異構網絡下基于最大阻塞概率的群切換方案

李洋　華中偉　徐云龍　任勇

摘 要：在群垂直切換場景中，多個移動終端同時向無線網絡發出垂直切換的請求，有可能導致網絡擁堵并因此增加切換的阻塞概率。為了避免網絡負載過重和合理地利用無線資源，該文提出一種基于最大阻塞概率的群切換方案。首先，根據網絡最大阻塞概率得出在同一時隙最多能夠進行切換的用戶個數，然后，根據使得整個網絡平均傳輸時延和丟包率最小的準則，終端將選擇合適的目標網絡。仿真表明，相比于基于隨機延遲的方案，該方案在控制網絡阻塞率、減小網絡平均傳輸時延和平均丟包率方面有明顯改善。

關鍵詞：群垂直切換 阻塞概率 傳輸時延 丟包率

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（b）-0214-02

1 系統模型及問題

群垂直切換場景是由多個不同的無線接入網絡和多個移動終端組成，假設共有N個可用的無線網絡，移動終端可以選擇這些網絡進行垂直切換。對于每一個網絡i∈N （i=1，2...N），可用資源是ARi Mbps，往返時間是RTTi ms，兩個網絡參數隨時間不斷變化。假設共有M個用戶進行群垂直切換，對于每一個用戶j∈M （j =1，2...M），該用戶所需的傳輸比特率表示為Rj Mbps。移動終端在向網絡發出的切換請求時分為兩種業務類型：一種是實時業務，另一種是非實時業務。實時業務對時延較為敏感，延時的大小對于該業務的性能的影響較大。對于非實時業務而言，丟包率的大小對于該業務的影響較大。因此，對于不同類型的切換，優化目標是不同的。對于實時業務，目標是盡量使得整個網絡的平均傳輸延遲最小，而非實時業務的目標是盡量使得整個網絡的平均丟包率最小。

2 群切換方案

群切換一般發生在多個用戶之間離得很近，當多個用戶檢測到一個熱點信號時，同時或幾乎同時向目標網絡發出切換請求。因此，該文將多個用戶之間看成是無差別的，忽略用戶所用信道的差異性，即用戶享有同樣的信道條件，所有的用戶都符合垂直切換的條件或標準。同時，我們假設任意用戶都可以知道其他用戶的信息和所有網絡的信息。即當用戶向目標網絡發出切換請求時，目標網絡獲取到請求切換用戶的總個數，然后通過廣播的形式將該信息通知給所有的用戶，使得任意一個用戶都能夠了解當前切換用戶的總個數。同時，從網絡的廣播信息中所有用戶都會知道每個目標網絡在當前時隙所剩下的可用資源。

在群切換中，當用戶個數很少，無線網絡可以提供足夠的無線資源給請求切換的用戶時，將不會產生網絡擁堵和切換阻塞。然而，隨著用戶個數的增長，網絡資源不斷減少，至少會有一個網絡將被不能提供足夠的資源給用戶，在這種情況下，會產生網絡阻塞。

2.1 確定最多的切換用戶

當多個用戶選擇同一個目標網絡進行切換時，用戶所需的資源總和超過目標網絡的可用資源時就會發生沖突和阻塞。設P b 表示群切換時網絡中用戶發生阻塞的概率，阻塞概率越小越好。因此，我們的目標就是在網絡阻塞概率在小于最大阻塞概率的基礎上，得出在同一時隙網絡最多能滿足用戶的切換請求個數，保證在阻塞最小的情況下，最大程度上利用網絡的資源給用戶提供服務。可以表示為式（1）：

（1）

其中k代表同一時隙進行切換的用戶個數。而k的最大值又依賴于Pb ，因此，應該首先確定的表達式Pb。

設用戶向目標網絡i 發出切換請求概率表示為Pi，向量P=[P1，P2，...PN]表示向所有目標網絡發出切換請求的概率。因此，，且滿足P ≥0。

設當一個用戶選擇了i 網絡進行切換接入時，還有其他s個用戶也選擇了該網絡，即剩余的k-1個用戶中有s個用戶選擇同一個網絡i 進行切換，這種事件發生的概率可用式（2）表示：

3 結論

該文提出了一種基于最大阻塞概率的群切換算法的群切換方案，首先確定在同一時隙最多能夠進行切換的用戶個數，避免網絡負載過重和切換阻塞，然后在切換判決階段選取使得整個系統平均傳輸延遲和丟包率最小的結果。仿真表明，與之前的方案相比該問提出的方案具有更好的切換效果，提高了系統性能。

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