一種基于模糊邏輯和topsis算法的分層網(wǎng)絡(luò)切換決策方法
【專利摘要】本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種基于模糊邏輯和TOPSIS算法的切換決策方法，該方法主要分為兩個(gè)部分：切換候選用戶篩選和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇。在切換用戶篩選階段，首先使用模糊邏輯算法對(duì)用戶移動(dòng)信息進(jìn)行處理，得到切換適宜度，然后結(jié)合RSS，用戶類型及用戶切換適宜度來選擇切換候選用戶，構(gòu)造切換候選用戶集合。在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇階段，采用所提優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多小區(qū)選擇，目標(biāo)函數(shù)綜合考慮小區(qū)負(fù)載，切換成本和網(wǎng)絡(luò)性能，其中網(wǎng)絡(luò)性能采用TOPSIS算法對(duì)RSS，時(shí)延，移動(dòng)性支持和能耗綜合處理得到，該函數(shù)以小區(qū)負(fù)載均衡，網(wǎng)絡(luò)代價(jià)最小，網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)為目標(biāo)，最后，通過優(yōu)化函數(shù)選出最優(yōu)小區(qū)作為切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，不僅能夠保證用戶要求，而且能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)均衡。
【專利說明】
-種基于模糊還輯和TOPS IS算法的分層網(wǎng)絡(luò)切換決策方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種分層無線網(wǎng)絡(luò)切換方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 家庭基站(Femtocell)是一種覆蓋距離短，運(yùn)營成本低，發(fā)射功率小的無線通信系 統(tǒng)，它利用AD化和光纖通過網(wǎng)絡(luò)直接連接到運(yùn)營商機(jī)房，能夠彌補(bǔ)小區(qū)覆蓋不足和增加室 內(nèi)的傳輸容量，是解決室內(nèi)通信問題的很好方案，家庭基站(Femtocell)部署在已有的宏蜂 窩(Macrocell)覆蓋范圍內(nèi)，便形成了分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖1所示。
[0003] 在由化mtocelI-Macrocell所組成的分層網(wǎng)絡(luò)中，用戶為了獲得更好的通信服務(wù)， 就需要在多個(gè)小區(qū)間進(jìn)行切換，同時(shí)還要保證切換的無縫性，所W，對(duì)切換技術(shù)的研究非常 重要。用戶在同類型網(wǎng)絡(luò)間切換叫做水平切換，在不同種類的網(wǎng)絡(luò)間切換稱作垂直切換 (VH0，Vertical Handover)。家庭基站的接入方式關(guān)系到切換的流程，3GPP規(guī)定了S種接入 方式，依次為:開環(huán)接入，閉環(huán)接入，混合方式接入。在開環(huán)模式中，所有用戶都允許接入到 家庭基站中，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生頻繁和不必要切換，尤其是處在家庭基站邊緣的用戶，增加系統(tǒng)信 令開銷，影響系統(tǒng)整體性能；閉環(huán)接入方式中，只有注冊(cè)用戶才能接入，而非注冊(cè)用戶不能 接入，此時(shí)當(dāng)非注冊(cè)用戶距離家庭基站很近時(shí)就會(huì)受到嚴(yán)重干擾;為了解決上述問題，提出 了混合接入方式，既能保證注冊(cè)用戶接入的優(yōu)先權(quán)，也能接入非注冊(cè)用戶，減少雙層網(wǎng)絡(luò)間 的干擾，提高家庭基站的利用率。因?yàn)榧彝セ镜母采w范圍較小，所W，為了減少頻繁和不 必要切換，應(yīng)避免速度較大用戶的切換，切換啟動(dòng)后，當(dāng)有多個(gè)候選小區(qū)可供選擇時(shí)，移動(dòng) 終端隨時(shí)隨地選擇最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)接入也是研究的熱點(diǎn)，我們稱之為最佳網(wǎng)絡(luò)選擇（ABC, always best connected)。
