CN113489614A - 一种异构无线网络的通信方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异构无线网络的通信方法及***，通过采集异构无线网络环境中各个待通信的候选网络属性数据；计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度；根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵；对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化；计算各个子网络的网络属性的通信权重值；本发明能使用户选择连接到到最合适的网络进行通信，提高了用户的增益，并且极大地减少用户在网络之间不必要的切换连接次数，本发明应用于异构无线网络领域。

Description

一种异构无线网络的通信方法及***

技术领域

本公开属于无线网络的通信技术领域，具体涉及一种异构无线网络的通信方法及***。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，移动蜂窝网、无线局域网、无线城域网以及卫星通信网络等各种无线通信网络为人们提供多种多样的无线网络服务。这些移动蜂窝网络、无线局域网、无线城域网等不同架构的无线网络组成了信号范围重叠覆盖的异构无线网络。

在异构无线网络环境里，包含了多种无线通信技术，各种无线通信技术的网络参数和特性都存在不同(例如，带宽、时延、丢包率、价格等)，当移动用户感知到有其它无线网络比当前连接的无线网络能够提供更好的服务时，就会从一个无线网络的通信点切换到另外一个无线网络的通信点。如何使移动用户在多个候选网络中选择连接到最合适的网络成为异构无线网络的研究热点之一。现有的异构网络通信方法都是根据精确的网络属性值来计算候选网络的分值。但是，由于用户的移动性、无线信号的干扰性和网络状态的波动性等原因，往往用户收集到的网络属性值并不是某个精确的数值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种异构无线网络的通信方法及***，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种异构无线网络的通信方法，所述方法包括以下步骤：

S100，采集异构无线网络环境中各个待通信的候选网络的带宽、时延、时间抖动、丢包率和误码率数据；候选网络的类型包括UMTS、LTE、WLAN和WiMAX；

S200，计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度；

S300，根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵；

S400，对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化；

S500，计算各个子网络的网络属性的通信权重值。

进一步地，在S200中，计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度的方法为：令当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度为贴近度为当前的无线网络与各个待通信的候选网络的带宽、时延、时间抖动、丢包率和误码率之间的比值。

进一步地，在S200中，计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度的方法为：

设各个待通信的候选网络的属性集合T＝{bandwidth,delay,jitter,loss,error}，假设T＝{bandwidth,delay,jitter,loss,error}属于映射集H的贴近度分别为：

映射集H的贴近度包括h_H(bandwidth),h_H(delay),h_H(jitter),h_H(loss),h_H(error)；

公式(1)称H为候选网络的属性的映射集，即：

其中，定义在集合T上的映射集H是从T到区间[0,1]上的一个子集的映射集，其数学形式为：

H＝{<t,h_H(t)>|t∈T} (3)；

其中，h_H(t)是区间[0,1]中几个不同的实数值的集合，它是映射集H的基本元素，h_H(t)称为贴近度，将其记为h＝h_H(t)，贴近度h可以更详细地表示为：h＝H{γ¹,γ²,…,γ^#h}(γ^λ∈[0,1],λ＝1,2,…,#h)，其中#表示贴近度h中元素的个数，即网络属性的个数，H{A,B,C,D,E}表示在A,B,C,D,E中任意抽取2个数值分别作为X，Y构成区间[X,Y]并在区间[X,Y]取的随机数，其中，Y大于X，bandwidth为带宽、delay为时延、jitter为时间抖动、loss为丢包率和error为误码率，网络属性值t为bandwidth、delay、jitter、loss、error中任意一种，h_H(t)是表示候选网络的t与当前无线网络的贴近度，h_H(bandwidth),h_H(delay),h_H(jitter),h_H(loss),h_H(error)进行处理时，允许候选网络给出多个可能的属性值。

进一步地，在S300中，根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵的方法为：

令X＝{x₁,x₂,…,x_m}为四个候选网络组成的通信方案集，A＝{a₁,a₂,…,a_n}为网络属性集，候选网络x_i(i＝1,2,…,m)在网络属性a_j(j＝1,2,…,n)下的贴近度a_j(x_i)，即a_j(x_i)为x_i的网络属性a_j的贴近度，那构建通信选择矩阵

为：

其中，

本发明的异构无线网络中，包含UMTS、LTE、WLAN和WiMAX这4个候选网络，每个候选网络提供的网络属性为带宽、时延、抖动、丢包率和误码率，且每次决策时每个属性提供5组数值，因此在本发明中m＝4,n＝5,#h＝5，其中，m为子网络的数量，n为网络属性的类型数量；#h为贴近度的总数量；将通信选择矩阵中各个贴近度值h_ij采用归一化数值表示；

