一种基于概率切换的移动终端能耗优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于概率切换的移动终端能耗优化方法：移动终端用户在异构网络中移动的过程中，当其处于WiFi网络覆盖区域时采用WiFi网络传输数据；当其移动到无WiFi网络覆盖的区域，用户以一定的概率选择性使用蜂窝网络传输数据，该选择概率使得用户终端能耗最小；其中，用户选择概率与每个用户需要传输的数据总量、可容忍延迟的时间、用户移动起点与终点之间的线段长度、WiFi网络密度、WiFi网络覆盖半径、用户密度有关；该基于概率的切换能够使传输任务在可容忍时间内完成，且达到将终端能耗最少化的目的；比起现有的无缝切换的数据传输方案，本发明专利技术的能耗优化方法能够在很大程度上减小数据传输能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信领域，更具体地，涉及一种基于概率切换的移动终端能耗优化方法。
技术介绍
随着移动互联网的大发展、移动设备的普及以及4G网络带来的网速提升使得移动网络数据呈现井喷式增长，移动网络数据传输所消耗的移动设备能量也达到了不可估量的量级。在WiFi(WirelessFidelity)网络和蜂窝网络组成的异构网络中，WiFi网络与蜂窝网络相比较具有更高带宽、更低功率，但其覆盖范围有限，用户的随机移动性导致用户需要在不同网络间进行切换，这将增加切换能耗；多用户在同一个蜂窝基站下，多用户竞争有限带宽也导致网络传输效率低下，移动终端的能耗会急剧增长。由于WiFi的部署具有不定性，无法准确知道大范围内所有WiFi的具体部署位置，现有技术通过用户行为来预测WiFi出现的时间，通过预测结果决定在没有WiFi的区域选择蜂窝网络或等待下一次WiFi网络出现，该方案不具有普适性；有的方案考采用马尔科夫链选择网络状态最好的网络，达到节能的目的，但是没有考虑多用户的状态，每个用户在蜂窝网络下的带宽与其他用户有关，现有的切换会因为用户带宽竞争导致网络质量较差而消耗更多的传输能耗。移动网络状况会因为网络拥塞或者移动设备的移动出现大的波动，选择不同的时机进行网络传输对用户的传输能耗有较大的影响，现有用于减少异构网络中传输能耗的方案欠缺对当前环境中蜂窝网络状况和用户的随机移动性的考虑。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于概率切换的移动终端能耗优化方法，其目的在于根据网络状况选择最佳的传输时机与传输网络，由此降低移动终端的网络数据传输能耗。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于概率切换的移动终端能耗优化方法，具体包括如下步骤：(a)判断用户所在区域是否有WiFi网络信号，若否，则进入步骤(b)；若是，则采用所述区域内的WiFi网络进行用户数据传输；(b)判断当前时间槽的用户的选择概率xi是否大于阈值x；若是，则采用所述区域内的蜂窝网络进行用户数据传输；若否，则等待，直到用户进入WiFi网络覆盖区域，进入步骤(a)；其中，xi是指用户选择使用蜂窝网络传输数据的概率，阈值x采用随机函数rand()随机生成的概率，x∈(0,1)；将用户移动的时间划分为大小相等的时间段，将其中一个时间段称为时间槽；与蜂窝网络相比，WiFi网络具有高带宽、低功耗的特点；本方法提供的上述基于概率切换的移动终端能耗优化方案，在WiFi网络覆盖区域，采用WiFi传输用户数据；在没有WiFi网络的区域，则根据当前蜂窝网络的状态决策是采用蜂窝网络传输数据，还是等待WiFi网络；其中，用户的选择概率xi与用户i的传输任务总量Di、可容忍延迟时间Ti、用户移动起点与终点间的线路长度Li有关，在每个时间槽，一部分用户根据概率选择不使用蜂窝网络，可有效的避免网络拥塞，但依旧能在可容忍时间内保证用户完成传输任务，终端传输能耗最小的目的；当传输任务总量Di与可容忍延迟时间Ti一定时，线段长度Li越大，用户的选择概率xi越小；大部分数据通过WiFi传输，减少了采用蜂窝网络传输的数据量；当可容忍延迟时间Ti和线段长度Li一定时，传输任务总量Di越大，用户的选择概率xi越大，由于WiFi可传输的数据量一定，则蜂窝网络传输的数据量增加；通过上述网络选择的方案，达到将移动终端的传输能耗最小化的目的。