一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统及方法
【专利摘要】一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统及方法，本发明涉及异构网络选择领域，本发明要解决业务需求的最低QoS阈值没有差异，网络间负载不均衡降低网络利用率，削弱服务质量的问题。异构网络选择系统包括网络发现和静态信息收集模块(1)、候选网络QoS参数数值采集模块(2)和候选网络评价和选择模块(3)，该系统具体是按照以下步骤进行的：步骤一、MIHF发现相邻RAN并收集相邻RAN的静态信息存储在数据库中；步骤二、将检测出处于通信阈值之上的相邻RAN纳入候选网络行列，收集候选网络行列的QoS参数值；步骤三、选择理想逼近值最大的候选网络作为目标网络；本发明应用于异构网络选择系统及方法领域。
【专利说明】一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着电信产业的全球化和Internet的迅猛发展，通信系统层出不穷，形成各种各样相互独立的网络，例如蜂窝移动通信系统(2G、3G)、短距离接入系统(WLAN、蓝牙、超宽带UffB系统)、WiMAX、卫星通信、广播系统(如DAB、DVB)、平流层等。这些网络的网络格局相互独立，每种网络都有其各自的优势，如2G与3G的网络通信系统以语音通信为主，并支持数据通信；而WLAN，WiMAX等网络则是以数据业务为主。随着语音通信业务的逐渐萎缩，无线数据传输业务的发展，用户的个性化多样性的业务需求不断增强，而这种单网络单应用的网络模式在网络共享方面暴露出其固有弊端:不同的通信协议导致无线网络共享实现困难，不利于数据业务跨网传输。
[0003]为了在保护原有网络投资的同时，容纳激增的移动通信用户，并提供高质量的移动多媒体业务服务，相互重叠但不同类型的各种无线通信网络必然融合到一起协同工作，形成统一的、基于IP协议的异质无线网络系统。移动终端也将朝着集多种接入技术为一体、智能选择接入网络的多模智能终端方向发展。
[0004]利用网络间的互补特性，实现各种无线网络无缝融合，为用户提供个性化服务，是未来通信网络发展的必然方向。在异质无线网络环境下，移动终端如何选择最有效、最合适的接入网络，以满足业务的服务质量(QualityofService,QoS),—直是近几年的研究热点。
[0005]异构网络融合的方案，对于用户而言，用户可以根据业务需求和网络状态等因素随时选择介入到最合适的网络中，从而满足自己灵活多变的个性化业务需求。而对于网络运营而言，采用异构网络融合方案，运营商不需要大量的资金投入，重新铺设建立网络设施，不需要漫长的建设周期，只需要在自己原有系统结构的基础上添加少量的网络实以及相应的管理功能既可以满足用户不断增长的通信业务需求，并提高系统的市场竞争力。
[0006]传统方法以满足QoS为目标进行网络选择时，往往平均分配各个QoS参数的权重值，将导致无论何种业务需求的最低QoS阈值没有差异，所以在终端发起网络选择时没有特定的网络偏好，而是都倾向于选择QoS最优的网络进行业务承载，将导致所有终端都接入最优网络，从而造成网络拥塞，而其余网络空闲，造成所有网络间负载不均衡，同时最优网络拥塞将降低网络利用率，从而削弱服务质量。
[0007]由于没有考虑不同类型业务之间QoS需求的差别，所以无论何种业务，总是选择QoS最优的网络接入，从而无法合理、有效地平衡各候选网络的负载。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决业务需求的最低QoS阈值没有差异，网络间负载不均衡降低网络利用率，削弱服务质量的问题而提出的一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统及方法。[0009]上述的发明目的是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统具体包括:网络发现和静态信息收集模块、候选网络QoS参数数值采集模块和候选网络评价和选择模块；
[0011]所述的网络发现以及静态信息收集模块通过MIHF发现相邻RAN并收集相邻RAN的静态信息；
[0012]所述的候选网络QoS参数数值采集模块依次检测网络发现以及静态信息收集模块收集相邻静态信息RAN的RSS，将检测后的相邻静态信息RAN的RSS纳入候选网络行列，通过MIHF收集当前的候选网络行列的QoS参数值；
