本發(fā)明屬于通信技術領域，具體涉及一種最大傳輸時限下ltewlan網(wǎng)絡動態(tài)聚合決策方法。

背景技術：

隨著以視頻流媒體為代表的高速率數(shù)據(jù)業(yè)務在蜂窩網(wǎng)絡中的大量應用，無線網(wǎng)絡的負載急劇增加。根據(jù)有關機構的預測，2015-2018年全球數(shù)據(jù)流量將增加11倍以上。采用單個網(wǎng)絡傳輸業(yè)務已經(jīng)不能滿足用戶的需要。當前，通信網(wǎng)絡場景呈現(xiàn)密集異構的趨勢已經(jīng)非常明顯，伴隨著多模終端的出現(xiàn)及普及，可以實現(xiàn)同時使用多個網(wǎng)絡接口進行數(shù)據(jù)通信，這就對網(wǎng)絡接入決策方法提出了新的挑戰(zhàn)。

移動通信現(xiàn)有頻譜資源的匱乏，使得下一代移動通信系統(tǒng)(5g)必然是異構網(wǎng)絡結構。近期，利用免授權頻譜輔助蜂窩通信成為關注熱點。免授權頻譜由于價格低，資源豐富，是一種低成本分流承載蜂窩數(shù)據(jù)的策略。移動通信國際標準化組織第3代合作伙伴計劃(the3^rdgenerationpartnershipproject，3gpp)與2016年3月在release13中正式通過了ltewlan聚合(ltewlanaggregation，lwa)解決方案。使得lte在授權頻段，wlan在未授權頻段通過載波聚合的方式為用戶提供高速，透明的數(shù)據(jù)服務。

但是，目前l(fā)tewlan聚合技術研究處于發(fā)展初期，在已有研究集中多數(shù)于技術驗證，缺乏對接入機制和策略的深入分析。另外，采用多無線鏈路并行傳輸數(shù)據(jù)意味著用戶使用費用成倍增加。如何根據(jù)用戶傳輸需求與傳輸?shù)臅r間敏感程度，為用戶動態(tài)選擇合理網(wǎng)絡聚合與接入方案亟待研究。本發(fā)明中針對用戶數(shù)據(jù)需求的時限與數(shù)據(jù)傳輸?shù)木o迫程度，采用演進型基站中心調度決策控制的方式，在最大傳輸時間需求給定下，根據(jù)各個決策時間點的網(wǎng)絡狀態(tài)，用戶等待傳輸隊列長度與剩余允許傳輸時間，計算用戶在各個時間節(jié)點采用不同網(wǎng)絡接入方式的代價，代價最小的方案集合為最優(yōu)接入方案策略。該聚合方法能夠兼容wlan分流承載方案，最大程度利用免授權頻段輔助蜂窩通信的頻譜有效率。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題：本發(fā)明目的是提供一種能夠充分利用免授權頻段無線網(wǎng)絡資源，提高用戶吞吐量，兼顧用戶服務質量與用戶付費經(jīng)濟性的lte與wlan動態(tài)聚合與接入的決策方法。

技術方案：本發(fā)明的最大傳輸時限下ltewlan網(wǎng)絡聚合動態(tài)決策方法，包括以下步驟：

1)網(wǎng)絡初始化與信息采集：演進型基站(enb)作為傳輸控制中心節(jié)點，采集各個無線局域網(wǎng)接入點(ap)匯報的位置與網(wǎng)絡狀態(tài)信息，更新可用接入點映射為wlan可用區(qū)域網(wǎng)絡拓撲圖。在基站覆蓋范圍構成區(qū)域集合a＝{1,...,a}，依據(jù)是否有無線接入點分成兩個子集，a⁽¹⁾，a⁽⁰⁾分別表示有和沒有無線接入點覆蓋的區(qū)域。

用戶發(fā)起傳輸請求信息(包含：請求數(shù)據(jù)量，用戶允許的最大傳輸時限，用戶位置信息等)。用戶請求的數(shù)據(jù)量為s，根據(jù)用戶位置信息α∈a，確定用可用網(wǎng)絡接入方案集合