[0004] 不同接入網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)類型、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)范圍和網(wǎng)絡(luò)性能等方面差異較大，因此 傳統(tǒng)的切換方法并不一定適用于分層網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景，分層網(wǎng)絡(luò)參考較多的判決因素，包括網(wǎng) 絡(luò)覆蓋范圍、信號(hào)強(qiáng)度、業(yè)務(wù)帶寬、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等，網(wǎng)絡(luò)選擇變成了一個(gè)多屬性決策的問題。分 層網(wǎng)絡(luò)中常用的多性決策方法有簡(jiǎn)單加權(quán)法(SAW)、乘法指數(shù)加權(quán)法(NEW)、接近理想方案 的序數(shù)偏好方法(TOPSIS)，還有層次分析法(AHP)、灰色關(guān)聯(lián)分析法(GRA)和模糊邏輯等，運(yùn) 些方法中大多需要計(jì)算出各種網(wǎng)絡(luò)屬性的權(quán)重，再通過參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行排序得到最優(yōu) 網(wǎng)絡(luò)。
[0005] 現(xiàn)有切換算法中，雖然有考慮網(wǎng)絡(luò)負(fù)載問題，但并未將負(fù)載均衡性結(jié)合到切換判 決的過程中，而且基于多屬性的判決算法復(fù)雜度過高，并不適用于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，并且提出的基 于移動(dòng)性的切換算法只是對(duì)速度大小進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷，并未對(duì)速度方向等進(jìn)一步研究，因此 在減少切換用數(shù)量上，還可進(jìn)一步優(yōu)化，針對(duì)現(xiàn)有算法的W上問題，需要一種新的切換方 案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)W上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種降低不必要切換次數(shù)，選擇的網(wǎng)絡(luò) 不僅性能最優(yōu)，而且綜合考慮小區(qū)負(fù)載，降低阻塞率的基于模糊邏輯和TOPSIS算法的分層 網(wǎng)絡(luò)切換決策方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種基于模糊邏輯和TOPSIS算法的分層網(wǎng)絡(luò)切換決策方法，其包括切換候選用戶 篩選的步驟和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇的步驟；
[0009] 在切換用戶篩選階段，首先使用模糊邏輯算法對(duì)用戶移動(dòng)信息進(jìn)行模糊處理得到 用戶切換適宜度，然后結(jié)合RSS(接收信號(hào)強(qiáng)度）、用戶類型及用戶切換適宜度來篩選出切換 候選用戶，構(gòu)造切換候選用戶集合；
[0010] 在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇階段，采用設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多小區(qū)選擇，目標(biāo)函數(shù)綜合 考慮小區(qū)負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)切換代價(jià)和網(wǎng)絡(luò)性能，其中網(wǎng)絡(luò)性能采用序數(shù)偏好算法法TOPSIS算法 對(duì)RSS(接收信號(hào)強(qiáng)度）、時(shí)延、移動(dòng)性支持和能耗綜合進(jìn)行優(yōu)化處理，該目標(biāo)函數(shù)函數(shù)W小 區(qū)負(fù)載均衡，網(wǎng)絡(luò)代價(jià)最小，網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)為目標(biāo)，最后，通過優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)選出最優(yōu)小區(qū) 作為切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。
[0011] 進(jìn)一步的，當(dāng)用戶處于切換態(tài)時(shí)，有W下兩種情況：用戶當(dāng)前由宏基站服務(wù)，用戶 接收到家庭基站的RSS超過一個(gè)第一 口限值Rth;用戶當(dāng)前由家庭基站服務(wù)，UE接收到當(dāng)前家 庭基站的RSS低于第二口限值Rf，當(dāng)用戶同時(shí)可W連接到宏基站和家庭基站時(shí)，家庭基站將 會(huì)是首選的接入點(diǎn)，所W兩種情況均由用戶接收到家庭基站的RSS來決定;在混合接入方式 中，注冊(cè)用戶接入Femtocell的優(yōu)先級(jí)高于非注冊(cè)用戶。
