专利名称：异构网络信息发布系统及方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种异构网络信息发布系统及方法。
背景技术：
目前的无线通信系统包含多种无线接入标准，这些标准由于设计目标和应用范围的差异，将广泛、长期地存在于我们的生活中。但是这些无线通信技术均采用相对独立的运营方式以及资源占用方式，采用不同的无线通信技术的无线通信网络之间没有资源以及业务方面的协作。随着世界无线通信业务的需求以及无线资源日益紧张，这种闭塞、孤立的运营方式所带来的业务内容单一、无线资源受限等弊端成为制约无线通信系统进一步发展的障碍。因此，无线通信系统由分散走向融合、各种无线通信技术相互协作形成一个全球异构通信系统，已成为当前无线通信发展的迫切需要。
在异构无线接入网络环境中，对于具有重配置能力的移动终端来说，有必要选择最适合的无线接入技术。同时，由于动态频谱分配技术的引入，无线频谱环境变得更加复杂多变，这样终端在能够使用的频点上能够使用哪种无线接入技术可能是不可预知的，终端就必须对于全部频点上可以使用的无线接入技术进行全程扫描，以发现本地的基于时间的频谱集合。而如果利用异构网络信息发布系统，通过一个固定的频带来提供相关的信息给终端，终端就能够根据时间、状态和位置，通过一个可以选择的方法对通信会话初始化。由此带来的增益将是多方面的，比如简化网络选择的流程、避免大范围的频率扫描，减少终端电池的消耗等。 而在体现异构网络信息发布性能的指标中，传输时延对于时延敏感的终端业务显得尤为重要。传输时延将直接影响终端接收异构网络信息的快慢，进而决定终端对环境变化的反应速度。因此，需要设计一种异构网络信息的发送机制来最小化异构网络信息传输时延，优化异构网络信息发布的性能，帮助终端以最快的速度来完成环境的认知，作为终端进行相关决策的基础依据，进而能够使得终端在第一时间得到决策响应。
为了解决异构网络环境的发现和感知问题，避免全频扫描耗时长、耗电多，实现方便、快捷、有效的网络初始化选择，通信界提出了 CPC(Cognitive Pilot Channel，感知导频信道)技术。目前，依据不同的数据传输方式对CPC进行分类，可将CPC技术分为广播CPC(Broadcast CPC)方式和按需服务的CPC(On-demand CPC)方式。在广播CPC方式中，CPC基站周期性地广播网络信息给终端，在终端接收到CPC信息后，会解析出它所在单位区域(称为一个Mesh)的消息。而在按需服务CPC方式中，则是由终端首先向CPC基站发出请求，CPC基站接收到终端对网络信息的请求后，基于终端的所在单位区域下的网络分布情况给终端回复相应的异构环境的信息。 上述两种方式相比较而言，广播CPC方式，比较适合于Mesh数目较少且终端密度较大的场景。具体来说，当Mesh数目增多，广播时延的存在将不可避免，而且这种方式对于没有终端请求的Mesh也发布异构网络信息，使得异构网络信息发布方式的性能和效率受到影响。而按需服务的CPC方式，比较适合于Mesh数目较多且终端密度较小的场景。具体来说，当终端密度较大时，在很短的时间内大量的终端请求将到达异构网络信息发布基站，会使异构网络信息发布基站侧出现较长的排队等待，因而排队等待的时延将会影响按需服务异构网络信息发布方式的性能和效率。无论何种CPC方式，CPC都只是作为一种用于传输异构无线环境的逻辑信道。其中，无线环境由多种异构无线接入网(RATs)重叠覆盖而组成，并且不同RATs的频谱资源动态变化，不是固定的，甚至其网络拓扑结构也有可能会被动态调整。 因此，上述两种异构网络信息发布方式虽然在一定程度上实现了异构网络信息发布的功能，但在具体应用上还存在着较大的不灵活性，这些固有的缺陷在某些场景下对异构网络信息发布的性能产生会很大的不利影响。因此需要一些新的异构网络信息发布系统来更灵活地实现消息的发送。
发明内容
