[发明专利]一种分布式的垂直切换和资源分配方法

说明书

技术领域

本发明属于异构无线网络融合通信技术领域，特别涉及基于不同无线接入技术网络间切换及对切换用户的带宽功率等资源的分配方法。

背景技术

异构无线网络融合是未来无线通信发展的重要趋势之一，它能够充分利用不同接入网络的互补特性，为无线业务的多样性提供有力支持，并且解决单一网络带宽有限而不能满足日益增长的用户带宽需求的难题。在异构无线网络融合中，由于用户位置变化和业务变化，会导致用户在不同接入技术网络间的切换。而受各个网络当前负载和无线链路状态的影响，每个网络能够为这些切换用户提供的带宽、功率资源是有差异的，用户在这些网络中的服务体验也是不一样的。如何平衡全网络效益与用户满意度的矛盾，是垂直切换及其资源分配研究的重要课题。

《国际电子与电气工程师协会车载通信汇刊》（IEEE Transaction on Vehicular Technology,vol.57,no.2,pp.1243-1254,2008）中提出的一种垂直切换算法，将垂直切换建模成马尔科夫决策过程，目标是最大化时间维度上的遍历效用。但该算法没有考虑基站对切换用户的资源分配问题，在优化目标中没有考虑物理资源如带宽、功率等的消耗，导致该算法只注重用户的服务体验而损害了网络效益；另外，该算法没有考虑基站的状态，没有从时间维度上考虑资源分配和垂直切换决策的相互影响会引起负载不均衡等问题，导致全网效益受到损害。

一般各种网络的服务提供商是不同的，因此不太可能存在一个集中式控制器来对所有网络和用户进行管理。并且各个网络之间只能借助因特网等主干网进行有限地通信。因此，当切换用户到达时，在网间通信受限的条件下，各个基站和移动终端上进行分布式地网络选择和资源分配，是一个待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种分布式的垂直切换和资源分配方法，从时间维度上考虑资源分配对网络效益的影响，以在各个基站和移动终端上分布式地做出时间维度上的最优决策，实现全网效益和用户满意度的折中。

本发明分布式的垂直切换和资源分配方法，切换用户根据服务质量要求选择目的基站进行接入，目的基站根据网络效益对切换用户进行资源分配；其特征在于：切换决策和资源分配以最大化时间维度上的全网收益为目标，综合根据基站状态、信道状态和移动设备的状态，按照以下五步进行切换决策和资源分配决策：

第一步：基站初始化

记基站m上的状态为S_m，垂直切换决策和资源分配决策为动作A_m；在每个基站上，保存两张查询表：基站在各个状态上的平均收益表和状态转移概率表在每个基站上保存一个表的更新次数值t_m，并在初始化的时候设置更新次数值t_m＝0，对每一组的当前状态转移状态和动作设定各个状态上初始收益值和状态转移概率初始值

定义基站m上的状态其中X_m是基站m上剩余的资源，包括带宽，功率，处理器处理资源，存储资源，I_c为当前切换用户所在的基站，θ_m为当前切换用户和基站m间的信道状态，G为当前业务的服务等级；

定义基站m上的动作为A_m＝(s_m,I(m＝a))，其中s_m表示基站m为切换用户分配的资源量，a表示切换中选择的目的基站的索引号；I(m＝a)是一个指示函数，I(m＝a)＝0当m≠a，I(m＝a)＝1当m＝a；当I(m＝a)＝0时必然有基站m为切换用户分配的资源s_m满足s_m＝0，即基站m不会给没有选择它作为目的基站的用户分配资源；

第二步：更新状态转移概率

当有一个切换用户到达时，根据信噪比大于基本通信要求门限，确定可接入的候选基站集合；到达的切换用户利用其当前服务基站或者自身的多模接口，向每一个候选基站m汇报当前服务基站I_c、当前业务的服务等级G和到候选基站m的信道状态θ_m；

候选基站m收到切换用户的当前服务基站索引号I_c、服务等级G和信道状态θ_m后，和其当前的剩余资源X_m一起组成了更新次数t_m时更新的状态然后根据下面的状态转移概率更新公式