其中0號方案為繼續(xù)等待下一個時間間隔傳輸，1號方案為進采用蜂窩移動數(shù)據(jù)進行傳輸，2號方案為采用wlan分流承載的方式將數(shù)據(jù)通過ap傳給用戶，3號方案為采用lte與wlan聚合的方式傳輸。在沒有無線接入點覆蓋的地區(qū)僅有0和1兩種方案a⁽⁰⁾，而在無線接入點覆蓋的區(qū)域a⁽¹⁾則有四種接入方案。

2)構建單時隙接入策略代價模型：假定用戶允許的最大時限為t個時隙，接入策略的代價包括在t個時隙內接入網(wǎng)絡產(chǎn)生數(shù)據(jù)費用，以及當t個傳輸時隙結束未完成傳輸任務的懲罰，具體如下：

用戶在位置α采取接入策略u數(shù)據(jù)使用的單價為γ(α,u)，可獲得的吞吐量為r(α,u)。由于無線局域網(wǎng)成本低，單位數(shù)據(jù)價格γ(α,1)＞γ(α,2)，因而盡可能多接入wlan能夠有效降低使用開銷，但是由于wlan速率低于lte速率，僅使用低成本的wlan網(wǎng)絡是難以滿足用戶在有限時間內完成大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，因而需要根?jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木o迫性與數(shù)據(jù)使用費用總和決策。對于3號方案中聚合策略中單價為期接入網(wǎng)絡的總和γ(α,3)＝γ(α,1)+γ(α,2)，聚合中采用3gpp規(guī)定的xw空中接口，非理想回程鏈路的延時為tb(α,u)。另外由于方案0不產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量，因而r(α,0)＝0。

假定時隙長度為δt，則在t時隙剩余隊列長度為s，s∈[0,s]使用接入策略u的數(shù)據(jù)使用費用為，

mt(s,α,u)＝min{s,r(α,u)(δt-tb(α,u))}·γ(α,u)

另外為了提高用戶服務質量(qos)，該代價模型考慮最大傳輸時限到達后，未能完成傳輸?shù)膽土P為，

3)建立最大時延下多時隙接入方案的代價函數(shù)模型

subjecttoξt∈{0,1,2,3}

其中e^π[·]為期望函數(shù)。

則優(yōu)化目標為求得代價函數(shù)最小值去的時的取得方案集合為多個時隙的最優(yōu)接入方案，其中ξt(s,α)，為單個時隙最優(yōu)接入方案。

本發(fā)明綜合權衡用戶傳輸?shù)臅r限需求與數(shù)據(jù)需求，通過優(yōu)化最小代價函數(shù)，能夠全面衡量用戶需求，在用戶允許的最大傳輸時限內，充分利用免授權頻段(wlan)無線網(wǎng)絡的資源，降低用戶網(wǎng)絡接入的成本，動態(tài)為用戶分配網(wǎng)絡接入方式和聚合形式。是一種兼顧服務質量和用戶經(jīng)濟性的網(wǎng)絡選擇與聚合決策技術。

有益效果

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

不同于傳統(tǒng)的單網(wǎng)絡接入方法，本發(fā)明提出的lte與wlan動態(tài)聚合接入方法可以并行接入多個網(wǎng)絡，將多個網(wǎng)絡以一種載波聚合的方式為用戶提供服務，充分利用空閑的免授權無線頻譜資源為用戶提供服務，從而大大提高網(wǎng)絡利用率。

本發(fā)明采用演進型基站集中調度決策控制的方式，在最大傳輸時間需求給定下，根據(jù)各個決策時間點的網(wǎng)絡狀態(tài)，用戶等待傳輸隊列長度與剩余允許傳輸時間，計算用戶在各個時間節(jié)點采用不同網(wǎng)絡接入方式的代價，代價最小的方案集合為最優(yōu)接入方案策略。通過基于概率計算用戶移動軌跡，為用戶提供多時隙lte與wan動態(tài)接入與聚合方案，保證用戶服務質量與時限需求情況下，盡可能減小用戶使用數(shù)據(jù)流量的費用開銷。

