一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法，該方法首先將網(wǎng)絡(luò)中的群組切換用戶按業(yè)務(wù)種類進(jìn)行區(qū)分，同時為各個種類的用戶分配以不同的優(yōu)先級，從而形成優(yōu)先級隊列，用戶按優(yōu)先級隊列依次進(jìn)行切換。當(dāng)用戶處在同一個優(yōu)先級時，構(gòu)建阻塞率函數(shù)，通過限制當(dāng)前阻塞率在給定阻塞率約束之下，從而確定當(dāng)前時隙可以進(jìn)行切換的用戶數(shù)目。確定了允許切換的用戶數(shù)目之后，在當(dāng)前時刻只讓這些用戶進(jìn)行切換，從而可以有效地避免網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。該方法包括：步驟1：對用戶分類，生成優(yōu)先級隊列；步驟2：用戶選擇網(wǎng)絡(luò)概率的確定；步驟3：切換阻塞率的定義；步驟4：每個時隙上切換用戶數(shù)目的確定；步驟5：切換的具體執(zhí)行。
【專利說明】一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多業(yè)務(wù)存在的場景中群組切換的方法，屬于計算機(jī)無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 中垂直切換【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著各種無線接入技術(shù)的蓬勃發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡(luò)已呈現(xiàn)出異構(gòu)共存的格局。在 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的用戶面臨的一個基本問題就是網(wǎng)絡(luò)選擇，也就是如何選擇滿足用戶需求的最 佳網(wǎng)絡(luò)。用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇時，往往只是選擇對自己來說最佳的網(wǎng)絡(luò)，若是在用戶密集的環(huán) 境中，大量用戶同時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇，那么就有可能出現(xiàn)大量用戶集中選擇同一個網(wǎng)絡(luò)的情 況，這種情況下該網(wǎng)絡(luò)的資源就有可能被耗盡，從而造成網(wǎng)絡(luò)擁塞乃至整個無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 的性能受損。
[0003] 在無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，特別是在用戶密集的區(qū)域，大量用戶發(fā)生群組切換的情況很 普遍，如圖1所示。在群組切換的場景中，大量用戶聚集在一處同時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇，對于其 中的每個用戶而言，按某種準(zhǔn)則（為研究方便起見，本發(fā)明中使用網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬作為網(wǎng) 絡(luò)選取準(zhǔn)則）選擇的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)是相同的。當(dāng)大量用戶切換到同一個網(wǎng)絡(luò)后，會造成該網(wǎng)絡(luò) 的負(fù)載加重甚至造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，同時網(wǎng)絡(luò)性能也會因此受到嚴(yán)重影響，這時用戶會發(fā)現(xiàn)當(dāng) 時選擇的網(wǎng)絡(luò)并不是最優(yōu)的。造成這一問題的原因在于群組切換環(huán)境下單個用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò) 選擇時無法獲知其他用戶的選擇情況。
[0004] 普遍解決方法是：為了解決群組切換中網(wǎng)絡(luò)擁塞的問題，為同時到來的用戶分配 不同的時延，從而用戶可以在不同的時隙上進(jìn)行切換，那么用戶就不會切換到同一個網(wǎng)絡(luò)， 即用戶的選擇會得到進(jìn)一步的優(yōu)化。
[0005] 上述方法的不足是：雖然這個方案可以避免大量用戶同時切換的情況，但是在切 換過程中，只是考慮了單一業(yè)務(wù)的場景，沒有對不同業(yè)務(wù)種類的用戶進(jìn)行區(qū)分。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存 在不同種類的業(yè)務(wù)時，該方案仍是將不同種類業(yè)務(wù)當(dāng)作同種業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，因此對于不同 業(yè)務(wù)種類的用戶不能得到較好的性能，同時也不能保證重要的實時性業(yè)務(wù)優(yōu)先得到切換。 而本發(fā)明能夠很好地解決上面的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于提供一種能夠有效地解決多業(yè)務(wù)場景時群組切換帶來的網(wǎng)絡(luò)擁 塞問題的方法，同時考慮群組切換中多業(yè)務(wù)的情況，不同業(yè)務(wù)種類的用戶可以獲得不同的 優(yōu)先級，從而可以保證重要性的實時性業(yè)務(wù)優(yōu)先得到切換。