張丹

未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)包括多種無(wú)線技術(shù)，不同的無(wú)線技術(shù)，提供的服務(wù)質(zhì)量、吞吐量、覆蓋范圍也存在一定差異，各個(gè)無(wú)線技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，一種無(wú)線技術(shù)難以滿足所有人的需求，此時(shí)，5G融合網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)成為必然。在5G融合網(wǎng)絡(luò)中選擇出符合用戶需求的網(wǎng)路，提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，同時(shí)提升客戶滿意度，逐漸成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重要研究課題。

一、5G概述

5G（第五代移動(dòng)通信）是未來(lái)新一代的移動(dòng)通信技術(shù)。從第一代到第四代，每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)都有自己獨(dú)特且單一的無(wú)線技術(shù)，與它們不同，5G是現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)的融合。相較于現(xiàn)階段的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，5G融合網(wǎng)絡(luò)的峰值速度更高，可以達(dá)到數(shù)十Gbps；移動(dòng)性更好，能夠保持在500km/h以上；端到端時(shí)延能夠達(dá)到ms級(jí)；支撐的連接密度能夠達(dá)到106/km2；流量密度達(dá)到每平方米數(shù)十Tbps。另外，5G融合融合網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和基站部署更強(qiáng)，能夠?yàn)橛脩籼峁└玫姆?wù)體驗(yàn)。性能需求和效率需求是決定5G關(guān)鍵能力的重要因素，其中，頻譜效率、能源效率、成本效率組成未來(lái)5G融合網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)效率指標(biāo)；連接密度（106/km2）、端到端時(shí)延（ms）、用戶體驗(yàn)速率（Gbps）、峰值速率（Gbps）、移動(dòng)性（km/ h）、流量密度（（Tbps/km2）組成未來(lái)5G融合網(wǎng)絡(luò)的六大性能指標(biāo)。

二、5G融合網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)需求

（一）用戶/核心網(wǎng)透明的多網(wǎng)統(tǒng)一接入

為了實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)對(duì)用戶的透明機(jī)制，可以設(shè)計(jì)一個(gè)接口管理適配器或者提供幾個(gè)接口給多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而促使用戶通過(guò)接入網(wǎng)的接口接入不同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)。通過(guò)這種機(jī)制，用戶可以根據(jù)自身需求接入WLAN、LTE、5G等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。避免融合網(wǎng)絡(luò)的上層核心網(wǎng)變動(dòng)過(guò)大，將網(wǎng)絡(luò)融合中心下移，能過(guò)減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)對(duì)用戶接入的透明化，提升流程的簡(jiǎn)潔性，為相關(guān)人員操作提供便利。

（二）無(wú)縫的移動(dòng)性管理

未來(lái)發(fā)展中，終端能力將會(huì)有所增強(qiáng)，甚至可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入，進(jìn)而合并和分流多網(wǎng)之間的業(yè)務(wù)，并動(dòng)態(tài)分配多網(wǎng)業(yè)務(wù)，進(jìn)而網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況相符，進(jìn)而促使設(shè)備的利用率得到大幅度提升。無(wú)縫的移動(dòng)性管理主要是指根據(jù)業(yè)務(wù)需求，在保障業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的前提下，用戶可以隨時(shí)切換網(wǎng)絡(luò)，這滿足5G的性能要求。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的移動(dòng)管理，相關(guān)人員需要綜合考慮多方因素，包括協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，同時(shí)，設(shè)計(jì)方案要完整，且具有良好的拓展性，為后期維護(hù)提供便利。

（三）資源的有效利用

為了合理、有效地利用資源，需要以用戶業(yè)務(wù)為需求，以終端同時(shí)接入多個(gè)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，應(yīng)用多項(xiàng)技術(shù)，對(duì)用戶進(jìn)行分類(lèi)，然后將用戶接入到最符合其需求的核心網(wǎng)絡(luò)中，這樣不僅能夠提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，而且能夠有效提升用戶滿意度。資源的有效利用，需要無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源和用戶相互配合，共同努力，相關(guān)人員要精細(xì)劃分無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)用戶要配合工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源利用的最大化，確保用最適合的資源實(shí)現(xiàn)最合適的業(yè)務(wù)。上層功能由地層架構(gòu)決定，因此，5G融合網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)需要以具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為依托。因此，現(xiàn)階段，相關(guān)人員應(yīng)將研究重心放在保證網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與上述需求的貼合性上。

三、5G融合網(wǎng)絡(luò)的接入選擇策略

首先，從用戶需求和網(wǎng)絡(luò)接入選擇入手，獲取網(wǎng)絡(luò)和用戶的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)接入的滿意度來(lái)選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)；其次，依據(jù)收集到的參數(shù)分別計(jì)算用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的偏好排序和網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶的偏好排序；最后，啟動(dòng)匹配博弈模塊，在這個(gè)模塊中，通過(guò)模塊間的相互作用，根據(jù)最優(yōu)分配在網(wǎng)絡(luò)中接入合適的用戶，其中，匹配博弈模塊主要包括用戶匹配失敗調(diào)整模塊、匹配窗口調(diào)整模塊、一次匹配模塊、二次匹配模塊這四個(gè)部分。