[0012] 進(jìn)一步的，所述切換用戶篩選階段，使用模糊邏輯算法對(duì)用戶移動(dòng)信息進(jìn)行模糊 處理具體包括:所述用戶移動(dòng)信息包括用戶速度大小V，速度方向與用戶到基站方向的夾角 b，用戶到基站距離與基站半徑比值曰，在模糊系統(tǒng)中，a的模糊集為："近，中，遠(yuǎn)"，隸屬度為 Ua= {near ,medium,far} ,V的模糊集為：。低速，中速，高速"，隸屬度為Uv= {low,medium, high}，b的模糊集為："靠近，遠(yuǎn)離"，隸屬度為，對(duì)應(yīng)輸出的隸屬度為Ub= {arrive, leave}， 隸屬度函數(shù)均采用高斯型函數(shù)，模糊系統(tǒng)共有3*3*2 = 18種規(guī)則，最后，采用重屯、法去模糊， 模糊系統(tǒng)輸出為用戶切換的適宜度。
[0013] 進(jìn)一步的，所述目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇階段計(jì)算小區(qū)負(fù)載度具體為:在由M個(gè)宏基站，N個(gè)家 庭基站所組成的雙層網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于每一個(gè)家庭基站或者宏基站接入點(diǎn)的負(fù)載是：
癢中，eu是用戶連接到接入點(diǎn)時(shí)的有效帶寬，定義正在請(qǐng)求 切換用戶所需的帶寬為：
，r^X)代表正在請(qǐng)求切換用戶對(duì)小區(qū)總的需求
帶寬，ru是用戶Ui對(duì)小區(qū)j的請(qǐng)求帶寬，得到小區(qū)均衡度表示為： ，Bj是小 區(qū)j可W承受的最大負(fù)載。
[0014] 進(jìn)一步的，所述用戶獲得的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)包括接收信號(hào)強(qiáng)度CU時(shí)延C2、移動(dòng)性支 持C3、能耗C4，構(gòu)造表述屬性相對(duì)重要程度的G-C判決矩陣，為
其中，gmn為第m個(gè)參數(shù)相對(duì)于第n個(gè)參數(shù)在某一環(huán)境下的重要程度；采用特征根法計(jì)算 候各屬性的權(quán)重《 = ( ? 1，《 2，《 3，《 4 ) T ;對(duì)候選網(wǎng)絡(luò)建立屬性矩陣為：
對(duì)其進(jìn)行歸一化，歸一化后的矩陣為： fc決策矩陣，屬性權(quán)重向量： .+和負(fù)理想解A -，計(jì)算距離： =1，2,3;最后計(jì)算與理想解的相對(duì)接近 程度，得到:玲= -Sv/(、S7- + sr)，C，G,也就是網(wǎng)絡(luò)性能值。
[0015] 進(jìn)一步的，所述目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)包括負(fù)載度，網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)成本，其表達(dá)式為：
I、區(qū)j的網(wǎng)絡(luò)代價(jià)記作IV把負(fù) 載均衡，網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)，業(yè)務(wù)成本最小化作為主要的優(yōu)化目標(biāo)，代表各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，最 后根據(jù)輸出的目標(biāo)函數(shù)值選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)，函數(shù)值越小，代表網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：
[0017] 本發(fā)明提出了一種在Macrocell-Femtocell雙層網(wǎng)絡(luò)下，基于模糊邏輯和TOPSIS 算法的垂直切換決策方案，主要包括兩個(gè)部分，切換候選用戶篩選和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇，采用 RSS，用戶類型及用戶移動(dòng)信息來選擇切換候選用戶，用戶的移動(dòng)信息被作為模糊邏輯系統(tǒng) 的輸入，輸出為用戶切換的適宜度。采用優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多小區(qū)選擇，目標(biāo)函數(shù)包括小區(qū) 負(fù)載，網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)代價(jià)，其中網(wǎng)絡(luò)性能采用TOPSIS算法對(duì)RSS，時(shí)延，移動(dòng)性支持和能耗 綜合處理得到，與目前技術(shù)相比較，本文所提方案能夠降低不必要切換次數(shù)，選擇的網(wǎng)絡(luò)不 僅性能最優(yōu)，而且綜合考慮小區(qū)負(fù)載，降低阻塞率，并且方法較為簡(jiǎn)單，方便應(yīng)用。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例分層無線網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的模型圖；