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明提供一種阻塞率約束下的 基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法，該方法首先將網(wǎng)絡(luò)中的群組切換用戶按業(yè)務(wù)種類進(jìn)行區(qū) 分，同時為各個種類的用戶分配以不同的優(yōu)先級，從而形成優(yōu)先級隊列，用戶按優(yōu)先級隊列 依次進(jìn)行切換。當(dāng)用戶處在同一個優(yōu)先級時，構(gòu)建阻塞率函數(shù)，通過限制當(dāng)前阻塞率在給定 阻塞率約束之下，從而確定當(dāng)前時隙可以進(jìn)行切換的用戶數(shù)目。確定了允許切換的用戶數(shù) 目之后，在當(dāng)前時刻只讓這些用戶進(jìn)行切換，從而可以有效地避免網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。
[0008] 本發(fā)明采用的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法能為不同業(yè)務(wù)提供不同等級的服 務(wù)，對于實時性要求較高的業(yè)務(wù)，比如交互的音頻視頻流，則對它們設(shè)定比較高的優(yōu)先級來 保證這些業(yè)務(wù)流對時延和帶寬的要求，而對于那些對延時要求不高的業(yè)務(wù)，則將其優(yōu)先級 設(shè)置較低。由于高優(yōu)先級隊列中的業(yè)務(wù)優(yōu)先得到服務(wù)，所以它們的時延就比較小，吞吐量也 相對較大。
[0009] 方法流程：
[0010] 步驟1 :對用戶分類，生成優(yōu)先級隊列
[0011] (1)對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的群組切換用戶的情況進(jìn)行分析，對網(wǎng)絡(luò)中的用戶按業(yè)務(wù)種類 的不同進(jìn)行分類，同時為不同業(yè)務(wù)種類的用戶分配以不同的優(yōu)先級，從而形成優(yōu)先級隊列， 生成過程如圖2所示；
[0012] (2)生成優(yōu)先級隊列后，用戶按優(yōu)先級隊列依次進(jìn)行切換。首先選擇最高優(yōu)先級的 隊列進(jìn)行切換，當(dāng)最高優(yōu)先級的隊列為空時，再選擇次高優(yōu)先級的隊列，若次高優(yōu)先級的隊 列為空時，再選擇更低優(yōu)先級的隊列，依此類推。
[0013] 步驟2 :用戶選擇網(wǎng)絡(luò)概率的確定
[0014] (1)本發(fā)明假設(shè)用戶在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇時，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬進(jìn)行選擇的，那么 在網(wǎng)絡(luò)可用帶寬一定的情況下，所有用戶選擇某個網(wǎng)絡(luò)的概率是相等的，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)可用 帶寬確定時就可以得出每個用戶選擇網(wǎng)絡(luò)的概率；
[0015] (2)對于處在同一優(yōu)先級的用戶，確定一部分用戶選擇某一網(wǎng)絡(luò)的概率。由于每個 用戶選擇某一個網(wǎng)絡(luò)的概率是相等的，同時每個用戶之間的選擇是相互獨立的，因此用戶 選擇網(wǎng)絡(luò)的事件服從二項分布，可以使用二項分布的相關(guān)結(jié)論進(jìn)行計算。
[0016] 步驟3:切換阻塞率的定義
[0017] (1)在切換過程中，不同業(yè)務(wù)種類的用戶有著不同的帶寬需求。處在同一優(yōu)先級的 用戶就是相同業(yè)務(wù)種類的用戶，有著相同的帶寬要求。如果在某一時隙上要求切換到某一 網(wǎng)絡(luò)的用戶帶寬需求大于該網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，就會造成該網(wǎng)絡(luò)阻塞，因此可以得到該網(wǎng)絡(luò) 出現(xiàn)阻塞的概率；
[0018] (2)將用戶選擇網(wǎng)絡(luò)的概率和網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)阻塞的概率進(jìn)行結(jié)合，同時綜合考慮各個 網(wǎng)絡(luò)的情況，可以得出當(dāng)前時隙系統(tǒng)的切換阻塞率。
[0019] 步驟4 :每個時隙上切換用戶數(shù)目的確定
[0020] 每個時隙上分配的用戶數(shù)目是保證該時隙的切換阻塞率在約束水平之下確定的。 由于切換阻塞率函數(shù)是關(guān)于用戶數(shù)目的非減函數(shù)，通過不斷遞增用戶數(shù)目，切換阻塞率不 斷增長。當(dāng)切換阻塞率達(dá)到約束水平時，此時對應(yīng)的用戶數(shù)目就是當(dāng)前時隙所允許切換的 最大用戶數(shù)目。
[0021] 步驟5:切換的具體執(zhí)行
[0022] 每個時隙允許切換的用戶數(shù)目確定后，當(dāng)前優(yōu)先級的所有用戶按概率選擇是否進(jìn) 行切換，參與切換的用戶根據(jù)用戶選擇網(wǎng)絡(luò)概率進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇并切換到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。
[0023] 有益效果：
[0024] 1、從有效性，本發(fā)明在阻塞率約束條件下將同時到來的群組切換用戶分散到不同 的時隙上進(jìn)行切換，從而有效地避免了群組切換中的網(wǎng)絡(luò)擁塞問題；
