移動通信網絡下通信最優節點自動選擇方法研究

鄧滿蘭

摘 要： 現有通信最優節點的選擇方法，不能在保證誤碼率的前提下完成節點自動選擇。為了解決上述問題，通過LTE網絡架構、統一核心網絡，從根本上降低因用戶移動而造成數據分組丟失可能性，完成移動通信網絡環境的搭建；應用通信誤碼率的計算與最優節點的自動選擇，搭建基于移動網絡的EBCPS通信最優節點自動選擇方法。模擬應用環境設計對比實驗結果表明，EBCPS通信最優節點自動選擇方法，既能在保證誤碼率的前提下，完成節點自動選擇，也能提高最小剩余量，縮短競爭接入時間。

關鍵詞： 移動通信； LTE網絡； 誤碼率； 最優節點； 自動選擇； EBCPS

中圖分類號： TN925?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）04?0169?03

Abstract： The automatic node selection cannot be accomplished on the premise of guaranteeing the error rate in the current selection method of optimal communication nodes. To solve the above problem， the core network is unified by using the LTE network architecture to fundamentally reduce the possibility of data packet loss due to users′ mobility and complete the establishment of mobile communication network environment. The calculation of communication error rate and the automatic selection of optimal nodes are adopted to establish the automatic EBCPS optimal communication node selection method based on mobile network. The application environment was simulated to design the contrast test. The results show that the automatic EBCPS optimal communication node selection method can not only accomplish the automatic node selection on the premise of guaranteeing the error rate， but also improve the minimum residual amount and shorten the competitive access time.

Keywords： mobile communication； LTE network； error rate； optimal node； automatic selection； EBCPS

0 引 言

不同于傳統的模擬、數字移動通信網絡，現有移動通信以4G網絡為主，摒棄了原有的GMS，CDMA/WCDMA等形式，開始著重在LTE方面進行研究。這種移動網絡形式，因應用多入口接入形式，造成了整體通信架構的管理復雜性。通信最優節點自動選擇充分利用了空間的分集增益，不僅不占用過多的系統帶寬，也不會造成通信時間的增加，提高了系統吞吐總量[1]。但這種構建方式因設備自身尺寸等方面的問題，造成各個設備之間距離過近，影響了傳輸誤碼率。本文通過LTE網絡架構、統一核心網絡，完成移動通信網絡環境的搭建；應用通信誤碼率計算，實現最優節點的自動選擇。為了證明EBCPS選擇方法的實用性價值，模擬應用環境設計對比實驗，實驗結果表明，該方法能在保證誤碼率前提下，完成節點自動選擇，提高最小剩余量，縮短競爭接入時間。

1 移動通信網絡環境的搭建

1.1 LTE網絡架構

LTE網絡架構主要由Evolved Packet Core和Evolved UTRAN組成。其中Evolved UTRAN負責將多個eNode與X2接口進行連接；Evolved Packet Core則是由SGW，PCRF等多部分組成，其主要功能是負責將Evolved UTRAN完成的內部連接[2]，與S1接口進行外部連接。與傳統的UMTS網絡結構相比，LTE網絡架構既實現了SGSN與GGSN功能，也做到了將用戶界面與控制界面進行分離，通過MME完成對控制界面的操作功能，通過SWG完成對用戶界面的操作功能[3]。且LTE網絡架構中，不再具有復雜的RNC網元，其功能也被分配到了eNodeB，MME，SGW等多個實體，通過eNodeB與X2接口的連接，以及Mesh工作方式的應用，從根本上降低因用戶移動而造成數據分組丟失可能性[4]。以HSS作為LTE網絡架構的存儲數據庫，既方便了對核心網絡服務，也使得各數據層次的協議得到具體規劃。

1.2 統一核心網絡

核心網絡是在LTE網絡架構的基礎上幫助4G數據的穩定傳輸，統一核心網絡即是為了IMS核心網主的VoIP業務能夠順利實現，也使系統通過統一的SR VC.C業務，來保證語音的連續傳輸[5]。為了核心網絡的順利統一，首先應該保證數據庫與應用平臺的統一，應用IMS技術保證Parlay/OSA業務框架的順利搭建，進而實現核心網絡的統一。