本發(fā)明聚合方法能夠支持兼容現(xiàn)有wlan分流承載方案，支持網(wǎng)絡結構的平滑過渡，最大程度利用免授權頻段輔助蜂窩通信。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。

圖2為隨最大時限變化的傳輸代價函數(shù)的仿真對比圖。

圖3為隨最大時限變化的傳輸完成率的仿真對比圖。

圖4為隨最大時限變化的用戶數(shù)據(jù)付費的仿真對比圖。

具體實施方式

下面結合實施例和說明書附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細說明：

本發(fā)明將優(yōu)化理論用于多網(wǎng)絡選擇和聚合方法中，采用演進型基站集中調度決策控制的方式，在最大傳輸時間需求給定下，根據(jù)各個決策時間點的網(wǎng)絡狀態(tài)，用戶等待傳輸隊列長度與剩余允許傳輸時間，計算用戶在各個時間節(jié)點采用不同網(wǎng)絡接入方式的代價，代價最小的方案集合為最優(yōu)接入方案策略。

最大傳輸時限下ltewlan網(wǎng)絡聚合動態(tài)決策方法的總體流程圖見附圖1。

本發(fā)明的最大傳輸時限下ltewlan網(wǎng)絡聚合動態(tài)決策方法，包括以下步驟：

1)確定用戶可用網(wǎng)絡方案集合u^(α)：演進型基站(enb)作為傳輸控制中心節(jié)點，采集各個無線局域網(wǎng)接入點(ap)匯報的位置與網(wǎng)絡狀態(tài)信息，更新可用接入點映射為wlan可用區(qū)域網(wǎng)絡拓撲圖。在基站覆蓋范圍構成區(qū)域集合a＝{1,...,a}，依據(jù)是否有無線接入點分成兩個子集，a⁽¹⁾，a⁽⁰⁾分別表示有和沒有無線接入點覆蓋的區(qū)域。

用戶發(fā)起傳輸請求信息(包含：請求數(shù)據(jù)量，用戶允許的最大傳輸時限，用戶位置信息等)。用戶請求的數(shù)據(jù)量為s，根據(jù)用戶位置信息α∈a，確定用可用網(wǎng)絡接入方案集合

其中0號方案為繼續(xù)等待下一個時間間隔傳輸，1號方案為進采用蜂窩移動數(shù)據(jù)進行傳輸，2號方案為采用wlan分流承載的方式將數(shù)據(jù)通過ap傳給用戶，3號方案為采用lte與wlan聚合的方式傳輸。在沒有無線接入點覆蓋的地區(qū)僅有0和1兩種方案a⁽⁰⁾，而在無線接入點覆蓋的區(qū)域a⁽¹⁾則有四種接入方案。

2)計算用戶單個時隙使用網(wǎng)絡方案的代價：假定用戶允許的最大時限為t個時隙，接入策略的代價包括在t個時隙內接入網(wǎng)絡產(chǎn)生數(shù)據(jù)費用，以及當t個傳輸時隙結束未完成傳輸任務的懲罰，具體如下：

用戶在位置α采取接入策略u數(shù)據(jù)使用的單價為γ(α,u)，可獲得的吞吐量為r(α,u)。由于無線局域網(wǎng)成本低，單位數(shù)據(jù)價格γ(α,1)＞γ(α,2)，因而盡可能多接入wlan能夠有效降低使用開銷，但是由于wlan速率低于lte速率，僅使用低成本的wlan網(wǎng)絡是難以滿足用戶在有限時間內完成大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，因而需要根?jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木o迫性與數(shù)據(jù)使用費用總和決策。對于方案3中聚合策略中單價為期接入網(wǎng)絡的總和γ(α,3)＝γ(α,1)+γ(α,2)，聚合中采用3gpp規(guī)定的xw空中接口，非理想回程鏈路的延時為tb(α,u)。另外由于方案0不產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量，因而r(α,0)＝0。