( — )要解决的技术问题 针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种异构网络信息发布
方案，该方案应用灵活，且能够保证异构网络信息发布时延最小。 (二)技术方案 为达到上述目的，本发明提供了一种异构网络信息发布系统，包括异构网络信息发布基站，用于搜集其覆盖范围内的异构网络信息，并将其覆盖范围划分为多个区域，在组播模式下设置的各区域的等待时间到达之后以区域为单位进行异构网络信息的组播发送；可重配置终端，用于向所述异构网络信息发布基站发送异构网络信息发布请求，并接收所述异构网络信息发布基站发送的异构网络信息。 其中，所述异构网络信息发布基站包括还包括计时器，用于控制所述等待时间。
本发明还提供了一种异构网络信息发布方法，包括以下步骤 Sl，将异构网络划分为多个区域，并且在组播模式下对每个区域设置一个等待时间； S2，终端向异构网络信息发布基站发送异构网络信息发布请求，该异构网络信息
发布基站收到来自第i个区域的第一个异构网络信息发布请求之后等待一段时间，然后向
第i个区域内的各终端组播发送相应区域的异构网络信息，所述一段时间即为所设置的等
待时间，该异构网络信息包括无线环境信息。每一个区域是独立等待的，而所有区域的等待
时间都一样。i = 1， . . . ， n， n为所述异构网络中所划分的区域的总数。 其中，在步骤S1之前还包括步骤Sl'，统计各终端发送异构网络信息发布请求的
概率的历史值，并根据该历史值计算各终端将要发送异构网络信息发布请求的概率的预测值，若该预测值0《A，《0.8A皿，则进入异构网络信息发布的组播模式，A皿表示之前
计算的各终端发送异构网络信息发布请求的概率的历史值中的最大值。 其中，若该预测值A n。w > 0. 8 A MX，则进入异构网络信息发布的广播模式进行异构
网络信息的发布。 其中，所述等待时间W的设置方式如下 异构网络信息发布基站通过学习得到每个区域内终端数量占异构网络中总的终端数量的比例的概率分布nk，以及各区域内的终端的异构网络信息发布请求的到达率之和入，其中，k二 1，2......N，N为区域的个数，然后根据概率分布nk、到达率之和A以及
排队理论计算得到异构网络信息发布时延L与等待时间W之间的关系，最后取使得异构网 络信息发布时延L最小时的等待时间W的值为需要设置的等待时间，其中，终端发送完异构 网络信息发布请求后，将会等待一段时间才收到异构网络信息发布基站发来的异构网络信 息，这段时间为异构网络信息发布时延。 其中，在步骤Sl'中，根据该历史值计算各终端将要发送异构网络信息发布请求的 概率的预测值的方法为统计方法、线性预测或机器学习的方法。 其中，异构网络信息发布基站通过学习得到每个区域内终端数量占异构网络中总 的终端数量的比例的概率分布nk的具体方法为统计方法、线性预测或机器学习的方法。 其中，所述终端为可重配置终端。
(三)有益效果 与现有技术相比，本发明能够产生如下有益效果通过在发布异构网络信息时引 入等待时间，并通过排队理论寻找到最优化时延的参数配置方法，减少了终端请求在异构 网络信息发布基站侧的排队等待时延，提高了信息的发送效率，并节省了重复信息发送的 开销。
图1是本发明实施例的系统结构示意图；
图2是本发明实施例的方法流程图； 图3是本发明实施例中的终端请求的到达速率的模型示意图；
图4是本发明实施例中的Mesh信息调度系统模型示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 如图1所示，本发明实施例提供了一种异构网络信息发布系统，包括异构网络信 息发布基站12，用于搜集其覆盖范围内的异构网络信息，并将其覆盖范围划分为多个区域， 在组播模式下设置的各区域的等待时间到达之后以区域为单位进行异构网络信息的组播 发送；可重配置终端ll，用于向所述异构网络信息发布基站发送异构网络信息发布请求， 并接收所述异构网络信息发布基站发送的异构网络信息。 其中，所述异构网络信息发布基站包括还包括计时器，用于控制所述等待时间。
