一種面向認知網(wǎng)絡(luò)接入選擇的自適應(yīng)跨層感知裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于認知網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及一種面向認知網(wǎng)絡(luò)接入選擇的自適應(yīng)跨層感知裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]認知網(wǎng)絡(luò)作為未來網(wǎng)絡(luò)的典型代表，目前已經(jīng)得到了飛速發(fā)展。認知網(wǎng)絡(luò)用戶總是希望能夠隨時隨地甚至移動中都能獲取信息和服務(wù)，而移動終端可能位于多個網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋區(qū)域，因此認知網(wǎng)絡(luò)的接入選擇是一個關(guān)鍵且具有挑戰(zhàn)性的問題?？鐚痈兄鳛檎J知網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一項關(guān)鍵技術(shù)，打破了傳統(tǒng)開放系統(tǒng)互連模型中嚴格的層間界限，使得協(xié)議棧能夠以全局方式適應(yīng)用戶特定的應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外狀態(tài)的變化。因此，引入跨層感知的方法到認知網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接入選擇上，對內(nèi)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部狀態(tài)變化，對外關(guān)注用戶需求變化，已經(jīng)成為移動互聯(lián)網(wǎng)時代研究的熱點。
[0003]目前，基于跨層感知的認知網(wǎng)絡(luò)接入選擇技術(shù)的研究主要是:接入選擇技術(shù)的實現(xiàn)需要通過特定的系統(tǒng)架構(gòu)和通信機制的支持，來執(zhí)行特定的跨層方案。但是多種跨層方案不能在同一個系統(tǒng)中實施，不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和用戶的狀態(tài)自適應(yīng)地選擇跨層方案、充分的利用系統(tǒng)資源。論文“A decentralized MAC protocol for opportunistic spectrumaccess in cognitive wireless networks Original Research Article，，提出了一個基于連續(xù)的凸近似理論接入選擇算法，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼和MAC層關(guān)聯(lián)，通過雙分解技術(shù)實現(xiàn)流量保護和傳輸速率約束，該算法能夠?qū)崿F(xiàn)多跳無線網(wǎng)絡(luò)吞吐量的最大化。該算法雖然通過跨應(yīng)用層與數(shù)據(jù)鏈路層的方法能夠?qū)崿F(xiàn)跨層聯(lián)合優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)整體性能，但不能自適應(yīng)選擇跨層方案，與本發(fā)明采用的方法不同(Junaid Ansari, Xi Zhang, et al.A decentralizedMAC protocol for opportunistic spectrum access in cognitive wireless networksOriginal Research Article.Computer Communicat1ns, 2013，36(13):1399-1410.) 0 論文“面向認知網(wǎng)絡(luò)的信息感知技術(shù)研究”提出了一種基于MDE環(huán)的認知網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)，通過跨層感知的方法，在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的每個網(wǎng)絡(luò)層增加一接口，進行信息交互，實現(xiàn)認知的感知網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外狀態(tài)信息，但是沒有打破傳統(tǒng)的跨層結(jié)構(gòu)，只在每個網(wǎng)絡(luò)層增加一個網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)信息的交互，不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自適應(yīng)的選擇跨層方案，與本發(fā)明針對的問題和采用的方法均不同(陳曉明.面向認知網(wǎng)絡(luò)的信息感知技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2010.)。論文“認知網(wǎng)絡(luò)的接入選擇與擁塞控制研究”提出了一個基于模糊邏輯決策的網(wǎng)絡(luò)接入選擇機制，通過結(jié)合跨層感知和網(wǎng)絡(luò)感知來實現(xiàn)認知過程，允許每個用戶選擇能夠滿足QoS需求的最佳接入點，但是通過跨傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層三層實現(xiàn)的跨層方案，與本發(fā)明采用的自適應(yīng)跨層方法不同(梁偉.