[0013]所述的候选网络评价以及选择模块利用候选网络QoS参数数值采集模块得到的当前的候选网络行列的QoS参数值计算候选网络的理想逼近值最大的候选网络作为目标网络。
[0014]一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法具体是按照以下步骤进行的:
[0015]步骤一、利用网络发现以及静态信息收集模块中的全网配置的MIHF在移动终端决策为当前无线接入网络RAN中通信时，发现相邻RAN并收集相邻RAN的静态信息，并将收集相邻RAN的静态信息存储在本地数据库中；
[0016]步骤二、利用候选网络QoS参数数值采集模块将移动终端检测到当前RAN的无线静态信息信号强度RSS下降到需要切换阈值时，则移动终端向目标网络发起切换请求，切换到本地数据库中当前RAN的无线静态信息，依次检测RAN的无线静态信息的RSS，将检测出处于通信阈值之上的相邻RAN纳入候选网络行列，通过MIHF收集候选网络行列的QoS参数值；
[0017]步骤三、将当前移动终端决策的主要业务类别，根据候选网络行列的QoS参数值利用AHP算法计算QoS参数权值向量及评价算法计算QoS参数权值向量得到候选网络的理想逼近值，利用当前的候选网络行列的QoS参数值构造成加权后的判决矩阵选择理想逼近值最大的候选网络，将选择理想逼近值最大的候选网络作为目标网络；其中，四种业务类型包括流媒体类、交互类，后台类和会话类；即完成了一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法。
[0018]发明效果
[0019]本发明利用层次分析法(AnalyticHierarchyProcess, AHP)设置每类业务的QoS参数权值，然后以理想值近似性排序算法(TechniqueforOrderPreferencebySimilaritytoIdeal Solution,T0PSIS)为基础，设计了一种面向业务类别的区分权值算法进行异质网络选择。由于传统的网络选择方法多以平均权值方法进行业务QoS参数设置，不考虑业务之间的QoS需求差别，集中选择QoS最优网络进行业务承载，从而无法合理、有效地平衡各种候选网络的负载，从而造成网络拥塞以及资源浪费。而本发明利用层次分析法合理分析、设置了 3GPP定义的四类业务的QoS参数值权重，根据不同业务类型的QoS需求选择不同的网络进行业务承载，综合利用不同接入网络的优势特性，实现了全网络的综合利用，达到资源优化的效果。
[0020]本发明克服了传统平均权值方法将会话类和流类业务大量接入UMTS网络，而将交换类和后台类业务更多接入WLAN网络而造成的UMTS网络长期阻塞，降低终端接入UMTS的成功率的问题。本发明可实现将流类和交换类业务更多地切换到WiMAX这种相对高数据率、低误码率的网络中，在保障业务QoS的同时，，针对不同类别的业务在QoS需求上的差异，对3GPP定义的四类业务进行了 QoS参数相对重要性分析，设定了每类业务的QoS参数权值，合理选择目标网络同时有效平衡多个候选网络的负载。有效利用网络资源方面体现出了竞争力。
[0021]本发明改善了传统方法中平均业务类别权值进行网络选择导致的网络负载不均衡问题，针对3GPP中定义的4种业务类别结合AHP算法进行了 QoS权值分类，针对不同的业务类别计算其所需的QoS权值向量，再进行网络选择时可以合理接入网络，而不像传统方法中都集中接入最优网络，而是根据业务类型将业务合理分布于多个网络，合理有效的利用网络资源，均衡网络负载，如图4和图5，可说明本发明中的网络选择接入结果更合理均衡，三个网络均有效承载不同业务类型，而传统方法中集中接入快速网络I而造成网络3空闲。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是【具体实施方式】二提出的一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统功能模块图；其中，(I)为网络发现以及静态信息收集模块，(2)为候选网络QoS参数数值采集模块，(3)为候选网络评价以及选择模块；
[0023]图2是【具体实施方式】三提出的一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法流程图；