[0019] 圖2為切換用戶篩選流程示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明設(shè)及到的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇結(jié)構(gòu)模型圖；
[0021 ]圖4為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)切換過程的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] W下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0023] -種基于模糊邏輯和TOPSIS算法的分層無線網(wǎng)絡(luò)切換決策方法，該方法分為兩個(gè) 階段，首先確定切換候選用戶，然后選擇切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，具體包括如下步驟：
[0024] 在篩選切換候選用戶階段，將用戶分為請(qǐng)求切換用戶集合和穩(wěn)定連接用戶集合， 現(xiàn)在主要研究如何確定請(qǐng)求切換用戶集合其確定流程如圖2所示，需要綜合考慮RSS，用戶 類型和用戶速度等因素。
[0025] 1.首先是RSS的判斷，處于切換態(tài)的用戶包含兩種可能性：
[0026] (1)用戶當(dāng)前由Macrocell服務(wù)，肥接收到Femtocell的RSS超過一個(gè)具體的口限值 民化O
[0027] (2)用戶當(dāng)前由化mtocell服務(wù)，肥接收到當(dāng)前化mtocell的RSS低于一個(gè)具體的口 限值Rf;
[002引兩種情況均由用戶接收到Femtocell的RSS來決定的原因是當(dāng)UE同時(shí)可W連接到 Macrocel巧日Femtocell時(shí)，F(xiàn)emtocell將會(huì)是首選的接入點(diǎn)，因?yàn)镕emtocell可W帶來更好 的性能，且能夠減輕宏蜂窩的業(yè)務(wù)壓力，因此首先判斷RSS是否滿足要求。
[0029] 2.再判斷用戶類型，在混合接入方式中，注冊(cè)用戶接入化mtocell的優(yōu)先級(jí)應(yīng)該高 于非注冊(cè)用戶，用W保證注冊(cè)用戶的QoS。引入時(shí)間間隔T，當(dāng)一個(gè)用戶是當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的非 注冊(cè)用戶，滿足切換條件后，應(yīng)該很快的發(fā)起切換為注冊(cè)用戶釋放出資源，然而注冊(cè)用戶可 W在當(dāng)前的服務(wù)Femtocell中存在較長的時(shí)間，除非鄰小區(qū)的RSS大于口限值的時(shí)間間隔已 經(jīng)超過口限T。
[0030] 3.最后通過移動(dòng)信息得到切換適宜度，為了避免非必要切換，具有較高速率的用 戶不應(yīng)該切換，同理，當(dāng)用戶將要離開Femtocell且距離基站較遠(yuǎn)時(shí)，此時(shí)也不應(yīng)切換到 化mtocell，因此，提出根據(jù)UE移動(dòng)性構(gòu)造模糊邏輯系統(tǒng)進(jìn)行用戶選擇判決。假設(shè)小區(qū)k的半 徑為r，肥與基站距離為d，a表示d與r的比值，V表示肥速度大小，b表示肥的速度方向與BS的 夾角，此時(shí)，模糊邏輯有=個(gè)輸入變量，分別為a, v，b，模糊邏輯的輸出out表示移動(dòng)性強(qiáng)弱， 輸出的模糊值越大，表明該用戶不適合切換，模糊值越小，作為切換用戶的適宜度越高。
[0031] 最后，綜合RSS，用戶類型和切換適宜度篩選掉不適合切換的用戶，構(gòu)造切換候選 用戶集合，只有在該集合內(nèi)的用戶才允許切換。
[0032] 在選擇切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)階段，提出優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)包括小區(qū)均衡度，網(wǎng)絡(luò)性能 W及切換網(wǎng)絡(luò)代價(jià)，其目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。