进一步地，在S400中，对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化的方法为：

在所有的网络属性中，带宽bandwidth为利益型属性(即，数值越大，方案越优)，而delay时延、jitter时间抖动、loss丢包率和error误码率为成本型属性(即，数值越小，方案约优)，此外，各个网络属性的数值范围是不同的(例如，带宽通常是1MB/s至10MB/s，而时延通常是10ms至200ms)，为了确保所有的网络属性之间的兼容性，本发明将所有的属性值进行归一化处理，将网络属性值表示成0至1之间的数值。此外，贴近度值h_ij归一化数值的具体方法如下：

其中，(h_ij)^c是贴近度h_ij的补运算，即

是归一化后的贴近度数值。

进一步地，在S500中，计算各个子网络的网络属性的通信权重值的方法为：

将通信选择矩阵进行标准化处理

得到标准化矩阵H′＝(h′_ij)_m×n；

其中，h_max为各个网络属性的

中的最大值，h_min为各个网络属性的

中的最小值；

通过

计算各个网络属性的比重，得到比重矩阵P＝(p_ij)_m×n；

计算子网络的熵值：

式中，

根据熵值计算得到各个子网络的网络属性的通信权重值

当前无线网络连接到子网络的网络属性的各项通信权重值之和最大的子网络。

进一步地，确定正倾向解x⁺、负倾向解x^-，定义公式(7)和公式(8)来确定正倾向解x⁺、负倾向解x^-；

其中，

的意义为选取

中的最大值，

的意义为选取

中的最小值；x⁺为a_j的

中的最大值的贴近度，x⁺为a_j的

中的最小值的贴近度；

计算每个候选网络中x_i的所有网络属性a_j的正倾向解x⁺的累加和X+，计算每个候选网络中x_i的所有网络属性a_j的负倾向解x^-的累加和X-；

当前网络连接到X+的值最大的候选网络或者X-的值最小的子网络进行通信。

本发明还提供了一种异构无线网络的通信***，所述***包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下***的单元中：

网络数据采集单元，用于采集异构无线网络环境中各个待通信的候选网络的带宽、时延、时间抖动、丢包率和误码率数据；候选网络的类型包括UMTS、LTE、WLAN和WiMAX；

贴近度计算单元，用于计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度；

通信矩阵构建单元，用于根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵；

贴近度归一化单元，用于对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化；

通信权重值计算单元，用于计算各个子网络的网络属性的通信权重值。

本公开的有益效果为：本发明提供一种异构无线网络的通信方法及***，该方法能使用户选择连接到到最合适的网络进行通信，提高了用户的增益，并且极大地减少用户在网络之间不必要的切换连接次数。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：

图1所示为一种异构无线网络的通信方法的流程图；

图2所示为一种异构无线网络的通信***结构图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示为一种异构无线网络的通信方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种异构无线网络的通信方法，所述方法包括以下步骤：

S100，采集异构无线网络环境中各个待通信的候选网络的带宽、时延、时间抖动、丢包率和误码率数据；候选网络的类型包括UMTS、LTE、WLAN和WiMAX；

S200，计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度；

S300，根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵；

S400，对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化；

S500，计算各个子网络的网络属性的通信权重值。

进一步地，在S200中，计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度的方法为：

设各个待通信的候选网络的属性集合T＝{bandwidth,delay,jitter,loss,error}，假设T＝{bandwidth,delay,jitter,loss,error}属于映射集H的贴近度分别为：

映射集H的贴近度包括h_H(bandwidth),h_H(delay),h_H(jitter),h_H(loss),h_H(error)；

公式(1)称H为候选网络的属性的映射集，即：

其中，定义在集合T上的映射集H是从T到区间[0,1]上的一个子集的映射集，其数学形式为：

H＝{<t,h_H(t)>|t∈T} (3)；

其中，h_H(t)是区间[0,1]中几个不同的实数值的集合，它是映射集H的基本元素，h_H(t)称为贴近度，将其记为h＝h_H(t)，贴近度h可以更详细地表示为：h＝H{γ¹,γ²,…,γ^#h}(γ^λ∈[0,1],λ＝1,2,…,#h)，其中#h表示贴近度h中元素的个数，即网络属性的个数，H{A,B,C,D,E}表示在A,B,C,D,E中任意抽取2个数值分别作为X，Y构成区间[X,Y]并在区间[X,Y]取的随机数，其中，Y大于X，bandwidth为带宽、delay为时延、jitter为时间抖动、loss为丢包率和error为误码率，网络属性值t为bandwidth、delay、jitter、loss、error中任意一种，h_H(t)是表示候选网络的t与当前无线网络的贴近度，h_H(bandwidth),h_H(delay),h_H(jitter),h_H(loss),h_H(error)进行处理时，允许候选网络给出多个可能的属性值。

