基于发射功率和用户满意度的网络选择方法技术

本发明专利技术公开一种基于发射功率和用户满意度的网络选择方法，首先通过用户满意度体验函数得到效用函数权值系数、灵敏度因子和网络发射功率初始值，并设定允许误差；然后针对不同的网络，利用香农容量定理计算得出最大信息传输速率；之后，利用迭代法算出所述最大信息传输速率对应的功率值，再与允许误差作比较，确定是否结束牛顿迭代运算，最后通过比较同一用户在面对不同网络时的满意度来确定此时该如何选择接入网；本发明专利技术所引入的基于发射功率和用户满意度的网络选择方案，既考虑了用户的满意度，又考虑接入网所能提供的传输功率，在有限范围内得到满意度效用值的最大值，从而用来区分网络，本发明专利技术所述方法能够用于网络选择过程中。

Network selection method based on transmit power and user satisfaction

【技术实现步骤摘要】
基于发射功率和用户满意度的网络选择方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及基于发射功率和用户满意度的网络选择方法。
技术介绍
近年来，人们对能够随时随地以高质量接入宽带无线网络的需求日益强烈，适应不同场景的多种无线网络技术获得了迅速的发展。移动蜂窝网络从GSM发展到UMTS，又发展到LTE(LongTermEvolution)，再到WLAN、WiMAX。在GSM基站信号覆盖范围内，同时加入LTE、WLAN、WiMAX等无线接入点，从而逐步形成异构无线网络(HWNs，HeterogeneousWirelessNetworks)。在HWNs中，由于移动终端业务的多样性、无线网络信道传输质量的差异性、无线网络信号的重叠性等因素，因此需要依靠网络接入选择算法保障用户能够接入到最适合的网络进行业务处理。网络接入选择算法可以分为移动终端发起初始连接的接入选择和移动终端切换到另一个网络的接入重选两类。网络接入选择的控制方式可以归纳为以下三种:终端控制接入、网络控制接入和终端辅助的网络控制接入。在第一种方式中，终端通过监测各网络参数并结合接入选择算法，终端自主执行接入选择；在第二种方式中，网络控制中心监测网络状态并将接入选择结果发送给发起接入请求的移动终端，控制过程由网络端完成；此外，在第三种方式中，终端将检测到的各无线网络参数值以及用户个人喜好等参数发送到网络中心的决策模块，再由网络中心根据算法对终端进行接入控制。网络接入选择算法的设计直接关系到用户体验和网络资源利用率。目前国内外学者在HWNs接入选择算法方面已经做了大量研究，纵观各种算法，根据判断标准本文将其划分为基于接收信号强度(RSS，ReceivedSignalStrength)、负载均衡和业务QoS的接入选择算法，根据算法所采用的数学模型，分为基于多属性决策判决、效用函数、模糊逻辑、博弈论等的接入选择算法。为了提供网络选择，美国博通公司申请的“网络选择”(申请日：2014年01月17日，申请号：CN201410023568.5，公开号：CN103945475A)和中国电信有限公司申请的“接入网络选择方法和系统”(申请日：2013年12月11日，申请号：CN201310671484.8，公开号：CN104717723B)。但是他们方法中存在的不足是：只考虑网络切换响应，没有考虑用户满意度，从而使得用户在进行网络选择时有可能面临QoS保障低的状况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于发射功率和用户满意度的网络选择方法，既考虑用户的满意度，又考虑接入网所能提供的传输功率，在游有限范围内得到满意度效用值的最大值，从而用来区分网络。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：基于发射功率和用户满意度的网络选择方法，首先通过用户满意度体验函数得到效用函数权值系数、灵敏度因子和网络发射功率初始值，并设定允许误差；然后针对不同的网络，利用香农容量定理计算得出不同网络的最大信息传输速率；之后，利用牛顿迭代法计算所述最大信息传输速率对应的功率值，再将相邻两次迭代所得功率值之差的绝对值与允许误差作比较，相邻两次迭代所得功率值之差的绝对值小于允许误差时结束牛顿迭代运算，并得到最大信息传输速率对应的功率理论值，根据用户满意度体验函数得到同一用户在面对不同网络时的满意度，选择具有最大满意度效用函数值的网络作为接入网；其中，用户满意度体验函数为γ≥2，γ为灵敏度因子，i＝1,2,3。具体包括如下步骤：步骤1，初始化：根据用户满意度和体验函数确定效用函数权值系数α和灵敏度因子γ，并确定当前用户接入网络的初始功率值p0，以及λ0并设定允许误差c；步骤2，根据香农容量定理，计算出不同网络最大传输速率Rimax的值；步骤3，通过牛顿迭代法计算上标k表示第k次迭代，k＝0,1,2…；步骤4，将步骤3所得第k+1次迭代得到的功率值pik+1和第k次迭代得到的功率值pik之差的绝对值与允许误差c进行比较，如果|pik+1-pik|＜c，则返回理论值piopt＝pik+1，如果|pik+1-pik|≥c，则k＝k+1，直至找到满足|pik+1-pik|＜c时，返回理论值piopt＝pik+1；得到理论最优功率值piopt之后，根据用户满意度体验函数以及回理论值piopt得到满意度效用函数值，选择具有最大满意度效用函数值的网络作为接入网。步骤2中，香农容量定理具体表达为：香农公式βi表示系统的频谱效率，其中，i代表不同的网络i＝1为4G网络，i＝2为WLAN网络，i＝3为WiMAX网络。所述步骤(3)中，利用牛顿迭代法计算pik+1值，具体如下：对于最优的pi值，首先使用牛顿迭代法，令函数其中上标k表示第k次迭代，n0为噪声功率密度，Bi为网络i的带宽，pavg为平均发射功率，然后，通过计算得到一个更好的近似Pk+1的值为：通过梯度下降法迭代获得Largrange乘子λi，如下所示：式中φ为大于0的常量。步骤4中，通过凸优化理论计算得出最优值popt，具体如下：综合考虑全部可接入网络的服务质量，期望能够获得尽可能大的满意度效用函数，所述网络选择表示为优化问题：s.t0≤pi≤pimax(5)其中：用户满意度体验函数表示为u1(pi)，用户传输速率表示为u2(pi)；根据优化定理，可得式(5)为凹优化，且局部最优解即为式(5)的全局最优解，给出函数的Largrange表达式，求解式(5)中的最优化问题。求解式(5)中的最优化问题具体如下：其中，λ1,...,λN是非负的Largrange因子，式(6)具有全局最优值的必要条件是满足优化理论中的KKT条件；对参数Pi求导数可得：并且满足等式：对(λ1，...,λN)求导得到：其中，i＝1,...,N，N＝3，然后按照步骤3中利用牛顿迭代法求得最优值。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术采用效用函数法来构建网络选择模型，基于效用函数的网络选择算法可以综合考虑多种因素，通过设计一个效用函数，然后进行计算并将函数值进行排序，最后接入到效用函数值最高的网络；基于效用函数的网络接入选择策略有较快的决策速度和较低的算法复杂度，并且综合考虑了多种网络的性能指标及用户业务特性；综合考虑用户的满意度以及接入网所提供的发射功率，引入香农容量定理，以功率为变量，以满意度为选择标准，在不同接入网间根据满意度不同，为用户选择最为适合自己的网络；在计算过程中采用优化理论，将网络选择模型建模为一个优化模型，利用优化理论和牛顿迭代法计算得出相应的最优值，牛顿迭代法比其它基于梯度下降或者非梯度方法的算法收敛速度更快，更接近局部最大值；仿真结果表明，本专利技术在有限范围内，考虑不同接入网发射功率时，得出不同的满意度效用函数值，最终选择具有最大满意度效用函本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于发射功率和用户满意度的网络选择方法，其特征在于，首先通过用户满意度体验函数得到效用函数权值系数、灵敏度因子和网络发射功率初始值，并设定允许误差；然后针对不同的网络，利用香农容量定理计算得出不同网络的最大信息传输速率；之后，利用牛顿迭代法计算所述最大信息传输速率对应的功率值，再将相邻两次迭代所得功率值之差的绝对值与允许误差作比较，直到相邻两次迭代所得功率值之差的绝对值小于允许误差时，结束牛顿迭代运算，得到最大信息传输速率对应的功率理论值，根据用户满意度体验函数和所述功率理论值得到同一用户在面对不同网络时的满意度，选择具有最大满意度效用函数值的网络作为接入网；/n其中，用户满意度体验函数为