[0033] 1.小區(qū)均衡度的計(jì)算。在由M個(gè)宏基站，N個(gè)家庭基站所組成的雙層網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于每 一個(gè)Femtocell或者M(jìn)acrocell接入點(diǎn)的負(fù)載是：
，其中，eij
是用戶連接到接入點(diǎn)時(shí)的有效帶寬，r^X)代表正在請(qǐng)求切換用戶對(duì)AR .6 A々雲(yún)違^帶 是用戶Ui對(duì)小區(qū)j的請(qǐng)求帶寬，定義正在請(qǐng)求切換用戶所需的帶寬為 ，將 小區(qū)均衡度表示為：
，Bj是小區(qū)j可W承受的最大負(fù)載(帶寬）。
[0034] 2.網(wǎng)絡(luò)性能計(jì)算。用戶獲得的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)包括接收信號(hào)強(qiáng)度，記作Cl,時(shí)延C2， 移動(dòng)性支持C3,能耗C4,根據(jù)表述屬性相對(duì)重要程度，構(gòu)造G-C判決矩陣，為
其中，gmn為第m個(gè)參數(shù)相對(duì)于第n個(gè)參數(shù)在某一環(huán)境下的重要
程度，矩陣的主對(duì)角線上均為1;采用特征根法計(jì)算判決矩陣的歸一化特征向量，也就是候 選網(wǎng)絡(luò)中各屬性的權(quán)重《=(…，《2,《3,《4)T;對(duì)候選網(wǎng)絡(luò)建立屬性矩陣，矩陣中元素為 各網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)值，RSS為接收到的信號(hào)強(qiáng)度歸一化后的值，取值O到1，歸一化方法為 RSSi/(RSSi+RSS2+RSS3)，i = i 9 3時(shí)補(bǔ)的單位為ms，移動(dòng)線支持和能耗的取值范圍為0至。 1，屬性矩陣為:C，使用公式 t其進(jìn)行歸一化，歸一化后的矩陣為:c/;計(jì)算加權(quán) 標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣，屬性權(quán)重問量:V= ? *C;確定理想解和負(fù)理想解，RSS和移動(dòng)性支持是效 益型參數(shù)，越大越好，時(shí)延和能耗是成本性參數(shù)，越小越好，得到:A+和，通過公式計(jì)算距 離；最后計(jì)算與理想解的相對(duì) I，
I-' 接近程度，也就是網(wǎng)絡(luò)性能值
[0035] 3.網(wǎng)絡(luò)切換代價(jià)，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合具體環(huán)境場(chǎng)景，將小區(qū)j的網(wǎng)絡(luò)代價(jià)記作Pj。
[0036] 根據(jù)上述小區(qū)負(fù)載度，網(wǎng)絡(luò)性能和切換代價(jià)，提出目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，定義的目標(biāo)優(yōu)化 函數(shù)表達(dá)式為；
Ji代表各項(xiàng) 指標(biāo)的權(quán)重，最后根據(jù)輸出的目標(biāo)函數(shù)值選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)，函數(shù)值越小，代表網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)，則優(yōu) 先選擇該小區(qū)。
[0037] 在由Femtocell-Macrocell所組成的分層無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，所提切換決策主要包 含兩個(gè)方面:切換候選用戶篩選和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇。在切換用戶篩選階段，具體步驟如下：由 于化mtocell在發(fā)射功率和覆蓋范圍方面與現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)差別較大，用戶從各個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收到 的信號(hào)強(qiáng)度相差較遠(yuǎn)，當(dāng)用戶處于切換態(tài)時(shí)，有W下兩種情況:用戶當(dāng)前由Macrocell服務(wù)， 肥接收到化mtocel 1的RSS超過一個(gè)具體的口限值Rth;用戶當(dāng)前由Femtocel 1服務(wù)，UE接收到 當(dāng)前Femtocel 1的RSS低于一個(gè)具體的口限值Rf。當(dāng)UE同時(shí)可W連接到Macrocel 1和 Femtocell時(shí)，因?yàn)镕emtocell可W帶來更好的性能，且能夠減輕宏蜂窩的業(yè)務(wù)壓力， Femtocell將會(huì)是首選的接入點(diǎn)，所W兩種情況均由用戶接收到Femtocell的RSS來決定。
