是本发明实施例提供的状态转换模型示意图。

图3是本发明实施例提供的用户改变网络接入选择导致状态转换的具体流程图。

图4是本发明实施例提供的第一幅结果展示图。

图5是本发明实施例提供的第二幅结果展示图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明以用户为中心，考虑多属性影响，利用属性重要性判断矩阵获得属性权重，适用于多业务场景，根据不同业务需求可以调整属性权重影响，利用状态转换模型，用户根据状态转换概率不断调整朝着性能更好的状态跳转。该发明不仅可以快速获得网络接入选择决策，实现系统性能最优，而且考虑多属性影响，适用于多业务场景，具有实际意义。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法包括以下步骤：

S101：获取用户需要考虑的属性，构建属性效用函数；

S102：根据不同业务需求，构建属性重要性判断矩阵，计算属性权重；

S103：根据属性效用函数和权重，计算用户接入到不同网络的效用值；

S104：构建状态转换模型，根据转换概率，用户不断改善接入选择；

S105：获取网络接入选择准则。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

本发明实施例提供的异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法具体包括以下步骤：

步骤一，获取用户进行网络接入选择需要考虑的属性，考虑属性集合表示为E＝{S，W，D，V，L，C，P}，集合中符号分别表示不同网络的接收信号强度、可用带宽、时延、时延抖动、丢包率、服务费用和电量消耗，不同属性的量纲不同，影响导向不一致，构建属性效用函数来规范属性的影响导向；

步骤二，构建属性重要性判断矩阵，求解不同属性的权重

(1)不同业务类型对不同属性的偏好性不同，比如会话类业务要求实时通信，对时延和丢包率要求较高，而流媒体业务对带宽要求较高，对时延不做太多要求。不同业务类型对属性要求的差异主要体现在网络服务质量(带宽、时延、时延抖动、丢包率)的不同，因此将属性分为两层，一层为E＝{S，Q，C，P}，分别表示接收信号强度、网络服务质量、服务费用和电量消耗，另一层是针对不同业务需求的网络服务质量Q＝{W，D，V，L},分别表示可用带宽、时延、时延抖动和丢包率，参考属性重要性标准，构建两层属性的判断矩阵。

第一层属性的判断矩阵：

针对不同业务类型的第二层属性判断矩阵为：

其中，b_mn表示属性m与属性n的重要性之比,B_i对应于不同业务场景。

(2)分别对矩阵B，B_i进行特征值分解，求解最大特征值λ_max，λ_i，max和对应的特征向量w，w_i，将特征向量进行归一化得：

则不同业务场景各属性权重为

(3)通过求解一致性比率对矩阵B进行一致性检验，一致性比率定义为

RI表示随机一致性指标，属性个数不同，RI有不同的定值。一致性指标CI的计算公式为

N为属性个数。CR＞0.1，表示属性重要性判断存在矛盾，需要重新调整对比矩阵，CR＜0.1表明符合一致性要求，获得属性权重值。

步骤三，根据属性效用函数和不同业务场景下属性权重，计算不同业务场景中用户i接入到不同网络的效用值U_i：

U_i＝w₁u₁+w₂u₂+...+w_nu_n

其中，u_n为用户接入网络获得的不同属性的效用值

步骤四，根据状态转换模型进行网络接入选择。

(1)构建状态转换模型，模型中包括状态空间F，系统中每个用户的网络接入选择构成状态f，f∈F，每个状态f对应一个平稳分布

U(f)为状态f下所有用户获得的效用值和，即U(f)＝∑_i∈IU_i，I为网络中用户集合。

为状态转换达到平稳状态时每种状态出现的概率。

(2)模型中状态间的转换需要遵循状态转换率q_f，f′，q_f，f′的设计要实现状态转换后实现更好的性能，q_f，f′越大，转换到下一个状态的概率越大，反之亦然。相邻状态间的转换率需要满足局部平衡等式：

局部平衡等式对于状态间转换具有重要意义，不需要获知所有可能状态F的全部信息，只要两个状态间的q_f，f′和q_f′，f满足局部平衡等式就可以进行转换。图2从整体上展示了状态f和f′间根据设计好的q_f，f′不断转换的过程。图3展示了用户改变网络接入选择导致状态转换的具体过程，状态f到f′的直接转换仅限一个用户的接入选择改变，其中平均值τ是与转换率影响系数有关的一个常数。

步骤五，系统根据q_f，f′会概率性的转换到更好的状态，状态转换实现平稳分布

时，可以得到网络接入选择决策，实现近似最优的网络性能。

最终结果展示如图4、图5所示。

图4是本发明实施例提供的第一幅结果展示图。所提出的方法通过状态间转换，实现系统效用值不断提高，最后达到平稳状态，实现系统性能近似最优。通过与基于接收信号强度方法相比，本发明最后可以实现更好的系统性能。

图5是本发明实施例提供的第二幅结果展示图。考虑了用户均处于会话业务场景或多媒体业务场景中，不同网络中用户数目的动态变化。会话业务场景中，2G和3G网络中用户数目不断增加，且大多数用户最终接入到2G和3G网络，主要是因为会话业务对时延和时延抖动要求较高，2G和3G网络的时延特性较小，在会话业务场景中更受青睐。多媒体业务场景中，4G和WiFi网络中用户数目不断增加，且大多数用户最终接入到4G和WiFi网络，因为多媒体业务对带宽需求较大，对时延有一定的容忍，4G和WiFi网络的大带宽特性很符合多媒体业务的需求。通过不同网络中用户数目的动态变化，证明了所提出方法的有效性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法，其特征在于，所述异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法包括以下步骤：

步骤一，获取用户需要考虑的属性，构建属性的效用函数；

步骤二，根据不同业务需求，构建属性重要性判断矩阵，计算属性权重；

步骤三，根据属性效用函数和权重，计算用户接入到不同网络的效用值；

步骤四，构建状态转换模型，根据转换概率，用户不断改善接入选择；具体包括：

(1)构建状态转换模型，模型中包括状态空间F，系统中每个用户的网络接入选择构成状态f，f∈F，每个状态f对应一个平稳分布

U(f)为状态f下所有用户获得的效用和，即U(f)＝∑_i∈IU_i，I是网络中用户集合；

为状态转换达到平稳状态时每种状态出现的概率；

(2)模型中状态间的转换需要遵循状态转换率q_f，f′，q_f，f′的设计要实现状态转换后实现更好的性能，q_f，f′越大，转换到下一个状态的概率越大，反之亦然，相邻状态间的转换率需要满足局部平衡等式：

步骤五，获取网络接入选择准则，用户根据q_f，f′会概率性的转换到更好的状态，状态转换实现平稳分布

时，得到近似最优的网络接入选择策略。

2.如权利要求1所述的异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：获取用户进行网络接入选择需要考虑的属性，不同属性的量纲不同，影响导向不一致，构建效用函数来规范属性的影响导向。

3.如权利要求1所述的异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：

(1)根据不同业务场景对不同属性的偏好性不同，参考属性重要性标准，构建属性判断矩阵；

其中，b_ij表示属性i与属性j的重要性之比；

(2)求解判断矩阵获得属性权重：

w＝[w₁，w₂，…，w_n]；

(3)对判断矩阵进行一致性检验。

4.如权利要求1所述的异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：根据属性效用函数和不同业务场景下属性权重，计算用户i接入到不同网络的效用值U_i；

U_i＝w₁u₁+w₂u₂+…+w_nu_n；

u_n为用户接入网络获得的不同属性的效用值。

5.一种应用权利要求1～4任意一项所述异构网络中基于用户体验的网络接入选择方法的无线通信系统。

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