[0025] 2、本發(fā)明在群組切換過程中考慮了多業(yè)務(wù)的場景，對用戶按業(yè)務(wù)進(jìn)行分類，不同 業(yè)務(wù)擁有不同的優(yōu)先級，形成優(yōu)先級隊列。用戶在切換過程中按優(yōu)先級隊列順序依次進(jìn)行 切換，因此可以使得重要的實時性業(yè)務(wù)得到優(yōu)先切換，減小切換時延。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為無線異構(gòu)網(wǎng)中的群組切換場景示意圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明的優(yōu)先級隊列模型生成示意圖。
[0028] 圖3為本發(fā)明的方法流程圖。

【具體實施方式】
[0029] 以下結(jié)合說明書附圖對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0030] 如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明提供了一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群 組切換方法，該方法應(yīng)用于無線異構(gòu)網(wǎng)的群組切換，包括如下步驟：
[0031] 步驟1 :優(yōu)先級隊列的生成
[0032] (1)假設(shè)當(dāng)前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中有K個網(wǎng)絡(luò)，對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的群組切換用戶的情況 進(jìn)行分析，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中存在s種不同種類的業(yè)務(wù)，為不同業(yè)務(wù)種類的用戶分配不同的切換 優(yōu)先級，生成相應(yīng)的優(yōu)先級隊列為S = [1，2,…，S]，各個優(yōu)先級上的用戶數(shù)目是Mi (i e S)。
[0033] (2)通常在較高優(yōu)先級的隊列存放著實時性業(yè)務(wù)的用戶，如語言業(yè)務(wù)的用戶，而在 較低優(yōu)先級的隊列存放普通的非實時業(yè)務(wù)用戶，如普通數(shù)據(jù)用戶，這樣就可以為不同業(yè)務(wù) 提供不同等級的服務(wù)，對于實時性要求較高的業(yè)務(wù)，比如交互的音頻視頻流，則對它們設(shè)定 比較高的優(yōu)先級來保證這些業(yè)務(wù)流對時延和帶寬的要求，而普通的非實時業(yè)務(wù)用戶則會在 處理重要實時性業(yè)務(wù)后進(jìn)行切換，優(yōu)先級隊列生成過程如圖2所示。
[0034] 步驟2 :用戶選擇網(wǎng)絡(luò)概率的確定
[0035] (1)本發(fā)明假設(shè)用戶在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇時，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬進(jìn)行選擇的， 用

【權(quán)利要求】
1. 一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法，其特征在于，所述方法包括 如下步驟： 步驟1 :對用戶分類，生成優(yōu)先級隊列； (1) 對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的群組切換用戶的情況進(jìn)行分析，對網(wǎng)絡(luò)中的用戶按業(yè)務(wù)種類的不 同進(jìn)行分類，同時為不同業(yè)務(wù)種類的用戶分配以不同的優(yōu)先級，從而形成優(yōu)先級隊列； (2) 生成優(yōu)先級隊列后，用戶按優(yōu)先級隊列依次進(jìn)行切換；首先選擇最高優(yōu)先級的隊 列進(jìn)行切換，當(dāng)最高優(yōu)先級的隊列為空時，再選擇次高優(yōu)先級的隊列，若次高優(yōu)先級的隊列 為空時，再選擇更低優(yōu)先級的隊列，依此類推； 步驟2 :用戶選擇網(wǎng)絡(luò)概率的確定； (1) 本文假設(shè)用戶在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇時，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬進(jìn)行選擇的，那么在網(wǎng)絡(luò) 可用帶寬一定的情況下，所有用戶選擇某個網(wǎng)絡(luò)的概率是相等的，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬 確定時就能得出每個用戶選擇網(wǎng)絡(luò)的概率； (2) 對于處在同一優(yōu)先級的用戶，確定一部分用戶選擇某一網(wǎng)絡(luò)的概率；由于每個用 戶選擇某一個網(wǎng)絡(luò)的概率是相等的，同時每個用戶之間的選擇是相互獨立的，因此用戶選 擇網(wǎng)絡(luò)的事件服從二項分布，使用二項分布的相關(guān)結(jié)論進(jìn)行計算； 步驟3 :切換阻塞率的定義； (1) 在切換過程中，不同業(yè)務(wù)種類的用戶有著不同的帶寬需求；處在同一優(yōu)先級的用 戶就是相同業(yè)務(wù)種類的用戶，有著相同的帶寬要求；如果在某一時隙上要求切換到某一網(wǎng) 絡(luò)的用戶帶寬需求大于該網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，就會造成該網(wǎng)絡(luò)阻塞，因此能得到該網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn) 