[0038] 除考慮RSSW外，還考慮用戶類型，在混合接入方式中，注冊(cè)用戶接入Femtocell的 優(yōu)先級(jí)應(yīng)該高于非注冊(cè)用戶，用W保證注冊(cè)用戶的QoS。引入時(shí)間間隔T，當(dāng)一個(gè)用戶是當(dāng)前 服務(wù)小區(qū)的非注冊(cè)用戶，滿足切換條件后，應(yīng)該很快的發(fā)起切換為注冊(cè)用戶釋放出資源，然 而注冊(cè)用戶可W在當(dāng)前的服務(wù)Femtocell中存在較長的時(shí)間，除非鄰小區(qū)的RSS大于口限值 的時(shí)間間隔已經(jīng)超過口限T。
[0039] 最后通過移動(dòng)信息得到切換適宜度，為了避免非必要切換，具有較高速率的用戶 不應(yīng)該切換，同理，當(dāng)用戶將要離開Femtocell且距離基站較遠(yuǎn)時(shí)，此時(shí)也不應(yīng)切換到 化mtocell，因此，提出根據(jù)UE移動(dòng)性構(gòu)造模糊邏輯系統(tǒng)進(jìn)行用戶選擇判決。假設(shè)小區(qū)k的半 徑為r，肥與基站距離為d，a表示d與r的比值，V表示肥速度大小，b表示肥的速度方向與BS的 夾角，此時(shí)，模糊邏輯有=個(gè)輸入變量，分別為a, v，b，a的模糊集為："近，中，遠(yuǎn)"，隸屬度為 Ua= {near ,medium,far} ,V的模糊集為：。低速，中速，高速"，隸屬度為Uv= {low,medium, high}，b的模糊集為："靠近，遠(yuǎn)離"，隸屬度為，對(duì)應(yīng)輸出的隸屬度為Ub= {arrive, leave}， 隸屬度函數(shù)均采用高斯型函數(shù)，模糊系統(tǒng)共有3*3*2 = 18種規(guī)則，最后，采用重屯、法去模糊， 模糊邏輯的輸出out表示移動(dòng)性強(qiáng)弱，輸出的模糊值越大，表明該用戶不適合切換，模糊值 越小，作為切換用戶的適宜度越高;最后，綜合RSS，用戶類型和切換適宜度篩選掉不適合切 換的用戶，構(gòu)造切換候選用戶集合，只有在該集合內(nèi)的用戶才允許切換。
[0040] 在選擇切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)階段，提出優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)包括小區(qū)均衡度，網(wǎng)絡(luò)性能 W及切換網(wǎng)絡(luò)代價(jià)，具體步驟如下：
[0041] 計(jì)算小區(qū)均衡度。在由M個(gè)宏基站，N個(gè)家庭基站所組成的雙層網(wǎng)絡(luò)中，包含穩(wěn)定連 接用戶集合Ul和請(qǐng)求接入用戶集合V，對(duì)于每一個(gè)Femtocell或者M(jìn)acrocell接入點(diǎn)的負(fù)載 是：
[0042]
…
[0043] 其中，eu是用戶連接到接入點(diǎn)時(shí)的有效帶寬。
[0044] 吿皆TP立甚龍袖拖用戶所需的帶寬為：
[0045] (2)
[0046] n(X)代表正在請(qǐng)求切換用戶對(duì)小區(qū)總的需求帶寬，ru是用戶Ui對(duì)小區(qū)j的請(qǐng)求帶 寬，
[0047] 最后得到小區(qū)均衡度表示為：
[004引
（3)
[0049] Bj是小區(qū)j可W承受的最大負(fù)載(帶寬）。
[0050] 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)性能。定義有S個(gè)候選網(wǎng)絡(luò)記作Pl，P2，P3,用戶獲得的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)包 括接收信號(hào)強(qiáng)度(RSS)，巧化Cl，時(shí)巧C2,務(wù)動(dòng)忡專持C3,能耗C4,如下表所示。
[0化1 ]
[0化2 ]注:2、4、6、8表示相鄰判斷的中間值
[0053] 根據(jù)表述屬性相對(duì)重要程度，構(gòu)造G-C判決矩陣，為：
[0054]
(4)
[0055] 其中，gmn為第m個(gè)參數(shù)相對(duì)于第n個(gè)參數(shù)在某一環(huán)境下的重要程度，矩陣的主對(duì)角 線上均為1;
[0056] 采用特征根法計(jì)算判決矩陣的歸一化特征向量，也就是候選網(wǎng)絡(luò)中各屬性的權(quán)重 O =(…，《2,《3,《4)T;對(duì)候選網(wǎng)絡(luò)建立屬性矩陣，矩陣中元素為各網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)值， RSS為接收到的信號(hào)強(qiáng)度歸一化后的值，取值0到1，歸一化方法為RSSi/(RSSi+RSS2+RSS3)，i =1，2，3，時(shí)延的單位為ms，移動(dòng)線支持和能耗的取值范圍為0到1，屬性矩陣為：
[0057] (5)