[0024]图3是【具体实施方式】四提出的选择理想逼近值最大的候选网络作为目标网络流程图；
[0025]图4是实施例提出的平均QoS权值法网络选择结果图；其中，横坐标为四种业务类型I为会话类、2为流媒体类、3为交互类和4为后台类；纵坐标为选择某个网络的概率分布；N1为(UMTS)候选网络，N2为(WiMAX)候选网络，N3为(WLAN)候选网络；
[0026]图5是实施例提出的区分业务QoS权值法网络选择结果示意图；其中，横坐标为四种业务类型I为会话类、2为流媒体类、3为交互类和4为后台类；纵坐标为选择某个网络的概率分布；N1为(UMTS)候选网络，N2为(WiMAX)候选网络，N3为(WLAN)候选网络；
[0027]图6是实施例提出的本发明与平均权值算法对网络选择次数统计对比图；其中，横坐标NI为(UMTS)候选网络，N2为(WiMAX)候选网络，N3为(WLAN)候选网络；纵坐标为网络被选择次数。
【具体实施方式】
[0028]【具体实施方式】一:本实施方式的一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统具体包括:
[0029]网络发现和静态信息收集模块1、候选网络QoS参数数值采集模块2和候选网络评价和选择t吴块3 ；
[0030]所述的网络发现以及静态信息收集模块I通过MIHF发现相邻RAN并收集相邻RAN的静态信息；
[0031]所述的候选网络QoS参数数值采集模块2依次检测网络发现以及静态信息收集模块I收集相邻静态信息RAN的RSS，将检测后的相邻静态信息RAN的RSS纳入候选网络行列，通过MIHF收集当前的候选网络行列的QoS参数值；
[0032]所述的候选网络评价以及选择模块利用候选网络QoS参数数值采集模块2得到的当前的候选网络行列的QoS参数值计算候选网络的理想逼近值最大的候选网络作为目标网络。
[0033]本实施方式效果:
[0034]本实施方式利用层次分析法(AnalyticHierarchyProcess, AHP)设置每类业务的QoS参数权值，然后以理想值近似性排序算法(TechniqueforOrderPreferencebySimilarityto IdealSolution,T0PSIS)为基础,设计了一种面向业务类别的区分权值算法进行异质网络选择。由于传统的网络选择方法多以平均权值方法进行业务QoS参数设置，不考虑业务之间的QoS需求差别，集中选择QoS最优网络进行业务承载，从而无法合理、有效地平衡各种候选网络的负载，从而造成网络拥塞以及资源浪费。而本实施方式利用层次分析法合理分析、设置了 3GPP定义的四类业务的QoS参数值权重，根据不同业务类型的QoS需求选择不同的网络进行业务承载，综合利用不同接入网络的优势特性，实现了全网络的综合利用，达到资源优化的效果。
[0035]本实施方式克服了传统平均权值方法将会话类和流类业务大量接入UMTS网络，而将交换类和后台类业务更多接入WLAN网络而造成的UMTS网络长期阻塞，降低终端接入UMTS的成功率的问题。本实施方式可实现将流类和交换类业务更多地切换到WiMAX这种相对高数据率、低误码率的网络中，在保障业务QoS的同时，，针对不同类别的业务在QoS需求上的差异，对3GPP定义的四类业务进行了 QoS参数相对重要性分析，设定了每类业务的QoS参数权值，合理选择目标网络同时有效平衡多个候选网络的负载。有效利用网络资源方面体现出了竞争力。
[0036]本实施方式改善了传统方法中平均业务类别权值进行网络选择导致的网络负载不均衡问题，针对3GPP中定义的4种业务类别结合AHP算法进行了 QoS权值分类，针对不同的业务类别计算其所需的QoS权值向量，再进行网络选择时可以合理接入网络，而不像传统方法中都集中接入最优网络，而是根据业务类型将业务合理分布于多个网络，合理有效的利用网络资源，均衡网络负载，如图4和图5，可说明本实施方式中的网络选择接入结果更合理均衡，三个网络均有效承载不同业务类型，而传统方法中集中接入快速网络I而造成网络3空闲。
[0037]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的网络发现以及静态信息收集模块I用于全网配置的MIHF在移动终端决策为当前无线接入网络(RadioAccess Network, RAN)中通信时，发现相邻RAN并收集相邻RAN的静态信息，并将收集相邻RAN的静态信息存储在本地数据库中；其中，移动终端决策的切换方式指整个网络选择以及切换决策由移动终端发起并决定最终的目标网络，是终端主导行为，并不是由网络决定的；