認知網(wǎng)絡(luò)的接入選擇與擁塞控制研究[D],南京郵電大學(xué)，2011.)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種采用ODA認知環(huán)進行認知網(wǎng)絡(luò)的接入選擇，以及依據(jù)當前的接入網(wǎng)絡(luò)，采用自適應(yīng)跨層感知裝置選取相應(yīng)的跨層方案，達到依據(jù)終端用戶需求智能選擇接入網(wǎng)絡(luò)的效果，同時能夠優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，有效分配網(wǎng)絡(luò)資源的面向認知網(wǎng)絡(luò)接入選擇的自適應(yīng)跨層感知裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006](I)接入網(wǎng)絡(luò)選擇器連接至自適應(yīng)跨層方案管理器，選擇出最優(yōu)的接入網(wǎng)絡(luò)，由ODA認知環(huán)組成；0DA認知環(huán)包括觀察模塊、決策模塊和執(zhí)行模塊；
[0007]ODA認知環(huán)的執(zhí)行過程為:
[0008](1.1)觀察模塊Observe收集各個備選接入網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息和用戶狀態(tài)信息，把收集的信息提交給決策模塊Decide ;狀態(tài)信息包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)延時、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)抖動、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)丟包率、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)吞吐量、網(wǎng)絡(luò)負載、網(wǎng)絡(luò)開銷、終端移動速率、網(wǎng)絡(luò)安全，用戶狀態(tài)信息包括用戶業(yè)務(wù)需求、優(yōu)先級、偏好；
[0009](1.2)決策模塊Decide接收觀察模塊Observe發(fā)送的信息，以各備選接入網(wǎng)絡(luò)的8個狀態(tài)信息依次作為備選接入網(wǎng)絡(luò)的8個決策屬性，基于多屬性決策算法中的逼近理想解法T0PSIS，建立備選接入網(wǎng)絡(luò)的決策矩陣；采用高斯隸屬度函數(shù)獲得模糊化決策矩陣A，將矩陣A標準化，從而獲得標準化決策矩陣D ;根據(jù)用戶狀態(tài)信息采用層次分析法AHP獲得決策屬性的主觀權(quán)重集合Wl ;采用變異系數(shù)法CV獲得決策屬性的客觀權(quán)重集合W2，基于主觀權(quán)重集合Wl和客觀權(quán)重集合W2，采用最小二乘法優(yōu)化計算權(quán)值，獲得權(quán)重集合W3 ;通過接近理想方案的序數(shù)偏好算法，結(jié)合決策屬性的權(quán)重集合W3和標準化決策矩陣D，得到備選接入網(wǎng)絡(luò)的貼近度值CDV，選擇貼近度值CDV最大的網(wǎng)絡(luò)作為最優(yōu)接入網(wǎng)絡(luò)，并將最優(yōu)接入網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)送到執(zhí)行模塊Act ；
[0010](1.3)執(zhí)行模塊Act接收決策模塊Decide發(fā)送的最優(yōu)接入網(wǎng)絡(luò)信息，完成一次接入網(wǎng)絡(luò)選擇，并將接入網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)送至自適應(yīng)跨層方案管理器；
[0011](2)自適應(yīng)跨層方案管理器接收接入網(wǎng)絡(luò)選擇器的接入網(wǎng)絡(luò)信息，完成跨層方案的選擇和執(zhí)行，根據(jù)當前網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息和用戶狀態(tài)信息，通過跨層感知的方法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的整體性能，包括跨層方案選擇器和動態(tài)跨層協(xié)議棧兩個部分:
[0012](2.1)跨層方案選擇器根據(jù)當前的接入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和用戶狀態(tài)信息自適應(yīng)地選擇、執(zhí)行相應(yīng)的跨層方案，具體包括網(wǎng)絡(luò)信息收集單元、跨層決策單元、跨層方案數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行單元四個部分；
[0013]網(wǎng)絡(luò)信息收集單元，負責(zé)收集和存儲網(wǎng)絡(luò)及用戶狀態(tài)信息，將收集的信息提供給跨層決策單元；