[005引 一化，歸一化后的矩陣為：
[0059] (勒
[0060] 重向量：
[0061 ] (7)
[0062] 確定理想解和負(fù)理想解，RSS和移動(dòng)性支持是效益型參數(shù)，越大越好，時(shí)延和能耗 是成本性參數(shù)，越小越好，得到:A+和，通過公式計(jì)算距離：
[0063] C8)
[0064] (9)
[0065] 最后計(jì)算與理想解的相對(duì)接近程度，得到：，Q，CY，也就是 網(wǎng)絡(luò)性能值。
[0066] 根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合具體環(huán)境場(chǎng)景，將小區(qū)j的網(wǎng)絡(luò)代價(jià)記作門。結(jié)合小區(qū)負(fù)載度， 網(wǎng)絡(luò)性能和切換代價(jià)，提出目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，定義的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)表達(dá)式為：
[0067]
( 10)
[0068] 該函數(shù)將負(fù)載均衡和業(yè)務(wù)成本最小化，網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)作為主要的優(yōu)化目標(biāo)，O 1代 表各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，最后根據(jù)輸出的目標(biāo)函數(shù)值選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)，函數(shù)值越小，代表網(wǎng)絡(luò)最 優(yōu)，優(yōu)先選擇。
[0069] W上運(yùn)些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在 閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可W對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，運(yùn)些等效變 化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于模糊邏輯和TOPSIS算法的分層網(wǎng)絡(luò)切換決策方法，其特征在于，包括切換 候選用戶篩選的步驟和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇的步驟； 在切換用戶篩選階段，首先使用模糊邏輯算法對(duì)用戶移動(dòng)信息進(jìn)行模糊處理得到用戶 切換適宜度，然后結(jié)合接收信號(hào)強(qiáng)度RSS、用戶類型及用戶切換適宜度來篩選出切換候選用 戶，構(gòu)造切換候選用戶集合； 在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇階段，采設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多小區(qū)選擇，目標(biāo)函數(shù)綜合考慮小 區(qū)負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)切換代價(jià)和網(wǎng)絡(luò)性能，其中網(wǎng)絡(luò)性能采用序數(shù)偏好算法法TOPSIS算法對(duì)接收 信號(hào)強(qiáng)度RSS、時(shí)延、移動(dòng)性支持和能耗綜合進(jìn)行優(yōu)化處理，該目標(biāo)函數(shù)函數(shù)W小區(qū)負(fù)載均 衡，網(wǎng)絡(luò)代價(jià)最小，網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)為目標(biāo)，最后，通過優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)選出最優(yōu)小區(qū)作為切換 目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模糊邏輯和TOPSIS算法的分層網(wǎng)絡(luò)切換決策方法，其特 征在于，當(dāng)用戶處于切換態(tài)時(shí)，有W下兩種情況:用戶當(dāng)前由宏基站服務(wù)，用戶接收到家庭 基站的RSS超過一個(gè)第一口限值Rth;用戶當(dāng)前由家庭基站服務(wù)，UE接收到當(dāng)前家庭基站的 RSS低于第二口限值Rf，當(dāng)用戶同時(shí)可W連接到宏基站和家庭基站時(shí)，家庭基站將會(huì)是首選 的接入點(diǎn)，所W兩種情況均由用戶接收到家庭基站的RSS來決定;在混合接入方式中，注冊(cè) 用戶接入Femtocell的優(yōu)先級(jí)高于非注冊(cè)用戶。