基于VLC的室内异构网络接入选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于VLC的室内异构网络接入选择方法，主要解决现有技术无法实时进行网络择优的问题。其方案是：1.在原有信标帧中增加带宽、平均时延、吞吐量、平均传输速率、误码率等字段，通过这些字段实时指示网络的状态信息；2.接收各网络发出的信标帧，根据检测到的异构网络信息，结合用户业务需求及接收的参数值，得到各参数的主、客观权重；3.考虑主、客观方案的一致性及整体方案的最优性，建立最优化数学模型，计算得到主、客观权重的分配系数，进而计算各网络的分数值，选择分数值最高的网络作为最优网络。本发明专利技术能在异构网络中实时选择出最优网络，提升用户的服务质量，可用于室内可见光通信VLC异构网络下的最优网络选择。

【技术实现步骤摘要】
基于VLC的室内异构网络接入选择方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及一种异构网络的接入选择方法，可用于室内可见光通信VLC异构网络下的最优网络选择。
技术介绍
室内可见光通信VLC是基于白光LED迅速发展的一种新型无线光通信方式，其利用可见光波段的光作为信息载体，通过白光LED高频率的快速闪烁来传递信息。相比于传统的射频无线通信，VLC有着绿色环保、无电磁辐射、保密性强、无需频谱授权、可用带宽大、通信速率高等诸多优点，得到了越来越多的研究人员和企业的关注和研究。由于白光LED具有能耗低、可持续利用时间长、性能稳定、尺寸小、绿色环保、照明效果良好、响应灵敏度高等诸多优点，且白光LED所发出的光是自然光，对人眼无伤害，使其成为未来非常有竞争力的照明方式。因此，将基于白光LED照明光源的VLC技术应用于下一代无线通信中具有可行性基础，随着LED照明的广泛普及，VLC将是室内不可缺少的通信方式，具有很大的工程应用前景。在室内环境下，VLC接入点在为用户提供照明的同时还可进行高速率的数据传输。但VLC如果作为一种单一的无线通信方式，也存在着LED调制带宽有限，通信链路易被遮挡，多径效应明显，上行链路实现困难等诸多缺陷。因此，越来越多的研究人员根据各种无线接入技术的特点尝试着结合VLC进行异构融合，组建室内VLC异构网络。通过组建室内VLC异构网络，可以使各种无线接入技术相互补充，为用户提供一个高带宽、广覆盖，支持数据，语音，多媒体等多种业务的高性能网络；还可以使各种无线接入技术构成一个整体，较好的提升网络的系统容量，提高网络资源利用率，更好的进行无缝连接等。然而在一个室内VLC异构网络中，如何根据用户的业务需求和客观的网络性能，在满足用户QoS的前提下，实时的从多个候选网络中选择出最优网络是首先需要解决的一个重要问题。近些年来，异构网下的接入选择算法已经被很多研究人员关注和研究。传统的基于单因素，如接收信号强度RSS、信干噪比SNR等选择算法，不能对异构网络中不同制式网络的性能进行合理的评判，已无法解决在异构网络环境下对网络的择优问题。目前，研究比较广泛的异构网接入选择算法可以分为3类：1)基于模糊逻辑或神经网络的选择算法；2)基于博弈论的选择算法；3)基于多属性决策MADM的多因素选择算法。其中，基于MADM的多因素选择算法一般考虑多个决策因素，将多个多属性决策方法相结合，从用户偏好的角度考虑用户的主观业务需求，但并没有将用户的业务需求与网络的客观性能有效的结合起来进行网络择优，且大多数没有考虑到如何根据网络的时变特性动态的获取网络参数等问题，例如：A.Sgora,D.D.VergadosandP.Chatzimisios等人在"Anaccessnetworkselectionalgorithmforheterogeneouswirelessenvironments"中提出一种层次分析法AHP和偏好序数法TOPSIS相结合的异构网络选择算法，该算法考虑了吞吐量、时延、时延抖动、价格等参数，使用AHP去决定各属性的权重，使用TOPSIS方法去获得最终的接入网络排名，此方法虽然考虑了多种网络参数和用户的主观需求，但并没有介绍如何获取各种网络参数，且方案过于主观，没有考虑客观的网络性能，不能对异构网络中不同制式网络的性能进行合理的评判，无法较好的解决在异构网络环境下对网络的择优问题。