[0038]所述的候选网络QoS参数数值采集模块2用于当移动终端检测到当前RAN的无线静态信息信号强度即在当前无线接入网络中终端天线接收的信号强度(RadioSignalStrength, RSS)下降到需要切换阈值时，根据本地数据库中相邻RAN的静态信息依次检测相邻RAN的RSS，将处于通信阈值之上的相邻RAN纳入候选网络行列，然后通过MIHF收集当前的候选网络行列的QoS参数值；[0039]所述的候选网络评价以及选择模块3将当前移动终端决策的主要业务类别，根据当前的候选网络行列的QoS参数值利用AHP算法计算QoS参数权值向量，利用评价算法计算QoS参数权值向量得到候选网络的理想逼近值，利用当前的候选网络行列的QoS参数值构造成加权后的判决矩阵选择理想逼近值最大的候选网络，将选择理想逼近值最大的候选网络作为目标网络如图1。其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
[0040]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法包括如下步骤:
[0041]步骤一、利用网络发现以及静态信息收集模块I中的全网配置的MIHF在移动终端决策为当前无线接入网络(RadioAccessNetwork, RAN)中通信时,发现相邻RAN并收集相邻RAN的静态信息，并将收集相邻RAN的静态信息存储在本地数据库中；其中MIHF为假设全网已配置了 IEEE802.21 的介质无关切换功能(MediaIndependentHandover Function,MIHF)；
[0042]步骤二、利用候选网络QoS参数数值采集模块将移动终端检测到当前RAN的无线静态信息信号强度(RadioSignalStrength，RSS)下降到需要切换阈值时，则移动终端向目标网络发起切换请求，切换到本地数据库中当前RAN的无线静态信息，依次检测RAN的无线静态信息的RSS，将检测出处于通信阈值之上的相邻RAN纳入候选网络行列，通过MIHF收集当前的候选网络行列的QoS参数值；
[0043]步骤三、将当前移动终端决策的主要业务类别，根据候选网络行列的QoS参数值利用AHP算法计算QoS参数权值向量及评价算法计算QoS参数权值向量得到候选网络的理想逼近值，利用当前的候选网络行列的QoS参数值构造成加权后的判决矩阵选择理想逼近值最大的候选网络，将选择理想逼近值最大的候选网络作为目标网络；其中，AHP算法计算四种业务类型的QoS权值向量，将计算好的四种业务类型的QoS权值向量保存在数据库中；四种业务类型包括流媒体类、交互类，后台类和会话类；即完成了一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法如图2。其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。
[0044]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤三中将当前移动终端决策的主要业务类别，根据候选网络行列的QoS参数值利用AHP算法计算QoS参数权值向量及评价算法计算QoS参数权值向量得到候选网络的理想逼近值，利用当前的候选网络行列的QoS参数值构造成加权后的判决矩阵选择理想逼近值最大的候选网络，将选择理想逼近值最大的候选网络作为目标网络；其中，AHP算法计算四种业务类型的QoS权值向量，将计算好的四种业务类型的QoS权值向量存在数据库中如图3具体过程如下:
[0045](I)假设移动终端确定的候选网络个数为m，利用获取的候选网络QoS参数值构造判决矩阵X’ ；
[0046]
【权利要求】
1.一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统，其特征在于一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统具体包括: 网络发现和静态信息收集模块(1)、候选网络QoS参数数值采集模块(2)和候选网络评价和选择模块(3)； 所述的网络发现以及静态信息收集模块(1)通过M1HF发现相邻RAN并收集相邻RAN的静态信息； 所述的候选网络QoS参数数值采集模块(2)依次检测网络发现以及静态信息收集模块(1)收集相邻静态信息RAN的RSS，将检测后的相邻静态信息RAN的RSS纳入候选网络行列，通过M1HF收集当前的候选网络行列的QoS参数值； 所述的候选网络评价以及选择模块(3)利用候选网络QoS参数数值采集模块(2)得到的当前的候选网络行列的QoS参数值计算候选网络的理想逼近值最大的候选网络作为目标网络。
