CN110519831B

CN110519831B - Wifi和小蜂窝网络切换方法、***、存储介质和网络组件

Info

Publication number: CN110519831B
Application number: CN201910832992.7A
Authority: CN
Inventors: 邹书杰; 崔海霞
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: CN110519831A

Abstract

本申请涉及一种WIFI和小蜂窝网络切换方法、***、存储介质和网络组件，该方法包括如下步骤：由网络组件获取一个或多个网络参数；所述网络组件包括WiFi网络组件和小蜂窝网络组件；根据所述一个或多个网络参数计算获取用户留在WIFI网络、单独切换至小蜂窝网络和合作切换至小蜂窝网络的预期效益；将所述预期效益发送给用户设备，由所述用户设备根据3个预期效益的最大值确定切换至小蜂窝网络的方式或者留在WIFI网络。该方法具有具有提高网络切换的效益，降低用户切换网络的损耗的优点。

Description

WIFI和小蜂窝网络切换方法、***、存储介质和网络组件

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，特别涉及一种WIFI和小蜂窝网络切换方法、装置和计算机设备。

背景技术

在无线通信技术领域中，对于用户来说，如何更有效的切换网络是一个重要问题。由于各类移动设备以及用户数量的增加，用户对各个网络提供的速率要求越来越高。但是由于各网络性能增长缓慢跟不上用户日益增长的需求，因此就需要一些方法来解决这一问题。

目前针对用户如何在WFI网络和小蜂窝网络之间切换这个问题，已有一些解决方案，但是这些解决方案考虑的是单个用户独自进行网络切换。当切换网络的用户数量过多或者切换代价过高时，***额外消耗会增加并且用户获得的网络性能也会在很大程度上降低。这些方法对额外损耗以及切换网络时所产生的代价没有很强的抵抗能力。

比较普遍的一个方案是，很多智能手机默认配置on-the-spot offloading这个方案，但是他们忽略了用户切换网络时所带来的损耗以及用户拥堵的问题。所以在用户过多以及损耗较大时，这个方案并不能给用户带来良好的效益。

发明内容

基于此，本申请实施例的目的在于，提供一种WIFI和小蜂窝网络切换方法、装置、存储介质和用户设备，其具有提高网络切换的效益，降低用户切换网络的损耗的优点，解决多用户切换时的拥堵问题。

第一方面，本申请实施例提供一种WIFI和小蜂窝网络切换方法，包括如下步骤：

由网络组件获取一个或多个网络参数；所述网络组件包括WiFi网络组件和小蜂窝网络组件；

根据所述一个或多个网络参数计算获取用户留在WIFI网络、单独切换至小蜂窝网络和合作切换至小蜂窝网络的预期效益；其中，所述预期效益是指每个用户设备获得的数据传输速率，或者WiFi网络或小蜂窝网络在单位时间内的提供给每个用户的吞吐量；当选择合作切换至小蜂窝网络时，由多个用户组成的合作团体发送切换网络的请求，每个用户只需承担一部分发送任务，合作团体整体切换网络产生的切换损耗由团体的用户共同承担；

将所述预期效益发送给用户设备，由所述用户设备根据3个预期效益的最大值确定切换至小蜂窝网络的方式或者留在WIFI网络。

在一个实施例中，所述WIFI网络的服务范围被小蜂窝网络的服务范围覆盖。

在一个实施例中，所述网络参数包括WIFI网络为用户提供的吞吐量、待切换至小蜂窝网络的用户切换人数、小蜂窝网络为用户提供的吞吐量、用户从WIFI网络切换至小蜂窝网络的切换损耗和用户合作时对其他用户产生的干扰因子。

在一个实施例中，所述计算获取用户留在WIFI网络的预期效益，包括：

根据所述WIFI网络为用户提供的吞吐量确定用户留在WIFI网络的预期效益。

在一个实施例中，所述计算获取用户单独切换至小蜂窝网络的预期效益，包括：

根据所述用户切换人数、小蜂窝网络为用户提供的吞吐量和切换损耗计算用户单独切换至小蜂窝网络的预期效益；所述用户单独切换至小蜂窝网络的预期效益为由用户切换人数均分小蜂窝网络为用户提供的吞吐量，再减去切换损耗的结果。