因此在室内异构网络中，如何考虑多种网络参数的实时获取问题，以及如何有效的将用户的业务需求与网络的客观性能结合起来进行异构网络中的接入选择，将是室内异构网络中需要解决的一个重要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于VLC的室内异构网络接入选择方法，以将用户的业务需求与客观的网络性能相结合，实现在异构网络环境下对网络的实时接入选择。本专利技术的技术思路是：在室内VLC异构网络下，首先对信标帧进行改进，在原有信标帧中增加带宽、平均时延、吞吐量、平均传输速率、误码率等字段，通过这些字段实时指示网络的状态信息；各网络根据信标间隔周期性的广播各自改进的信标帧；用户接收到各网络发出的信标帧后，检测自己当前所在位置的网络信息；结合自身业务需求输入对各个参数的偏好值，同时用户利用各网络信标帧中的参数值及检测到的信号功率值；分别采用层次分析法和标准离差法，得到各参数的主观权重和客观权重；根据主客观方案的一致性以及整体方案的最优性，建立最优化数学模型并求解，得到主、客观权重的分配系数；利用分配系数对各参数的主、客观权重加权，从而获得到各个参数的最终权重，再根据简单加权法，得到各个网络的分数值，将分数值最高的网络作为异构网络中的最优网络。根据上述技术思路，实现本专利技术目的采取的技术方案包括如下：(1)对室内异构网络中各网络现有的信标帧结构进行改进：即在各网络现有的帧体中均增加4bytes的带宽、4bytes的平均时延、4bytes的吞吐量、4bytes的平均传输速率、4bytes的误码率字段，以实时指示各网络的状态信息；(2)在室内异构网络环境下，各网络根据信标帧中的信标间隔周期性的广播各自改进后的信标帧；(3)用户接收各网络发出的信标帧，检测自已当前所在位置的异构网络信息；(4)用户根据检测到的异构网络信息，结合自身业务需求，输入对带宽、平均时延、吞吐量、平均传输速率、误码率、接收信号强度、价格这些参数的设定值，构建比较矩阵A；(5)用户根据检测到的异构网络信息，利用接收到的各网络信标帧中的参数值，构建参数矩阵S；(6)用户根据比较矩阵A和参数矩阵S，得到带宽、平均时延、吞吐量、平均传输速率、误码率、接收信号强度、价格这些参数的最终权重wj，j＝1,2...7，w1，w2…w7分别对应上述各参数的最终权重：(6a)根据比较矩阵A，采用层次分析法，得到各参数的主观权重wj′；(6b)根据参数矩阵S，采用标准离差法，得到各参数的客观权重wj″；(6c)根据各参数的主观权重wj′和客观权重wj″建立最优化数学模型：s.t.α+β＝1,0≤α≤1,0≤β≤1其中,m为VLC异构网络中的网络个数，n为网络选择时考虑的参数个数，sij为用户检测的第i个网络的第j个参数的归一化值，α为主观权重的分配系数，β为客观权重的分配系数；(6d)对上述最优化数学模型进行求解，得到主观权重的分配系数α和客观权重的分配系数β，并利用这两个分配系数α和β，对各参数的主观权重wj′和客观权重wj″进行加权，得到各参数的最终权重wj；(7)用户根据各参数的最终权重wj及参数矩阵S，采用简单加权法，得到各网络的分数值Gi；(8)从各网络的分数值中选择出分数值最高的网络，该网络即为室内VLC异构网络中的最优网络。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1.