（一）一次匹配

首先，用戶向自己偏好排序中偏好值最高的網(wǎng)絡(luò)發(fā)出匹配請(qǐng)求，匹配請(qǐng)求發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)端后，網(wǎng)絡(luò)端會(huì)檢查自己的偏好排序，然后查看自己偏好排序中各個(gè)用戶的排名，接受排名靠前的用戶。如果某用戶請(qǐng)求沒(méi)有被網(wǎng)絡(luò)端接受，此時(shí)該用戶請(qǐng)求會(huì)進(jìn)去二次匹配；如果用戶請(qǐng)求被用戶端接受了，那么此時(shí)用戶處于“已匹配”狀態(tài)，同時(shí)將用戶請(qǐng)求刪除，而網(wǎng)絡(luò)斷不受影響，會(huì)繼續(xù)接受其他用戶的請(qǐng)求。

（二）二次匹配

二次匹配是為了避免因其他用戶問(wèn)題導(dǎo)致用戶匹配失敗的情況出現(xiàn)。用戶一次匹配失敗后，可以進(jìn)行二次匹配。二次匹配與一次匹配存在一定差異，最為主要的差異就是用戶在網(wǎng)絡(luò)的偏好排序中的序列不同。如果用戶二次匹配失敗，此時(shí)用戶會(huì)放棄接入該網(wǎng)絡(luò)，直接申請(qǐng)接入其偏好排序中的下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在匹配過(guò)程中，只要其他用戶匹配成功，就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的偏好順序發(fā)生變化，此時(shí)用戶在下一次匹配中可能接入成功。因此，只要有其他用戶匹配成功，二次匹配過(guò)程就不會(huì)結(jié)束。二次匹配過(guò)程徹底結(jié)束意味著用戶匹配失敗。

（三）匹配窗口調(diào)整

接入網(wǎng)絡(luò)中一旦有用戶匹配成功，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)會(huì)隨之發(fā)生變化，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)端和用戶需要及時(shí)調(diào)整自己的偏好序列，確保下次匹配正常進(jìn)行。在用戶端，為了完成后面的匹配，用戶就需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化，重新計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的偏好配需；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)端來(lái)說(shuō)，只需要?jiǎng)h除匹配成功的用戶即可。用戶端匹配窗口的調(diào)整，可以應(yīng)用一次GAHP算法進(jìn)行，需要注意的是，要在偏好網(wǎng)絡(luò)中剔除匹配成功的用戶，然后按照順序?qū)⑽雌ヅ涞挠脩籼砑拥骄W(wǎng)絡(luò)中，才能夠完成網(wǎng)絡(luò)端的調(diào)整，為后續(xù)匹配工作的順利進(jìn)行提供便利。

（四）建立5G融合網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境

假設(shè)5G融合網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境包括WiMAX、LTE、WLAN（802.11ax）、5G這四部分，假設(shè)在各自覆蓋范圍內(nèi)，這四個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶承載數(shù)相同。用戶請(qǐng)求業(yè)務(wù)包括后臺(tái)類(lèi)、流媒體類(lèi)、交互類(lèi)、會(huì)話類(lèi)，并且，在5G融合網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境中，用戶發(fā)起業(yè)務(wù)的概率一致。另外，為了得到最優(yōu)匹配結(jié)果，需要以設(shè)計(jì)好的匹配流程和博弈匹配規(guī)則為依據(jù)，以用戶和網(wǎng)絡(luò)的偏好集合為前提，動(dòng)態(tài)分配用戶，確保各個(gè)用戶五匹配到的網(wǎng)絡(luò)相適應(yīng)，每個(gè)用戶最終接入的網(wǎng)絡(luò)在其偏好排序中越高則其滿意度越高。

總之，為了同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)利益和用戶利益，文章結(jié)合GAHP算法和匹配博弈論思想，提出基于博弈論的網(wǎng)絡(luò)選擇算法，該算法中，用戶和網(wǎng)絡(luò)分別為博弈的一方，分別對(duì)用戶和網(wǎng)絡(luò)的偏好排序進(jìn)行計(jì)算，然后讓用戶和網(wǎng)絡(luò)互相選擇，進(jìn)而得出最優(yōu)匹配結(jié)果，這種算法為5G融合網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接入選擇提供了一種新的方案。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，5G網(wǎng)絡(luò)融合是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要研究方向。通過(guò)無(wú)縫的移動(dòng)性管理、各網(wǎng)絡(luò)間的透明接入、資源的有效利用等方式，能有大幅度提升網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用率，還能夠讓用戶有一個(gè)更好地體驗(yàn)，進(jìn)而提升用戶滿意度。因此，相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)5G融合網(wǎng)絡(luò)的研究，設(shè)計(jì)最佳接入選擇策略。