进一步地，在S300中，根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵的方法为：令X＝{x₁,x₂,…,x_m}为四个候选网络组成的通信方案集，A＝{a₁,a₂,…,a_n}为网络属性集，候选网络x_i(i＝1,2,…,m)在网络属性a_j(j＝1,2,…,n)下的贴近度a_j(x_i)，即a_j(x_i)为x_i的网络属性a_j的贴近度，那构建通信选择矩阵

为：

其中，

本发明的异构无线网络中，包含UMTS、LTE、WLAN和WiMAX这4个候选网络，每个候选网络提供的网络属性为带宽、时延、抖动、丢包率和误码率，且每次决策时每个属性提供5组数值，因此在本发明中m＝4,n＝5,#h＝5，其中，m为子网络的数量，n为网络属性的类型数量；#h为贴近度的总数量；将通信选择矩阵中各个贴近度值h_ij采用归一化数值表示；

进一步地，在S400中，对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化的方法为：

在所有的网络属性中，带宽bandwidth为利益型属性(即，数值越大，方案越优)，而delay时延、jitter时间抖动、loss丢包率和error误码率为成本型属性(即，数值越小，方案约优)，此外，各个网络属性的数值范围是不同的(例如，带宽通常是1MB/s至10MB/s，而时延通常是10ms至200ms)，为了确保所有的网络属性之间的兼容性，本发明将所有的属性值进行归一化处理，将网络属性值表示成0至1之间的数值。此外，本发明将成本型属性转换为利益型属性，贴近度值h_ij归一化数值的具体方法如下：

其中，(h_ij)^c是贴近度h_ij的补运算，即

进一步地，在S500中，计算各个子网络的网络属性的通信权重值的方法为：

将通信选择矩阵进行标准化处理

得到标准化矩阵H′＝(h′_ij)_m×n；

其中，h_max为各个网络属性的

中的最大值，h_min为各个网络属性的

中的最小值；

通过

计算各个网络属性的比重，得到比重矩阵P＝(p_ij)_m×n；

计算子网络的熵值：

式中，

根据熵值计算得到各个子网络的网络属性的通信权重值

当前无线网络连接到子网络的网络属性的各项通信权重值之和最大的子网络。

进一步地，确定正倾向解x⁺、负倾向解x^-，定义公式(7)和公式(8)来确定正倾向解x⁺、负倾向解x^-；

其中，

的意义为选取

中的最大值，

的意义为选取

中的最小值；x⁺为a_j的

中的最大值的贴近度，x⁺为a_j的

中的最小值的贴近度；

计算每个候选网络中x_i的所有网络属性a_j的正倾向解x⁺的累加和X+，计算每个候选网络中x_i的所有网络属性a_j的负倾向解x^-的累加和X-；

当前网络连接到X+的值最大的候选网络或者X-的值最小的子网络进行通信。

本公开的实施例提供的一种异构无线网络的通信***，如图2所示为本公开的一种异构无线网络的通信***结构图，该实施例的一种异构无线网络的通信***包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种异构无线网络的通信***实施例中的步骤。

所述***包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下***的单元中：

网络数据采集单元，用于采集异构无线网络环境中各个待通信的候选网络的带宽、时延、时间抖动、丢包率和误码率数据；候选网络的类型包括UMTS、LTE、WLAN和WiMAX；

贴近度计算单元，用于计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度；

通信矩阵构建单元，用于根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵；

贴近度归一化单元，用于对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化；

通信权重值计算单元，用于计算各个子网络的网络属性的通信权重值。

所述一种异构无线网络的通信***可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种异构无线网络的通信***，可运行的***可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种异构无线网络的通信***的示例，并不构成对一种异构无线网络的通信***的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种异构无线网络的通信***还可以包括输入输出设备、网络通信设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、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、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种异构无线网络的通信***运行***的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种异构无线网络的通信***可运行***的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种异构无线网络的通信***的各种功能。所述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(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)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，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims (8)

1.一种异构无线网络的通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100，采集异构无线网络环境中各个待通信的候选网络的带宽、时延、时间抖动、丢包率和误码率数据；候选网络的类型包括UMTS、LTE、WLAN和WiMAX；

S200，计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度；

S300，根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵；

S400，对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化；

S500，计算各个子网络的网络属性的通信权重值。

2.根据权利要求1所述的一种异构无线网络的通信方法，其特征在于，在S200中，计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度的方法为：

设各个待通信的候选网络的属性集合T＝{bandwidth，delay，jitter，loss，error}，假设T＝{bandwidth，delay，jitter，loss，error}属于映射集H的贴近度分别为：