在一个实施例中，所述合作切换至小蜂窝网络的预期效益包括由带切换至小蜂窝网络的任意个用户组成的任意个合作团体合作切换至小蜂窝网络，根据用户对合作团体的贡献而分配的预期效益。

在一个实施例中，所述计算获取用户合作切换至小蜂窝网络的预期效益，包括：

根据

计算用户合作产生的合作损耗；

根据U(s)＝(n*R)/k-f(·)-s_c计算合作团体的总效益；

根据

计算每个用户合作切换至小蜂窝网络的预期效益；

其中，f(·)为用户合作产生的合作损耗，n为参与合作切换人数，w为常数因子，k为参与合作切换人数，s_c为用户从WIFI网络切换至小蜂窝网络的切换损耗，μ_i为用户合作时对其他用户产生的干扰因子；U(s)为包括用户i的合作团体的总效益，R为小蜂窝网络为用户提供的吞吐量；φ_i为用户i合作切换至小蜂窝网络的预期效益，s为合作团体内部的总干扰；并且有

U(s\{i})为不包括用户i的合作团体的总效益。

第二方面，本申请实施例还提供一种WIFI和小蜂窝网络切换***，包括：

网络参数获取模块，用于由网络组件获取一个或多个网络参数；所述网络组件包括WiFi网络组件和小蜂窝网络组件；

预期效益计算模块，用于根据所述一个或多个网络参数计算获取用户留在WIFI网络、单独切换至小蜂窝网络和合作切换至小蜂窝网络的预期效益；其中，所述预期效益是指每个用户设备获得的数据传输速率，或者WiFi网络或小蜂窝网络在单位时间内的提供给每个用户的吞吐量；当选择合作切换至小蜂窝网络时，由多个用户组成的合作团体发送切换网络的请求，每个用户只需承担一部分发送任务，合作团体整体切换网络产生的切换损耗由团体的用户共同承担；

切换选择模块，用于将所述预期效益发送给用户设备，由所述用户设备根据3个预期效益的最大值确定切换至小蜂窝网络的方式或者留在WIFI网络。

第三方面，本申请实施例还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，

该计算机程序被处理器执行时实现如上任意一项所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法。

第四方面，本申请实施例还提供一种网络组件，还包括存储器、处理器以及储存在所述存储器并可被所述处理器执行的计算机程序，

所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上任意一项所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法。

相较于现有技术，本申请实施例的技术方案，通过获取用户合作切换至小蜂窝网络的预期效益，在合作切换至小蜂窝网络的方式下，由多个用户组成的合作团体发送切换网络的请求，每个用户只需承担一部分发送任务，合作团体整体切换网络产生的切换损耗可以由团体的用户共同承担，大大降低了每个用户的损耗；与此同时，考虑到切换用户较少时用户单独切换至小蜂窝网络所能获得的效益可能更高，或者留在当前WIFI网络内用户所获得的效益比切换至小蜂窝网络用户所能获得的效益可能更高，本申请实施例的技术方案还通过获取用户留在WIFI网络、单独切换至小蜂窝网络的预期效益，并比较3个所述预期效益，根据比较结果选择切换至小蜂窝网络的方式或者留在WIFI网络，实现了根据预期效益来选择切换网络的方式和决定是否切换网络，有利于用户在切换网络的最低损耗下获得最好的用户效益。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本申请。

附图说明

图1为在一个示例性实施例中的WIFI和小蜂窝网络切换方法的流程图；

图2为小蜂窝网络覆盖下的WiFi用户不同选择的示意图；

图3为在一个示例性实施例中的WIFI和小蜂窝网络切换方法的步骤S200的子流程图；

图4为在一个示例性实施例中的WIFI和小蜂窝网络切换方法的步骤S200的子流程图；

图5为在一个示例性实施例中的WIFI和小蜂窝网络切换方法的步骤S200的子流程图；

图6为一个具体实施例中用户不同选择的预期效益与切换损耗的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