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于模糊邏輯和TOPSIS算法的分層網(wǎng)絡(luò)切換決策方法，其 特征在于，所述切換用戶篩選階段，使用模糊邏輯算法對(duì)用戶移動(dòng)信息進(jìn)行模糊處理具體 包括:所述用戶移動(dòng)信息包括用戶速度大小V，速度方向與用戶到基站方向的夾角b，用戶到 基站距離與基站半徑比值a,在模糊系統(tǒng)中，a的模糊集為："近，中，遠(yuǎn)"，隸屬度為ua = {near,medium,far} ,ν的模糊集為：。低速，中速，高速"，隸屬度為Uv= {low,medium,high}， b的模糊集為："靠近，遠(yuǎn)離"，隸屬度為，對(duì)應(yīng)輸出的隸屬度為Ub= {arrive, leave}，隸屬度 函數(shù)均采用高斯型函數(shù)，模糊系統(tǒng)共有3*3*2 = 18種規(guī)則，最后，采用重屯、法去模糊，模糊系 統(tǒng)輸出為用戶切換的適宜度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于模糊邏輯和TOPSIS算法的分層網(wǎng)絡(luò)切換決策方法，其 特征在于，所述目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)選擇階段計(jì)算小區(qū)負(fù)載度具體為：在由Μ個(gè)宏基站，N個(gè)家庭 基站所組成的雙層網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于每一個(gè)家庭基站或者宏基站接入點(diǎn)的負(fù)載是：其中，eij是用戶連接到接入點(diǎn)時(shí)的有效帶寬，定義正在請(qǐng)求 切換用戶所需的帶寬為n(x)代表正在請(qǐng)求切換用戶對(duì)小區(qū)總的需求 帶寬，ru是用戶m對(duì)小區(qū)j的請(qǐng)求帶寬，得到小區(qū)均衡度表示呆iBj是小 區(qū)j可W承受的最大負(fù)載。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于模糊邏輯和TOPSIS算法的分層網(wǎng)絡(luò)切換決策方法，其 特征在于，所述用戶獲得的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)包括接收信號(hào)強(qiáng)度C1、時(shí)延C2、移動(dòng)性支持C3、能 耗C4,構(gòu)造表述屬性相對(duì)重要程度的G-C判決矩陣，為其中，gmn 為第m個(gè)參數(shù)相對(duì)于第η個(gè)參數(shù)在某一環(huán)境下的重要程度;采用特征根法計(jì)算候各屬性的權(quán) 重0=(〇1，〇2,〇3,〇4片對(duì)候選網(wǎng)絡(luò)建立屬性矩陣為；使用 公式計(jì)算加 權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣，屬性權(quán)重向量；確定理想解Α+和負(fù)理 想解Α^，計(jì)算距巧/ = 1，2,3 ;最后計(jì)算與 理想解的相對(duì)接近程度，得到：cr = 57/(sr +、SV)，CJ，(:7，也就是網(wǎng)絡(luò)性能值。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于模糊邏輯和TOPSIS算法的分層網(wǎng)絡(luò)切換決策方法，其 特征在于，所述目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)包括負(fù)載度，網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)成本，其表達(dá)式為：小區(qū)j的網(wǎng)絡(luò)代價(jià)記作Pj，把負(fù) 載均衡，網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)，業(yè)務(wù)成本最小化作為主要的優(yōu)化目標(biāo)，ωι代表各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，最 后根據(jù)輸出的目標(biāo)函數(shù)值選擇最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)，函數(shù)值越小，代表網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)。
【文檔編號(hào)】H04W36/00GK105979553SQ201610357581
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】李兆玉, 萬晉京, 唐宏, 劉遠(yuǎn)航, 宋艷華, 彭帥
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)