映射集H的贴近度包括h_H(bandwidth)，h_H(delay)，h_H(jitter)，h_H(loss)，h_H(error)；

公式(1)称H为候选网络的属性的映射集，即：

其中，定义在集合T上的映射集H是从T到区间[0，1]上的一个子集的映射集，其数学形式为：

H＝{<t，h_H(t)>|t∈T} (3)；

其中，h_H(t)是区间[0，1]中几个不同的实数值的集合，它是映射集H的基本元素，h_H(t)称为贴近度，将其记为h＝h_H(t)，贴近度h可以更详细地表示为：h＝H{γ¹，γ²，…，γ^#h}(γ^λ∈[0，1]，λ＝1，2，…，#h)，其中#h表示贴近度h中元素的个数，即网络属性的个数，H{A，B，C，D，E}表示在A，B，C，D，E中任意抽取2个数值分别作为X，Y构成区间[X，Y]并在区间[X，Y]取的随机数，其中，Y大于X，bandwidth为带宽、delay为时延、jitter为时间抖动、loss为丢包率和error为误码率，网络属性值t为bandwidth、delay、jitter、loss、error中任意一种，h_H(t)是表示候选网络的t与当前无线网络的贴近度，h_H(bandwidth)，h_H(delay)，h_H(jitter)，h_H(loss)，h_H(error)进行处理时，允许候选网络给出多个可能的属性值。

3.根据权利要求2所述的一种异构无线网络的通信方法，其特征在于，在S300中，根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵的方法为：

令X＝{x₁，x₂，…，x_m}为四个候选网络组成的通信方案集，A＝{a₁，a₂，…，a_n}为网络属性集，候选网络x_i(i＝1，2，...，m)在网络属性a_j(j＝1，2，...，n)下的贴近度a_j(x_i)，即a_j(x_i)为x_i的网络属性a_j的贴近度，那构建通信选择矩阵

为：

其中，

本发明的异构无线网络中，包含UMTS、LTE、WLAN和WiMAX这4个候选网络，每个候选网络提供的网络属性为带宽、时延、抖动、丢包率和误码率，且每次决策时每个属性提供5组数值，因此在本发明中m＝4，n＝5，#h＝5，其中，m为子网络的数量，n为网络属性的类型数量；#h为贴近度的总数量；将通信选择矩阵中各个贴近度值h_ij采用归一化数值表示。

4.根据权利要求3所述的一种异构无线网络的通信方法，其特征在于，在S400中，对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化的方法为：

在所有的网络属性中，带宽bandwidth为利益型属性，而delay时延、jitter时间抖动、loss丢包率和error误码率为成本型属性，为了确保所有的网络属性之间的兼容性，本发明将所有的属性值进行归一化处理，将网络属性值表示成0至1之间的数值，将成本型属性转换为利益型属性，贴近度值h_ij归一化数值的具体方法如下：

其中，(h_ij)^c是贴近度h_ij的补运算，即

是归一化后的贴近度数值。

5.根据权利要求4所述的一种异构无线网络的通信方法，其特征在于，在S500中，计算各个子网络的网络属性的通信权重值的方法为：

将通信选择矩阵进行标准化处理

得到标准化矩阵H′＝(h′_ij)_m×n；

其中，h_max为各个网络属性的

中的最大值，h_min为各个网络属性的

中的最小值；

通过

计算各个网络属性的比重，得到比重矩阵P＝(p_ij)_m×n；

计算子网络的熵值：

式中，

根据熵值计算得到各个子网络的网络属性的通信权重值

6.根据权利要求5所述的一种异构无线网络的通信方法，其特征在于，还包括步骤：当前无线网络连接到子网络的网络属性的各项通信权重值之和最大的子网络。

7.根据权利要求1所述的一种异构无线网络的通信方法，其特征在于，还包括步骤：确定正倾向解x⁺、负倾向解x^-，定义公式(7)和公式(8)来确定正倾向解x⁺、负倾向解x^-；

其中，

的意义为选取

中的最大值，

的意义为选取

中的最小值；x⁺为a_j的

中的最大值的贴近度，x⁺为a_j的

中的最小值的贴近度；

计算每个候选网络中x_i的所有网络属性a_j的正倾向解x⁺的累加和X+，计算每个候选网络中x_i的所有网络属性a_j的负倾向解x^-的累加和X-；

当前网络连接到X+的值最大的候选网络或者X-的值最小的子网络进行通信。

8.一种异构无线网络的通信***，其特征在于，所述***包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下***的单元中：

网络数据采集单元，用于采集异构无线网络环境中各个待通信的候选网络的带宽、时延、时间抖动、丢包率和误码率数据；候选网络的类型包括UMTS、LTE、WLAN和WiMAX；

贴近度计算单元，用于计算当前的无线网络与各个待通信的候选网络的贴近度；

通信矩阵构建单元，用于根据各个待通信的候选网络的贴近度构建通信选择矩阵；

贴近度归一化单元，用于对通信选择矩阵中各个贴近度值进行归一化；

通信权重值计算单元，用于计算各个子网络的网络属性的通信权重值。

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