如图1和图2所示，在一个示例性的实施例中，本申请的WIFI和小蜂窝网络切换方法包括如下步骤：

S100：由网络组件获取一个或多个网络参数；所述网络组件包括WiFi网络组件和小蜂窝网络组件。

WiFi网络组件可以包括站点STA(Station)、接入点AP(Access Point)、基本服务集BSS(Basic Service Set)、服务集识别码SSID(Service Set IDentifier)、分布式***DS(Distribution System)、扩展服务集ESS(Extented Service Set)和门桥(Portal)等。其中，站点STA(Station)是指具有WIFI通信功能的，并且连接到无线网络中的用户设备，如手机、平板电脑、笔记本电脑等。接入点AP(Access Point)也可称为基站，也即路由器。

小蜂窝网络组件可以包括移动站、接入点AP(Access Point)、回程网络、管理实体等。

在一个实施例中，所述WIFI网络的服务范围被小蜂窝网络的服务范围覆盖。本申请实施例所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法适用于连接WiFi网络的用户设备切换连接至小蜂窝网络，特别适用于小范围内用户设备的切换。具体地，请参阅图2，用户设备从WiFi网络切换至小蜂窝网络的方式包括单独切换至小蜂窝网络和合作切换至小蜂窝网络，用户在当前WiFi网络速率较好的时候还可以选择不切换网络。

应当理解的是，在本申请任意实施例中，WiFi网络组件中的站点STA(Station)和小蜂窝网络组件中的移动站都是指用户设备，本申请实施例的WIFI和小蜂窝网络切换方法适用于在WIFI网络的服务范围内的用户设备切换至更大服务范围的小蜂窝网络。

应当理解的是，WIFI网络为用户提供的吞吐量由WiFi网络组件获取；小蜂窝网络为用户提供的吞吐量、用户从WIFI网络切换至小蜂窝网络的切换损耗和用户合作时对其他用户产生的干扰因子由小蜂窝网络组件获取。

具体地，WIFI网络为用户提供的吞吐量和小蜂窝网络为用户提供的吞吐量的获取采用端到端的性能测试，也即STA-AP-STA模式。

待切换至小蜂窝网络的用户切换人数可以由小蜂窝网络的接入点(AP)统计接收到切换网络请求的数量确定。

用户从WIFI网络切换至小蜂窝网络的切换损耗是用户设备从WIFI网络切换到小蜂窝网络所产生的，切换损耗主要由额外的功率消耗和QoE的干扰组成。额外的功率消耗包括从WIFI网络切换到小蜂窝网络时用户设备电池超负荷运作而产生的功率消耗，用于用户设备的天线向包括接入点(AP)在内的网络组件发送切换网络请求。无论是单独切换还是合作切换，用户设备都需承担由天线发送切换请求而带来的损耗，这个损耗在数值上相同的，不同的是他们各自发送的请求所携带的信息不是完全相同的，对于前者请求只需告诉由所述网络组件形成的网络***现在待切换的用户只有一个，而对于后者请求需要告诉所述网络组件形成的网络***现在待切换的用户有多个。

用户合作时对其他用户产生的干扰因子存在于合作模式下，用户对合作团体内其他用户产生的干扰，也即每个用户对合作团体做出“贡献”的权值。

为了便于理解和描述本申请实施例所涉及的公式和原理，本申请实施例对所述网络参数进行如下定义：

用i代表用户设备，i∈k。

小蜂窝网络为用户提供的吞吐量＝R；

WIFI网络为用户i提供的吞吐量＝r_i；

切换损耗＝s_c

用户不同选择下所获得的

干扰因子＝μ_i；

切换人数＝k：；

参与合作切换的人数＝n。

S200：根据所述一个或多个网络参数计算获取用户留在WIFI网络、单独切换至小蜂窝网络和合作切换至小蜂窝网络的预期效益。

所述预期效益是指每个用户设备获得的数据传输速率，或者WiFi网络或小蜂窝网络在单位时间内的提供给每个用户的吞吐量，在涉及到从WiFi网络切换至小蜂窝网络时，还应减去切换损耗的不利影响，在涉及到合作切换至小蜂窝网络时，还应减去用户合作产生的干扰。