假定時隙長度為δt，則在t時隙剩余隊列長度為s，s∈[0,s]使用接入策略u的數(shù)據(jù)使用費用為，

mt(s,α,u)＝min{s,r(α,u)(δt-tb(α,u))}·γ(α,u)

另外為了提高用戶服務質量(qos)，該代價模型考慮最大傳輸時限到達后，未能完成傳輸?shù)膽土P為，

3)根據(jù)用于匯報位置對用戶移動性進行模擬：為了達到多時隙決策的最優(yōu)性，該方法基于馬爾科夫過程，對用戶移動軌跡進行建模模擬

假設當前用戶的剩余傳輸隊列長度和用戶位置構成狀態(tài)(s,α)，則用戶狀態(tài)轉移至(s',α')的概率為

p((s',α'),u|(s,α),u)＝p(α'|α)p(s'|(s,α),u)

其中，[a]⁺＝max{0,a}

4)采用動態(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化最大時延下多時隙接入方案的代價

subjecttoξt∈{0,1,2,3}

其中e^π[·]為期望函數(shù)。

則優(yōu)化目標為求得代價函數(shù)最小值去的時的取得方案集合為多個時隙的最優(yōu)接入方案，其中ξt(s,α)，為單個時隙最優(yōu)接入方案。

5)根據(jù)取得最優(yōu)接入方案集合通知無線局域網(wǎng)接入點和用戶終端，配置相應傳輸模式，準備傳輸或接受數(shù)據(jù)包。若最優(yōu)方案ξt(s,α)＝0，用戶繼續(xù)等待下一次傳輸；ξt(s,α)＝1基站通知用戶終端，準備通過lteuu接口接受數(shù)據(jù)，ξt(s,α)＝2基站通知ap傳輸數(shù)據(jù)準備，發(fā)送用戶的身份識別號，從核心網(wǎng)獲取用戶需求的數(shù)據(jù)，另外通知用戶開啟wlan口；ξt(s,α)＝3采用3gpprelease-12中的ltewlan聚合方式，通知用戶開啟wlan口，演進型基站節(jié)點與無線局域網(wǎng)接入點采用xw空中接口通信，準備采用聚合方式向用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。

綜上所述，本方法基于用戶傳輸最大時限已知的場景下，通過綜合考慮用戶數(shù)據(jù)使用費用和服務質量，提出傳輸代價模型，并根據(jù)用戶位置對用戶移動性進行預測，能夠實現(xiàn)為用戶在最大時限內多時隙移動接入提供最優(yōu)接入方案，在保證用戶服務質量與時限需求情況下，盡可能減小用戶付費，提高無線網(wǎng)絡使用效率。同時本方法方法能夠支持兼容現(xiàn)有wlan分流承載方案，支持網(wǎng)絡結構的平滑過渡，最大程度利用免授權頻段的無線資源輔助蜂窩網(wǎng)絡。附圖2中本方法的代價函數(shù)隨最大時限的仿真圖，與wlan輔助承載方案相比，在最大時限小的情況下，采用聚合方案能夠有效提升用戶吞吐量。同時，由于對時間時限的已知，通過對用戶移動軌跡的概率預測，設置合理的動態(tài)接入方案，可以有效提升傳輸完成率，從而保證用戶服務質量，如附圖3中傳輸完成概率隨最大時限變化的仿真圖。附圖4表明，本方法在最大時限已知下，能夠充分利用免授權無線頻譜資源輔助蜂窩通信，并降低用戶流量付費，并且隨著用戶指定的最大時延的增大，用戶可以更多使用免授權頻段資源，進一步降低用戶成本，而僅考慮wlan分流承載方案不具備對最大時限的認知，不能為用戶實現(xiàn)動態(tài)資源分配，其利用的免授權頻段的資源量是有限的。因此，本方法中l(wèi)tewlan聚合策略是一種經(jīng)濟型網(wǎng)絡接入決策方案。