如图2所示，依据本发明实施例的异构网络信息发布方法包括以下步骤
Sl，将异构网络划分为多个区域(每个区域称为一个Mesh)，并且在组播模式下对 每个区域设置一个等待时间； S2，终端向异构网络信息发布基站发送异构网络信息发布请求，该异构网络信息 发布基站收到来自第i个区域的第一个异构网络信息发布请求之后等待一段时间，然后向 第i个区域内的各终端组播发送相应区域的异构网络信息，所述一段时间即为所设置的等 待时间，该异构网络信息包括无线环境信息。每一个区域是独立等待的，而所有区域的等待 时间都一样。i = 1， . . . ， n， n为所述异构网络中所划分的区域的总数。
5
本实施例中，在步骤SI之前还包括步骤Sl'，统计各终端发送异构网络信息发布
请求的概率的历史值，并根据该历史值计算各终端将要发送异构网络信息发布请求的概率 的预测值，若该预测值0《A，《0.8A皿，则进入异构网络信息发布的组播模式，A皿表
示之前计算的各终端发送异构网络信息发布请求的概率的历史值中的最大值。 本实施例中，若该预测值A n。w > 0. 8 A MX，则进入异构网络信息发布的广播模式进
行异构网络信息的发布。 本实施例中，所述等待时间W的设置方式如下异构网络信息发布基站通过学习 得到每个区域内终端数量占异构网络中总的终端数量的比例的概率分布nk，以及各区域
内的终端的异构网络信息发布请求的到达率之和A，其中，k二 1，2......N，N为区域的个
数，然后根据概率分布nk、到达率之和A以及排队理论计算得到异构网络信息发布时延L 与等待时间W之间的关系，最后取使得异构网络信息发布时延L最小时的等待时间W的值 为需要设置的等待时间，其中，终端发送完异构网络信息发布请求后，将会等待一段时间才 收到异构网络信息发布基站发来的异构网络信息，这段时间为异构网络信息发布时延。
其中，排队理论也称随机服务系统理论，是通过对服务对象到来及服务时间的统 计研究，得出这些数量指标(等待时间、排队长度、忙期长短等)的统计规律，然后根据这些 规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象，使得服务系统既能满足服务对象的需 要，又能使机构的费用最经济或某些指标最优。 本实施例中，在步骤SI'中，根据该历史值计算各终端将要发送异构网络信息发布 请求的概率的预测值的方法为统计方法、线性预测或机器学习的方法，也可以直接取历史 值作为预测值。 本实施例中，异构网络信息发布基站通过学习得到每个区域内终端数量占异构网 络中总的终端数量的比例的概率分布nk的具体方法为统计方法、线性预测或机器学习的方法。 其中，终端请求并不是直接到达基站的Mesh信息调度系统，而是先要经过所在 Mesh的终端请求处理过程，Mesh信息调度系统为一个排队系统，经过排队系统处理终端请 求之后再执行组播发送异构网络信息的过程。根据概率分布nk、到达率之和A以及排队 理论计算得到异构网络信息发布时延L与等待时间W之间的关系的具体步骤如下
步骤一 首先我们要计算组播模式下Mesh内的请求进入信息调度系统(排队系 统)的到达率。以第k个Mesh(以下简称Meshk)为例，由于Meshk的异构网络信息请求的 到达速率服从平均速率为A nk的泊松分布(如图3所示)，因此，在本次需要发送Meshk的 异构网络信息中，第一个到达的终端异构网络信息请求的平均时间为1/A nk。在本次服务 中，第一个异构网络信息请求到达时还需要等待时间W后才能到达Mesh信息调度系统。因 此，Meshk的异构网络信息请求进入Mesh信息调度系统的平均时间是nk+W)。此外，
该请求的到达率也服从泊松分布，所以其平均速率为lu+w)，即a nk/(i+wx nk) 步骤二接下来，根据该到达率利用排队论的知识可以计算出信息调度系统的平 均等待时间。Mesh信息调度系统中所有请求的平均到达率之和为泊松分布(如图4所示)，