【技术特征摘要】
1.基于发射功率和用户满意度的网络选择方法，其特征在于，首先通过用户满意度体验函数得到效用函数权值系数、灵敏度因子和网络发射功率初始值，并设定允许误差；然后针对不同的网络，利用香农容量定理计算得出不同网络的最大信息传输速率；之后，利用牛顿迭代法计算所述最大信息传输速率对应的功率值，再将相邻两次迭代所得功率值之差的绝对值与允许误差作比较，直到相邻两次迭代所得功率值之差的绝对值小于允许误差时，结束牛顿迭代运算，得到最大信息传输速率对应的功率理论值，根据用户满意度体验函数和所述功率理论值得到同一用户在面对不同网络时的满意度，选择具有最大满意度效用函数值的网络作为接入网；
其中，用户满意度体验函数为γ≥2，γ为灵敏度因子，i＝1,2,3，pi,avg为不同网络的平均发射功率，pi为不同网络的发射功率。


2.根据权利要求1所述的基于发射功率和用户满意度的网络选择方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，初始化：根据用户满意度和体验函数确定效用函数权值系数α和灵敏度因子γ，并确定当前用户接入网络的初始功率值p0，以及λ0并设定允许误差c；
步骤2，根据香农容量定理，计算出不同网络最大传输速率Rimax的值；
步骤3，通过牛顿迭代法计算上标k表示第k次迭代，k＝0,1,2…；
步骤4，将步骤3所得第k+1次迭代得到的功率值pik+1和第k次迭代得到的功率值pik之差的绝对值与允许误差c进行比较，如果|pik+1-pik|＜c，则返回理论值piopt＝pik+1，如果|pik+1-pik|≥c，则k＝k+1，直至找到满足|pik+1-pik|＜c时，返回理论值piopt＝pik+1；得到理论最优功率值piopt之后，根据用户满意度体验函数以及回理论值piopt得到满意度效用函数值，选择具有最大满意度效用函数值的网络作为接入网。


3.根据权利要求1所述的基于发射功率和用户满意度的网络选择方法，其特征在于，步骤2中，香农容量定理具体表达为：香农公式βi表示系统的频谱效率，其中，i代表...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫一，王威，侯俊，庞继龙，孟芸，张阳，谢景丽，徐志麟，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61