[0014]跨層決策單元接收來自網(wǎng)絡(luò)信息收集單元的信息，表示為一個12元組，包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)延時，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)抖動，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)丟包率，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)吞吐量，網(wǎng)絡(luò)延時，網(wǎng)絡(luò)吞吐量，網(wǎng)絡(luò)可靠性，信道質(zhì)量，鏈路質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)負載，網(wǎng)絡(luò)開銷，網(wǎng)絡(luò)安全；將前述12元組的每個元素視為一個屬性，基于層次分析法AHP對跨層決策單元接收的信息進行分析；根據(jù)用戶狀態(tài)信息，采用AHP的1-9比較打分策略，對前述12元組每個屬性的重要程度依次進行比較，并分別按順序賦予權(quán)重W = {w (網(wǎng)絡(luò)服務(wù)延時)，w (網(wǎng)絡(luò)服務(wù)抖動)，w (網(wǎng)絡(luò)服務(wù)丟包率)，w (網(wǎng)絡(luò)服務(wù)吞吐量)，W (網(wǎng)絡(luò)延時)，W (網(wǎng)絡(luò)吞吐量)，W (網(wǎng)絡(luò)可靠性)，W (信道質(zhì)量)，W (鏈路質(zhì)量)，W(網(wǎng)絡(luò)負載)，W(網(wǎng)絡(luò)開銷)，W(網(wǎng)絡(luò)安全)};若胃(網(wǎng)絡(luò)負載)+W(網(wǎng)絡(luò)開銷)<α，α是事先設(shè)定的閾值，0〈α〈1，則以前述W的元素為12個決策屬性，以物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的跨層策略、物理層與應(yīng)用層的跨層策略、數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層的跨層策略、物理層與數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層的跨層策略、物理層與數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層的跨層策略和數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層與運輸層與應(yīng)用層的跨層策略為6個決策策略，使用簡單加權(quán)法SAW獲得各個方案的決策加權(quán)值；將最優(yōu)跨層策略發(fā)送到跨層方案數(shù)據(jù)庫；若上述W(網(wǎng)絡(luò)負載)+W (網(wǎng)絡(luò)開銷)多α，則采用不跨層的策略，并將結(jié)果發(fā)送到跨層方案數(shù)據(jù)庫；
[0015]跨層方案數(shù)據(jù)庫存儲了 7種跨層方案包括:物理層與數(shù)據(jù)鏈路層跨層方案，物理層與應(yīng)用層跨層方案，數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層跨層方案，物理層與數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層跨層方案，物理層與數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層跨層方案，數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層與運輸層與應(yīng)用層跨層方案和不跨層方案；接收跨層決策單元的跨層策略，選擇相應(yīng)的跨層方案發(fā)送到執(zhí)行單元；
[0016]執(zhí)行單元接收來自跨層方案數(shù)據(jù)庫的跨層方案并監(jiān)督執(zhí)行，同時管理動態(tài)跨層協(xié)議棧重構(gòu)；
[0017](2.2)動態(tài)跨層協(xié)議棧受執(zhí)行單元的管理控制，打破原有協(xié)議棧的規(guī)則，按照執(zhí)行的跨層方案重新構(gòu)造協(xié)議棧，更改每層接口之間的連接關(guān)系，在重構(gòu)后，負責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。
[0018]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0019](I)本發(fā)明從多種跨層方案的兼容性和自適應(yīng)選擇問題出發(fā)，允許系統(tǒng)根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)及用戶狀態(tài)自適應(yīng)決策、執(zhí)行相應(yīng)的跨層方案，在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的同時，提高系統(tǒng)的全局效能。
[0020](2)本發(fā)明的一種面向認知網(wǎng)絡(luò)接入選擇的自適應(yīng)跨層感知裝置，達到了依據(jù)終端用戶需求智能選擇接入網(wǎng)絡(luò)的效果，同時能夠有效、合理地分配網(wǎng)絡(luò)資源。
【附圖說明】
[0021]圖1 一種面向認知網(wǎng)絡(luò)接入選擇的自適應(yīng)跨層感知裝置的框圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施例