v^ 勿/t
所有请求的平均到达率之和为2 二^(1 +『勿*)而服务时间则可以看成是等长的服务。
假设CPC信道带宽为B， 一个Mesh的信息长度为MMESH，发送一个Mesh的信息所需要的时间t为M目/B。由于可以将Mesh信息调度系统为一个M/D/l排队系统。根据M/D/l排队系
统的相关研究成果，该排队系统的平均等待时长为<formula>formula see original document page 7</formula> 其中，A '是该M/D/l排队系统的平均到达速率，而则是平均的服务速率，取值 为服务时间的倒数，即P = 1/t 。 将A '和ii的计算公式代入(1)，可以获得该M/D/1排队系统的平均等待时长 为
<formula>formula see original document page 7</formula> 步骤三我们要计算终端请求进入信息调度系统前的平均等待时间。终端请求的 等待时间L被分为两个部分，进入M/D/l排队系统前的等待时间和进入M/D/l排队系统后 的等待时间。进入该排队系统后的等待时间实际上就是L。，皿。而进入M/D/l排队系统前 的等待时间还需要进一步计算。 由于每一个Mesh的终端分布不同，因此进入排队系统前的等待时间不尽相同，假 设定义为L,ik。从第一个请求开始，需要等待一段W的时间，才将其送到基站。将W等分 为M个小的单位时间A，当M趋于无穷大则A趋于零。在第i个时间段中，平均到达的请 求为、A，其中Ak= A承nk，也就是Meshk区域内的终端请求到达率。在趋于零时，可以 将所有终端在该时间段中需要等待的时间看成是相同的，并且等于(W-iA)。在时长W中， 平均有(l+MAkA)个到达的请求。因此，Meshk中，在进入Mesh信息调度系统前，终端需要 等待的平均时长可以计算如下
<formula>formula see original document page 7</formula>
对(3)进行数学变换，并且将MA 二W代入(3)，则可以获得如下的LM腿—k的计算 公式入k <formula>formula see original document page 7</formula> 进一步进行数学变换，求表达式(4)中的极限计算，可以获得第k个Mesh在进入 排队系统前的平均等待时间LMESH—k为<formula>formula see original document page 7</formula> 由于整个异构网络有N个不同的Mesh，并且不同Mesh的终端分布不同，因此对于 整个异构网络信息发布系统，进入排队系统前的平均等待时间LM皿为各Mesh的平均等待时 间与其分布密度相乘的平均结果，即
AiESH-^(WiAviESH-k) (6) 将式子(5)代入式子(6)，最终可以获得进入排队系统前的平均等待时间LMESH如 下
' (7) ^mesh:7 + 52j
1 +『义d 步骤四如上分析，终端平均等待时间等于两个部分之和，即进入Mesh信息调度
系统前和进入Mesh信息调度系统后等待时长之和。 因此，可以获得，终端平均等待时间L为 L = Lqu孤ng+L肥sh (8) 将(2)和(7)代入(8)的计算表达式，可以获得最后终端的平均等待时长L是
〖=
『％
1 +
1-S
1 +呵 由以上实施例可以看出，本发明通过在发布异构网络信息时引入等待时间，并通
过排队理论寻找到最优化时延的参数配置方法，减少了终端请求在异构网络信息发布基站
侧的排队等待时延，提高了信息的发送效率，并节省重复信息发送的开销。 以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来
说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应
视为本发明的保护范围。
8
权利要求
