基于決策概率的接入網(wǎng)選擇

　　在異構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，使用多?；蜃兡＝K端的用戶更傾向于選擇最合適的接入技術(shù)來承載業(yè)務(wù)。但如何在眾多無線接人技術(shù)中選擇一個最合適的接入技術(shù)是一個有待研究的問題?，F(xiàn)有文獻(xiàn)提出的相關(guān)解決方法，如隨機選擇算法、高帶寬優(yōu)先選擇算法、基于模糊邏輯的算法以及基于層次分析法和灰度關(guān)聯(lián)法等，都忽略了用戶對網(wǎng)絡(luò)所提供業(yè)務(wù)質(zhì)量的滿意度。此外，實際中的用戶將考慮服務(wù)質(zhì)量和價格雙方面因素?；谏鲜鲈?，在綜合考慮用戶對服務(wù)質(zhì)量滿意度、價格、相對鏈路質(zhì)量等因素的基礎(chǔ)上提出了決策概率的概念。決策概率從數(shù)學(xué)上描述了用戶愿意選擇某網(wǎng)絡(luò)的程度。

　　1 決策概率

　　為了能用數(shù)學(xué)方法描述用戶對無線網(wǎng)絡(luò)提供的QoS的滿意程度，首先引入滿意度函數(shù)概念。用函數(shù)S(6)表示用戶的滿意度，他實際上是將服務(wù)質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)映射到實數(shù)域。在一個由M個異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)組成的系統(tǒng)中，用向量b=(b1，…，bM)表示這M個網(wǎng)絡(luò)為用戶提供服務(wù)的QoS參數(shù)。因此，若用戶使用不同網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，將會有不同的QoS體驗，而這種不同的QoS體驗則會對應(yīng)不同QoS滿意度。不失一般性地，以網(wǎng)絡(luò)j為例，用戶對該網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)的滿意度應(yīng)滿足下列條件：

　　其中l(wèi)是正的常數(shù)。上式中的最后一個條件反映了QoS參數(shù)超出一定范圍后，用戶對QoS參數(shù)的提升將不再敏感，進而用戶不會再因為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的提升而增加其滿意度。

　　在本文中，服務(wù)質(zhì)量以網(wǎng)絡(luò)接入帶寬為例，但所提出的滿意度概念可廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)所提供的其他QoS參數(shù)，而不僅限于接入帶寬。

　　事實上，用戶的滿意度行為與用戶所使用的業(yè)務(wù)類型有關(guān)。對最簡單的業(yè)務(wù)，如話音業(yè)務(wù)，一般認(rèn)為用戶滿意度只有兩個值，分別是完全滿意和完全不滿意。而對于下一代基于分組的多媒體業(yè)務(wù)而言，這種僅考慮兩個離散值的滿意度將不再適用。出于對這類業(yè)務(wù)的考慮，采用連續(xù)函數(shù)對用戶滿意度進行建模。

　　其次，如果價格變化，用戶對業(yè)務(wù)的感知情況不可能不發(fā)生變化。

　　前文中，用戶滿意度是QoS的函數(shù)。這里，價格同樣表示為QoS的函數(shù)。根據(jù)上下文的內(nèi)容，這里所說的QoS參數(shù)是網(wǎng)絡(luò)提供的接人帶寬。一般而言，網(wǎng)絡(luò)j提供的服務(wù)的價格pj(bj)，只與網(wǎng)絡(luò)j分配給用戶的接入帶寬有關(guān)。與滿意度函數(shù)類似，價格函數(shù)應(yīng)滿足下面這個條件：

　　此外，除了滿意度和價格，用戶在選擇網(wǎng)絡(luò)時還應(yīng)考慮與網(wǎng)絡(luò)間相對通信鏈路質(zhì)量。用δj表示終端與網(wǎng)絡(luò)j的接入點間的相對通信鏈路質(zhì)量值。該參數(shù)值由用戶與網(wǎng)絡(luò)j間通信鏈路質(zhì)量和用戶與其他網(wǎng)絡(luò)間通信鏈路質(zhì)量共同決定。δj應(yīng)滿足下列條件：

　　其中，qi表示用戶與網(wǎng)絡(luò)i間的通信鏈路質(zhì)量。值得注意的是，不同的用戶將檢測到不同的相對鏈路質(zhì)量(δ)值。從δj的定義可知，該值越大，則用戶與網(wǎng)絡(luò)j間的相對通信鏈路質(zhì)量越好。