在一个实施例中，请参阅图3，所述计算获取用户留在WIFI网络的预期效益，包括：

S210：根据所述WIFI网络为用户提供的吞吐量确定用户留在WIFI网络的预期效益。

也即，用户选择留在WIFI网络的预期效益由WiFi网络提供：

在一个实施例中，请参阅图4，所述计算获取用户单独切换至小蜂窝网络的预期效益，包括：

S220：根据所述用户切换人数、小蜂窝网络为用户提供的吞吐量和切换损耗计算用户单独切换至小蜂窝网络的预期效益；所述用户单独切换至小蜂窝网络的预期效益为由用户切换人数均分小蜂窝网络为用户提供的吞吐量，再减去切换损耗的结果。

也即，用户选择单独切换至小蜂窝网络时，所获得的预期效益由小蜂窝网络提供：

其中U(i)＝R/k是用户i所能获得的吞吐量。

在一个实施例中，所述合作切换至小蜂窝网络的预期效益包括由带切换至小蜂窝网络的任意个用户组成的任意个合作团体合作切换至小蜂窝网络，根据用户对合作团体的贡献而分配的预期效益。如果由WiFi网络服务且需要切换至小蜂窝网络的用户有k个，那么他们可能形成的联盟有：

(其中，I为当前的合作大团体或称联盟，k为当前需要切换网络的人数，n∈[1,k]为参与合作人数，

代表合作团体的个数)。例如，大合作团体I＝{1,2,3},那么小合作团体S＝{1,2,3},{1,2}，{1,3}，{2,3}，{1}，{2}，{3}。

组成合作团体的前提是：

1、用户找到愿意与之合作的其他用户；而用户找到愿意与之合作的其他用户的方式如上所述，用户设备由天线发送合作切换请求。

2、每个用户并不知道其他用户对团体的贡献(干扰因子)，也就是每个用户并不知道其他用户所获得的效益(由贡献分配效益)，这样就有效避免团体内部矛盾；

3、在n个人中形成的合作团体不止一个，例如4个人中可以形成2个两两联盟的团体。但是团体之间也不知道其他团体获得多少利益，这样就避免了用户随意脱离团体。

在一个实施例中，请参阅图5，所述计算获取用户合作切换至小蜂窝网络的预期效益，主要根据所述小蜂窝网络为用户提供的吞吐量、参与合作切换人数、干扰因子和切换损耗计算每个用户合作切换至小蜂窝网络的预期效益，具体包括如下步骤：

S231：根据

计算用户合作产生的合作损耗；

其中，f(·)为用户合作产生的合作损耗，n为参与合作切换人数，w为常数因子，k为参与合作切换人数，s_c为用户从WIFI网络切换至小蜂窝网络的切换损耗，μ_i为用户合作时对其他用户产生的干扰因子。

合作损耗f(·)的获得过程如下：

R₃＝R₁-R₂(从左到右分别是用户实际速率，LTE发送速率，损耗速率)

1.

2.R₁＝(n*w)/k*log(1+s/N)

3.R₂＝(n*w)/k*log(1+g(·))

综上可得：

(令N为1)

则

因为有

(这个比值一般为10)

所以有

则有

即

S232：根据U(s)＝(n*R)/k-f(·)-s_c计算合作团体的总效益；

其中，U(s)为包括用户i的合作团体的总效益，R为小蜂窝网络为用户提供的吞吐量；

S233：根据

计算每个用户合作切换至小蜂窝网络的预期效益；

其中，U(s)为包括用户i的合作团体的总效益，R为小蜂窝网络为用户提供的吞吐量；φ_i为用户i合作切换至小蜂窝网络的预期效益；s为合作团体内部的总干扰；并且有

(n≥2)，U(s\{i})为不包括用户i的合作团体的总效益。由

可知，参与合作人数越多，合作团体内部的总干扰越大。

应当指出的是，步骤S233计算每个用户合作切换至小蜂窝网络的预期效益采用的是shapley值。shapley分配原则是所得的收益与自己对团体的贡献相等，从而合作切换至小蜂窝网络根据用户对合作团体的贡献而共享效益，特别是在用户拥堵的时候，能够降低用户个人的损耗，提高获得的效益。具体地，用户是单根天线，在用户单独切换时，由单根天线发送切换网络的请求，这时用户就要独自承受切换时产生的损耗，这样既降了用户所获得的效益又使电池超负荷运作从而降低电池寿命。但是在用户选择合作切换时，相当于多天线合作发送一个切换网络的请求，即这个请求代表一个合作团体的整体切换，因此每个天线只需承担一部分发送任务，合作团体整体切换产生的切换损耗可以由团体中的用户共同分担，相比于现有技术中提出的非合作切换，合作切换就大大降低了每个用户的损耗，提高获得的效益。