阻塞的概率； (2) 將用戶選擇網(wǎng)絡(luò)的概率和網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)阻塞的概率進(jìn)行結(jié)合，同時綜合考慮各個網(wǎng)絡(luò) 的情況，能得出當(dāng)前時隙系統(tǒng)的切換阻塞率； 步驟4 :每個時隙上切換用戶數(shù)目的確定； 每個時隙上分配的用戶數(shù)目是保證該時隙的切換阻塞率在約束水平之下確定的；由于 切換阻塞率函數(shù)是關(guān)于用戶數(shù)目的非減函數(shù)，通過不斷遞增用戶數(shù)目，切換阻塞率不斷增 長；當(dāng)切換阻塞率達(dá)到約束水平時，此時對應(yīng)的用戶數(shù)目就是當(dāng)前時隙所允許切換的最大 用戶數(shù)目； 步驟5 :切換的具體執(zhí)行； 每個時隙允許切換的用戶數(shù)目確定后，當(dāng)前優(yōu)先級的所有用戶按概率選擇是否進(jìn)行切 換，參與切換的用戶根據(jù)用戶選擇網(wǎng)絡(luò)概率進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇并切換到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)前優(yōu)先 級的所有用戶切換完畢后，按照優(yōu)先級隊列進(jìn)行下一個優(yōu)先級用戶的切換；當(dāng)所有優(yōu)先級 的用戶都切換完畢時，群組切換完成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法的實 現(xiàn)，其特征在于：所述方法的步驟1中，當(dāng)前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中有K個網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中存在s種不 同種類的業(yè)務(wù)，為不同業(yè)務(wù)種類的用戶分配不同的切換優(yōu)先級，生成相應(yīng)的優(yōu)先級隊列為S =[1，2,…，s]，各個優(yōu)先級上的用戶數(shù)目是吣（i e S)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法的實 現(xiàn)，其特征在于：所述方法的步驟2中，用戶選擇網(wǎng)絡(luò)概率的計算公式：
其中，
為用戶選擇網(wǎng)絡(luò)k的概率，Ck(t)為網(wǎng)絡(luò)k在時隙t時的剩余可用帶寬； Mi個用戶中同時有Mjt)個用戶選擇網(wǎng)絡(luò)k的概率計算公式為：
其中，Mi為處在優(yōu)先級i上的所有用戶數(shù)目，Mi (t)為時隙t同時選擇網(wǎng)絡(luò)k的用戶數(shù) 目。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法的實 現(xiàn)，其特征在于：所述方法的步驟3中，網(wǎng)絡(luò)切換阻塞出現(xiàn)在Bjt) >Ck(t)時，因此網(wǎng)絡(luò)k 出現(xiàn)阻塞的概率表示為：
其中，Bjt) =Mi(t) · ai為時隙t時同時選擇網(wǎng)絡(luò)k的用戶的帶寬需求量，ai為優(yōu) 先級i上每個用戶的帶寬需求。 時隙t時隙系統(tǒng)的切換阻塞率的計算公式為：
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法的實 現(xiàn)，其特征在于：所述方法的步驟4中，時隙t內(nèi)所允許切換的用戶數(shù)目可通過下式確定 ： maxMj (t)
由于切換阻塞率函數(shù)Pbl(x;k(t)是關(guān)于用戶數(shù)目的非減函數(shù)，通過不斷遞增用戶數(shù)目，切 換阻塞率不斷增長，當(dāng)切換阻塞率達(dá)到約束水平時，此時對應(yīng)的用戶數(shù)目就是當(dāng)前時隙所 允許切換的最大用戶數(shù)目
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法的實 現(xiàn)，其特征在于：所述方法的步驟5中，在得出時隙t上允許進(jìn)行切換的用戶數(shù)目
舌， 那么在時隙t上只允許
用戶根據(jù)Psel進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇并切換到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)即可；在這些 用戶進(jìn)行切換之后，對剩余用戶數(shù)目和各個網(wǎng)絡(luò)剩余帶寬量進(jìn)行更新：

這里Bk(t)指時隙t內(nèi)用戶消耗的網(wǎng)絡(luò)k的帶寬量；當(dāng)前優(yōu)先級的所 有用戶切換完畢后，按照優(yōu)先級隊列進(jìn)行下一個優(yōu)先級用戶的切換；當(dāng)所有優(yōu)先級的用戶 都切換完畢時，算法結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻塞率約束下的基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的群組切換方法的實 現(xiàn)，其特征在于：所述方法應(yīng)用于無線異構(gòu)網(wǎng)的群組切換。
【文檔編號】H04W36/22GK104066138SQ201410294808
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】潘甦, 劉浩, 張磊 申請人:南京郵電大學(xué)