　　實際上，只有當(dāng)服務(wù)質(zhì)量和價格都是在可接受的情況下，用戶才可能對網(wǎng)絡(luò)所提供的業(yè)務(wù)表示滿意。只有當(dāng)終端與網(wǎng)絡(luò)接入點間的相對通信鏈路質(zhì)量較好時，用戶才可能與網(wǎng)絡(luò)建立連接。綜合考慮這三個因素，提出決策概率的概念。用決策概率表示用戶接受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的或然率。針對網(wǎng)絡(luò)j，定義決策概率為：Aj(sj，pj，δj)，該值反映用戶決策使用網(wǎng)絡(luò)j的服務(wù)的概率值。事實上，該值隨QoS滿意度和相對鏈路質(zhì)量的增加而增加、隨價格的增加而減小，即Aj(sj，pj，δj)滿足：

　　其中，C，μ，ε，是正值常數(shù)，而pmax是價格的最大值。實際上，由于系統(tǒng)容量等的限制，網(wǎng)絡(luò)為用戶提供的接人帶寬不是無限大，因此，網(wǎng)絡(luò)的收費也不會是無限大。所以存在價格的最大值，且滿足pmax<∞。所選的函數(shù)形式也與廣泛用于經(jīng)濟學(xué)中的Cobb-Douglas要求曲線有一定關(guān)系。事實上，決策概率Ai(sj，pj，δj)可以是任何一個滿足條件式(4)-式(7)的函數(shù)，即文中所得到的結(jié)論并不限于式(8)的特殊形式。

　　2 網(wǎng)絡(luò)選擇算法

　　如前文所述，下一代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，多個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋同一地區(qū)將是一個很普遍的現(xiàn)象。不同的網(wǎng)絡(luò)為用戶提供不同的接入帶寬以滿足用戶各種需求。而對于那些位于多網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋區(qū)域的用戶，有理由相信他們能夠且需要在這眾多網(wǎng)絡(luò)中選擇最適宜的網(wǎng)絡(luò)進行接入。多模、變模技術(shù)使移動終端有能力進行異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入選擇，而提出的接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法則用于移動終端選擇一個最合適的無線接入網(wǎng)絡(luò)。多個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通過廣播消息，向用戶廣播其接入帶寬。移動終端在收到該廣播消息的基礎(chǔ)上通過計算所提出的決策概率的值，從而決定哪個網(wǎng)絡(luò)最適宜接入。

　　進一步，在描述用戶對QoS的感知時一般比較通用的函數(shù)形式是S形曲線函數(shù)。因此，本文提出的滿意度函數(shù)也同樣采用S形曲線。在綜合考慮所有網(wǎng)絡(luò)提供的QoS參數(shù)后，用戶對網(wǎng)絡(luò)j提供服務(wù)的滿意度可表示為如下形式：

　　其中，v≥2；K是可調(diào)整的參數(shù)，通過他區(qū)分不同用戶的滿意度；M表示用戶可收集到M個網(wǎng)絡(luò)的信息。這里假設(shè)用戶的滿意度對其上限做了歸一化處理，即隨著bj的增大，滿意度漸進于1。

　　對于價格的考慮，有很多文獻(xiàn)提出了不同的定價方案，但到目前為止，這些定價策略的可行性有待進一步研究。因此，為了使本文中所提出的接入網(wǎng)絡(luò)選擇算法在實現(xiàn)時更易操作，本文采用價格與接入帶寬呈線性關(guān)系的定價策略，依據(jù)此策略網(wǎng)絡(luò)j的定價為：

　　其中k是一正值常數(shù)，bj為網(wǎng)絡(luò)j為用戶提供的接人帶寬。

　　對于相對鏈路質(zhì)量，反映的是用戶與各網(wǎng)絡(luò)間通信條件的好壞情況。這里的通信條件應(yīng)該是各異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間可相互比較的參數(shù)。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，由于使用的物理層的技術(shù)各不相同，因此在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常使用的信號強度不再適用于做通信條件的衡量標(biāo)準(zhǔn)。為此，采用相對公平的誤碼率(BER)或誤幀率(FER)做相對鏈路質(zhì)量的衡量參數(shù)。定義用戶與網(wǎng)絡(luò)j間相對鏈路質(zhì)量為：

　　其中M表示終端可采集到M個網(wǎng)絡(luò)的誤碼率(誤幀率)信息，而BERj表示終端檢測到的來自于網(wǎng)絡(luò)j的數(shù)據(jù)的誤碼率(誤幀率)。由式(11)可知相對鏈路質(zhì)量δj的取值范圍為[0，1]。