2.根据权利要求1所述的一种基于业务类型权值区分的异构网络选择系统，其特征在于: 所述的网络发现以及静态信息收集模块(1)用于全网配置的M1HF在移动终端决策为当前无线接入网络RAN中通信时，发现相邻RAN并收集相邻RAN的静态信息，并将收集相邻RAN的静态信息存储在本地数据库中； 所述的候选网络QoS参数数值采集模块(2)用于当移动终端检测到当前RAN的无线静态信息信号强度RSS下降到切换阈值时，根据本地数据库中相邻RAN的静态信息依次检测相邻RAN的RSS，将处于通信阈值之上的相邻RAN纳入候选网络行列，然后通过M1HF收集当前的候选网络行列的QoS参数值； 所述的候选网络评价以及选择模块(3)将当前移动终端决策的主要业务类别，根据当前的候选网络行列的QoS参数值利用AHP算法计算QoS参数权值向量，利用评价算法计算QoS参数权值向量得到候选网络的理想逼近值，利用当前的候选网络行列的QoS参数值构造成加权后的判决矩阵选择理想逼近值最大的候选网络，将选择理想逼近值最大的候选网络作为目标网络。
3.一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法，其特征在于:一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法包括如下步骤: 步骤一、利用网络发现以及静态信息收集模块⑴中的全网配置的M1HF在移动终端决策为当前无线接入网络RAN中通信时，发现相邻RAN并收集相邻RAN的静态信息，并将收集相邻RAN的静态信息存储在本地数据库中； 步骤二、利用候选网络QoS参数数值采集模块将移动终端检测到当前RAN的无线静态信息信号强度RSS下降到需要切换阈值时，则移动终端向目标网络发起切换请求，切换到本地数据库中当前RAN的无线静态信息，依次检测RAN的无线静态信息的RSS，将检测出处于通信阈值之上的相邻RAN纳入候选网络行列，通过M1HF收集候选网络行列的QoS参数值； 步骤三、将当前移动终端决策的主要业务类别，根据候选网络行列的QoS参数值利用AHP算法计算QoS参数权值向量及评价算法计算QoS参数权值向量得到候选网络的理想逼近值，利用当前的候选网络行列的QoS参数值构造成加权后的判决矩阵选择理想逼近值最大的候选网络，将选择理想逼近值最大的候选网络作为目标网络；其中，四种业务类型包括流媒体类、交互类，后台类和会话类；即完成了一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法。
4.根据权利要求3所述的一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法，其特征在于:步骤三中将当前移动终端决策的主要业务类别，根据候选网络行列的QoS参数值利用AHP算法计算QoS参数权值向量及评价算法计算QoS参数权值向量得到候选网络的理想逼近值，利用当前的候选网络行列的QoS参数值构造成加权后的判决矩阵选择理想逼近值最大的候选网络，将选择理想逼近值最大的候选网络作为目标网络具体过程为: (1)假设移动终端确定的候选网络个数为m，利用获取的候选网络QoS参数值构造判决矩阵X’ ;
5.根据权利要求4所述的一种基于业务类型权值区分的异构网络选择方法，其特征在于:对判决矩阵X中的元素进行标准化的过程为: 式(I)中每个元素是相关网络中某个QoS参数的原始数值，第i个网络Ni的所有QoS参数值用矩阵X’的行向量{d/，dj/，plr/，gb/，mb/ }表示；将GB和MB参数的取值求倒数，得到判决矩阵 X 式(2),其中 di = 1/d/ , dji = 1/dj/ , Plri = 1/plr/ , gb = gb/ , mb=mbi' o
【文档编号】H04W36/28GK103945477SQ201410208613
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】石硕, 孙博雅, 叶亮, 顾学迈, 刘通, 梁楠, 王泽蒙, 田斯, 朱师妲 申请人:哈尔滨工业大学