2 通信最優節點自動選擇方法的改進

2.1 通信誤碼率的計算endprint

為了方便計算，設[E]代表發射結點的成功發射功率，[α1，θ1]和[α2，θ2]分別代表兩個接收端所接收到的噪聲，且[α1]和[α2]均為高斯白噪聲，也就是方差為[N]均值[6]為0。規定[S]為衰減系數，[θ1]與[θ2]之間的歐氏距離用[X]表示，且如下部分涉及到的計算步驟，均在半雙工通信狀態下進行。假定[θ1]與[θ2]均能一次將信息正確譯碼，則此時可得如下公式：

式中：[PS]為總通信誤碼率；[S1]為[θ1]接收端的衰減系數；[S2]為[θ2]點的衰減系數。式（1）在半雙工狀態下[θ1]與[θ2]接收端完成信息正確譯碼時的通信誤碼率。

2.2 最優節點的自動選擇

根據式（1）可得到傳輸的通信誤碼率。在對最優節點進行自動選擇的過程中，可在通信誤碼率的基礎上，選擇剩余能量大的節點作為最優節點。但如果僅應用這種選擇方法，極容易造成所選擇的信噪比，不能保證[θ1]與[θ2]的傳輸誤碼率同時滿足系統要求[7?8]。

為了改變此問題，引入了EBCPS選擇算法。EBCPS選擇算法，首先應用式（1）推導通信誤碼率，其次該算法可根據網絡中節點的相對剩余能量設置相應的延遲時間。其最大優點是使延遲時間不隨能量減少而逐漸增加，可以說是節約剩余能源與延遲時間的有效手段。EBCPS算法最優節點具體選擇過程如圖1所示。

2.3 EBCPS選擇方法的實現

為了保證EBCPS選擇算法運行準確性，在運用上述誤碼率推導公式基礎上，通過對網絡節點中剩余能量額估計，為系統設置整體延遲時間，并從根本上保證延遲時間不會隨著剩余能量減少而逐漸增加[9?10]。引入效益函數，并通過該值，來保證算法順利運行，其具體運算公式如下：

式中：[B]為效益函數；[ξ]為系統中的剩余能量；[M]為由[θ1]與[θ2]發起的中繼協作；[η1（ξ）]為[θ1]能量表示；[S2（ξ）]為[θ2]的能量標識，通常情況下[η1>η2]。

3 實驗結果與分析

通過上述過程，完成了EBCPS選擇算法的搭建與實現，為了證明該算法與普通算法相比。具有更高的實用性價值，選用4臺配置相同的計算機作為實驗對象，隨機選取2臺作為實驗組，另2臺作為對照組，并在實驗開始前，對4臺計算機進行相關參數的配置。

3.1 實驗參數設置

為了公平起見，實驗組與對照組參數均相同。其中ACT為衰減系數，且該系數與103成正比，EDD代歐氏距離，該項數值單位為m，RDE代表剩余能量，單位為kJ，DLT為延遲時間，單位為s，數值本身與10-5成正比，RLC為中繼協作，在本次實驗中規定，4臺計算機中繼協作均為0。實驗參數設置如表1所示。

3.2 誤碼率對比

在完成實驗參數設置之后，令4臺計算機同時傳遞一段相同的指令，指令詳情如下：

其中實驗組的2臺計算機應用EBCPS選擇算法進行傳遞，對照組的2臺計算機應用普通算法進行傳遞，并對傳遞過程中的相關數據進行記錄，根據記錄結果繪制圖2。

根據圖2可以發現，運用普通算法傳輸指令，誤碼率的范圍較小，不能提供大范圍的容錯，也就不能保證節點的自動選擇；而運用EBCPS選擇算法傳輸指令，誤碼率范圍較廣，可以提供加大范圍的容錯，保證節點自動選擇。

3.3 競爭接入時間對比

在完成誤碼率后，保留記錄數據，對競爭接入時間進行對比，對比結果如圖3所示。

由圖3可知，運用普通算法傳輸指令，所需競爭接入時間更長，故不能提高最小剩余量；運用EBCPS選擇算法傳輸指令，所需競爭接入時間較短，故可以提高最小剩余量。

4 結 語

為了在保證誤碼率的前提下完成節點自動選擇，通過LTE網絡架構、統一核心網絡，完成了移動通信網絡環境的搭建；應用通信誤碼率的計算與最優節點的自動選擇，搭建基于移動網絡的EBCPS通信最優節點自動選擇方法。為了證明該方法的真實有效性，設計對比實驗，結果表明，EBCPS通信最優節點自動選擇方法，既能保證誤碼率，完成節點自動選擇，也能提高最小剩余量，縮短競爭接入時間。

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