S300：将所述预期效益发送给用户设备，由所述用户设备根据3个预期效益的最大值确定切换至小蜂窝网络的方式或者留在WIFI网络。

当留在WIFI网络的预期效益最大时，用户不论选择合作还是单独切换所获得的速率都小于当前WIFI提供的速率，那么用户不会考虑切换网络。

当单独切换至小蜂窝网络的预期效益最大时，用户参加合作时获得的效益小于单独切换的效益或者其他用户都不愿意与其合作。

当合作切换至小蜂窝网络的预期效益最大时，用户寻找到愿意合作的用户以及合作获得的效益大于单独切换网络和不切换时的效益。

下面以一个具体实施例来详细说明本申请的发明构思：

请参阅图6，图6显示的是在某一时刻四个WiFi用户需要切换网络，用户不同选择后所获得的预期效益。在图6中，横坐标为用户从WIFI网络切换至小蜂窝网络的切换损耗s_c，纵坐标为用户的预期效益φ_i。μ的在区间[0,1]内任意取值，常数w＝10，我们设定R＝300Mbps，k＝4。从图中我们可以看出，随着切换损耗的增大，用户的收益逐渐降低。当s_c较小时，用户选择单独切换获得的收益比合作获得的收益要大并且合作的人越少获得收益越多，但是随着s_c的不断增大，用户选择合作时获得的收益会更大并且合作的人越多收益越大，这是因为相比于单独切换网络的用户，合作切换中的用户共同分担了损耗，使得每个用户只需承担一部分损耗，故此时参与合作的用户具有更好的效益。

预期效益计算模块，用于根据所述一个或多个网络参数计算获取用户留在WIFI网络、单独切换至小蜂窝网络和合作切换至小蜂窝网络的预期效益；

实施例中，网络组件可以包括上述WiFi网络组件和小蜂窝网络组件的一个或多个。

存储器作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明任意实施例所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法程序，以及本发明任意实施例所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法对应的程序指令/模块(例如，WIFI和小蜂窝网络切换***中的网络参数获取模块、预期效益计算模块和切换选择模块等)。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的WIFI和小蜂窝网络切换方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims

1.一种WIFI和小蜂窝网络切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法，其特征在于：所述WIFI网络的服务范围被小蜂窝网络的服务范围覆盖。

3.根据权利要求1所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法，其特征在于：所述网络参数包括WIFI网络为用户提供的吞吐量、待切换至小蜂窝网络的用户切换人数、小蜂窝网络为用户提供的吞吐量、用户从WIFI网络切换至小蜂窝网络的切换损耗和用户合作时对其他用户产生的干扰因子。

4.根据权利要求2所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法，其特征在于：所述计算获取用户留在WIFI网络的预期效益，包括：

5.根据权利要求3所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法，其特征在于：所述计算获取用户单独切换至小蜂窝网络的预期效益，包括：

6.根据权利要求2所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法，其特征在于：所述合作切换至小蜂窝网络的预期效益包括由带切换至小蜂窝网络的任意个用户组成的任意个合作团体合作切换至小蜂窝网络，根据用户对合作团体的贡献而分配的预期效益。

7.根据权利要求6所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法，其特征在于：所述计算获取用户合作切换至小蜂窝网络的预期效益，包括：

根据

计算用户合作产生的合作损耗；

根据U(s)＝(n*R)/k-f(·)-s_c计算合作团体的总效益；

根据

计算每个用户合作切换至小蜂窝网络的预期效益；

U(s\{i})为不包括用户i的合作团体的总效益。

8.一种WIFI和小蜂窝网络切换***，其特征在于：包括：

9.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：

该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法。

10.一种网络组件，还包括存储器、处理器以及储存在所述存储器并可被所述处理器执行的计算机程序，其特征在于：

所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至7任意一项所述的WIFI和小蜂窝网络切换方法。