本专利技术由于选择了多种参数作为决策因素，并考虑了网络参数的实时获取问题，在接入选择过程中，既从用户业务需求的角度考虑了用户的主观需求，又从网络性能的角度考虑了客观的参数值差异，并考虑了主客观方案的一致性以及整体方案的最优性，建立了最优化数学模型，得到主观需求和客观网络性能的分配系数，有效的将用户的业务需求与网络的客观性能结合起来，可较好的解决在室内VLC异构网络环境下用户对网络的择优问题，实现在室内异构网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于VLC的室内异构网络接入选择方法，其特征在于，包括：(1)对室内异构网络中各网络现有的信标帧结构进行改进：即在各网络现有的帧体中均增加4bytes的带宽、4bytes的平均时延、4bytes的吞吐量、4bytes的平均传输速率、4bytes的误码率字段，以实时指示各网络的状态信息；(2)在室内异构网络环境下，各网络根据信标帧中的信标间隔周期性的广播各自改进后的信标帧；(3)用户接收各网络发出的信标帧，检测自已当前所在位置的异构网络信息；(4)用户根据检测到的异构网络信息，结合自身业务需求，输入对带宽、平均时延、吞吐量、平均传输速率、误码率、接收信号强度、价格这些参数的设定值，构建比较矩阵A；(5)用户根据检测到的异构网络信息，利用接收到的各网络信标帧中的参数值，构建参数矩阵S；(6)用户根据比较矩阵A和参数矩阵S，得到带宽、平均时延、吞吐量、平均传输速率、误码率、接收信号强度、价格这些参数的最终权重wj，j＝1,2...7，w1，w2…w7分别对应上述各参数的最终权重：(6a)根据比较矩阵A，采用层次分析法，得到各参数的主观权重wj′；(6b)根据参数矩阵S，采用标准离差法，得到各参数的客观权重wj″；(6c)根据各参数的主观权重wj′和客观权重wj″建立最优化数学模型：...

【技术特征摘要】
1.一种基于VLC的室内异构网络接入选择方法，其特征在于，包括：(1)对室内异构网络中各网络现有的信标帧结构进行改进：即在各网络现有的帧体中均增加4bytes的带宽、4bytes的平均时延、4bytes的吞吐量、4bytes的平均传输速率、4bytes的误码率字段，以实时指示各网络的状态信息；(2)在室内异构网络环境下，各网络根据信标帧中的信标间隔周期性的广播各自改进后的信标帧；(3)用户接收各网络发出的信标帧，检测自已当前所在位置的异构网络信息；(4)用户根据检测到的异构网络信息，结合自身业务需求，输入对带宽、平均时延、吞吐量、平均传输速率、误码率、接收信号强度、价格这些参数的设定值，构建比较矩阵A；(5)用户根据检测到的异构网络信息，利用接收到的各网络信标帧中的参数值，构建参数矩阵S；(6)用户根据比较矩阵A和参数矩阵S，得到带宽、平均时延、吞吐量、平均传输速率、误码率、接收信号强度、价格这些参数的最终权重wj，j＝1,2...7，w1，w2…w7分别对应上述各参数的最终权重：(6a)根据比较矩阵A，采用层次分析法，得到各参数的主观权重wj′；(6b)根据参数矩阵S，采用标准离差法，得到各参数的客观权重wj″；(6c)根据各参数的主观权重wj′和客观权重wj″建立最优化数学模型：s.t.α+β＝1,0≤α≤1,0≤β≤1其中,m为VLC异构网络中的网络个数，n为网络选择时考虑的参数个数，sij为用户检测的第i个网络的第j个参数的归一化值，α为主观权重的分配系数，β为客观权重的分配系数；(6d)对上述最优化数学模型进行求解，得到主观权重的分配系数α和客观权重的分配系数β，并利用这两个分配系数α和β，对各参数的主观权重wj′和客观权重wj″进行加权，得到各参数的最终权重wj；(7)用户根据各参数的最终权重wj及参数矩阵S，采用简单加权法，得到各网络的分数值Gi；(8)从各网络的分数值中选择出分数值最高的网络，该网络即为室内VLC异构网络中的最优网络。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中构建的比较矩阵A，表示如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志鹏，尚韬，董赞扬，李骞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61