优选地，本专利技术提供的移动终端能耗优化方法，其用户的选择概率xi根据以下方法获取：(1)根据WiFiAP(AcessPoint)在二维空间上的泊松分布情况，获得WiFi网络覆盖区域的平均用户数量其中，λu为给定区域内的用户密度；λw为给定区域内的WiFiAP密度；r为WiFi网络的覆盖半径；(2)根据所述平均用户数量nw、WiFi网络的总带宽以及蜂窝网络的总带宽，建立异构网络下用户带宽分配模型，所述模型包括WiFi网络下用户i所分配的带宽和蜂窝网络下用户i所分配的带宽(3)根据终端用户移动的起点、终点与网络的随机分布情况，获取终端用户i匀速穿过WiFi网络覆盖区域的时间期望其中，vi是终端用户i的移动速度；Li是终端用户i移动的起点与终点之间的线路长度；(4)根据WiFi网络最大可连接用户个数以及用户密度λu，获取在WiFi网络覆盖下的用户成功连接上WiFi网络的概率ρ；对于处于WiFi网络覆盖区域但无法成功连接上WiFi网络的用户，也需要考虑是否要打开蜂窝网络接口，通过蜂窝网络传输数据；(5)根据上述概率ρ以及所述用户i通过WiFi网络覆盖区域的时间期望获取用户使用WiFi网络传输数据的时间根据WiFi网络覆盖下用户i所分配的带宽获取用户i在WiFi下分得的传输速率根据所述用户使用WiFi网络传输数据的时间以及用户i在WiFi下分得的传输速率获得通过WiFi网络传输的平均数据量(6)根据蜂窝网络的下用户i所分配的带宽用户的选择概率xi及用户使用WiFi网络传输数据的时间获取通过蜂窝网络传输的平均数据量其中，Ti是指用户i可容忍传输时间；(7)根据用户使用WiFi网络传输数据的时间通过蜂窝网络传输的平均数据量以及通过WiFi网络传输的平均数据量建立包括通过WiFi网络传输数据时的终端能耗与通过蜂窝网络传输数据时的终端能耗的能耗模型；(8)根据上述能耗模型，对下式求取最优解，获得每个用户最优的选择概率各用户根据所述最优的选择概率xi选择接入蜂窝网络，使得移动终端进行网络数据传输的能耗最小。优选地，本专利技术提供的移动终端能耗优化方法，其异构网络下用户带宽分配模型具体如下：WiFi网络覆盖下用户i所分配的带宽蜂窝网络内用户i所分配的带宽其中，i，k均为用户编号，xi为用户i连接蜂窝网络的概率，xk分别为用户k连接蜂窝网络的概率，nc为蜂窝网络下用户量数，Bw为WiFi网络的总带宽，j为WiFi网络编号，Bc为蜂窝网络的总带宽。优选地，本专利技术提供的移动终端能耗优化方法，在WiFi网络覆盖下的用户成功连接上WiFi网络的概率ρ具体如下：当时，ρ＝1；当时，其中，用户密度阀值，优选地，本专利技术提供的移动终端能耗优化方法，通过WiFi网络传输的平均数据量优选地，本专利技术提供的移动终端能耗优化方法，通过蜂窝网络传输的平均数据量优选地，本专利技术提供的移动终端能耗优化方法，所建立的能耗模型具体如下：函数为：Eiw=PwTiwt=PwρLi(1-e-λwπr2)vi;]]>E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于概率切换的移动终端能耗优化方法，其特征在于，所述方法包括如下的步骤：(a)判断用户所在区域是否有WiFi网络信号，若否，则进入步骤(b)；若是，则采用所述区域内的WiFi网络进行用户数据传输；(b)判断当前时间槽的用户的选择概率xi是否大于阈值x；若是，则采用所述区域内的蜂窝网络进行用户数据传输；若否，则等待，直到用户进入下一个WiFi网络覆盖区域，进入步骤(a)。

【技术特征摘要】
1.一种基于概率切换的移动终端能耗优化方法，其特征在于，所述方法包括如下的步
骤：
(a)判断用户所在区域是否有WiFi网络信号，若否，则进入步骤(b)；若是，则采用所述
区域内的WiFi网络进行用户数据传输；
(b)判断当前时间槽的用户的选择概率xi是否大于阈值x；若是，则采用所述区域内的蜂
窝网络进行用户数据传输；若否，则等待，直到用户进入下一个WiFi网络覆盖区域，进入步
骤(a)。
2.如权利要求1所述的移动终端能耗优化方法，其特征在于，所述用户的选择概率xi根
据以下方法获取：
(1)根据WiFiAP在二维空间上的泊松分布情况，获得WiFi网络覆盖区域的平均用户数
量其中，λu为给定区域内的用户密度；λw为给定区域内的WiFiAP密度；r为WiFi网络的覆
盖半径；
(2)根据所述平均用户数量nw、WiFi网络的总带宽以及蜂窝网络的总带宽，建立异构网
络下用户带宽分配模型，所述模型包括WiFi网络下用户i所分配的带宽和蜂窝网络下用
户i所分配的带宽(3)根据终端用户移动的起点、终点与网络的随机分布情况，获取终端用户i匀速穿过
WiFi网络覆盖区域的时间期望其中，vi是终端用户i的移动速度；Li是终端用户i移动的起点与终点之间的线路长度；
(4)根据WiFi网络最大可连接用户个数以及用户密度λu，获取在WiFi网络覆盖下的
用户成功连接上WiFi网络的概率ρ；
(5)根据所述概率ρ以及所述用户i通过WiFi网络覆盖区域的时间期望获取用户使
用WiFi网络传输数据的时间根据WiFi网络覆盖下用户i所分配的带宽获取用户i在WiFi下分得的传输速率根据所述用户使用WiFi网络传输数据的时间以及用户i在WiFi下分得的传输速率
获得通过WiFi网络传输的平均数据量(6)根据蜂窝网络的下用户i所
分配的带宽用户的选择概率xi及用户使用WiFi网络传输数据的时间获取通过蜂
窝网络传输的平均数据量其中，Ti是指用户i可容忍传输时间；
(7)根据用户使用WiF...

【专利技术属性】
技术研发人员：金海，陆枫，廖小飞，胡婧茹，汤载阳，邵立文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42