一种异构网络信息发布系统，其特征在于，包括异构网络信息发布基站，用于搜集其覆盖范围内的异构网络信息，并将其覆盖范围划分为多个区域，在组播模式下设置的各区域的等待时间到达之后以区域为单位进行异构网络信息的组播发送；可重配置终端，用于向所述异构网络信息发布基站发送异构网络信息发布请求，并接收所述异构网络信息发布基站发送的异构网络信息。
2. 如权利要求1所述的异构网络信息发布系统，其特征在于，所述异构网络信息发布基站包括计时器，用于控制所述等待时间。
3. —种异构网络信息发布方法，其特征在于，包括以下步骤Sl，将异构网络划分为多个区域，并且在组播模式下对每个区域设置一个等待时间；S2，终端向异构网络信息发布基站发送异构网络信息发布请求，该异构网络信息发布基站收到来自第i个区域的第一个异构网络信息发布请求之后等待一段时间，然后向第i个区域内的各终端组播发送相应区域的异构网络信息，所述一段时间即为所设置的等待时间，该异构网络信息包括无线环境信息，其中，i = 1， . . . ， n， n为所述异构网络中所划分的区域的总数。
4. 如权利要求3所述的异构网络信息发布方法，其特征在于，在步骤Sl之前还包括步骤S1'，统计各终端发送异构网络信息发布请求的概率的历史值，并根据该历史值计算各终端将要发送异构网络信息发布请求的概率的预测值，若该预测值0《A n。w《0. 8 A M，则进入异构网络信息发布的组播模式，A M表示之前计算的各终端发送异构网络信息发布请求的概率的历史值中的最大值。
5. 如权利要求4所述的异构网络信息发布方法，其特征在于，若该预测值入n。w > 0. 8 A M，则进入异构网络信息发布的广播模式进行异构网络信息的发布。
6. 如权利要求3所述的异构网络信息发布方法，其特征在于，所述等待时间W的设置方式如下异构网络信息发布基站通过学习得到每个区域内终端数量占异构网络中总的终端数量的比例的概率分布nk，以及各区域内的终端的异构网络信息发布请求的到达率之和入，其中，k二l，2......N，N为区域的个数，然后根据概率分布nk、到达率之和A以及排队理论计算得到异构网络信息发布时延L与等待时间W之间的关系，最后取使得异构网络信息发布时延L最小时的等待时间W的值为需要设置的等待时间，其中，终端发送完异构网络信息发布请求后，将会等待一段时间才收到异构网络信息发布基站发来的异构网络信息，这段时间为异构网络信息发布时延。
7. 如权利要求4所述的异构网络信息发布方法，其特征在于，在步骤S1'中，根据该历史值计算各终端将要发送异构网络信息发布请求的概率的预测值的方法为统计方法、线性预测或机器学习的方法。
8. 如权利要求6所述的异构网络信息发布方法，其特征在于，异构网络信息发布基站通过学习得到每个区域内终端数量占异构网络中总的终端数量的比例的概率分布nk的具体方法为统计方法、线性预测或机器学习的方法。
9. 如权利要求3 8之任一项所述的异构网络信息发布方法，其特征在于，所述终端为可重配置终端。
全文摘要
本发明公开了一种异构网络信息发布系统及方法，该系统包括异构网络信息发布基站，用于搜集其覆盖范围内的异构网络信息，并将其覆盖范围划分为多个区域，在组播模式下设置的各区域的等待时间到达之后以区域为单位进行异构网络信息的组播发送；可重配置终端，用于向所述异构网络信息发布基站发送异构网络信息发布请求，并接收所述异构网络信息发布基站发送的异构网络信息。本发明的方案通过在发布异构网络信息时引入等待时间，并通过排队理论寻找到最优化时延的参数配置方法，减少了终端请求在异构网络信息发布基站侧的排队等待时延，提高了信息的发送效率，并节省了重复信息发送的开销。
文档编号H04W4/06GK101790130SQ201010104398
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者冯志勇, 张平, 田方, 肖涵, 苗丹, 黎文边 申请人:北京邮电大学