基于决策概率的接入网选择

　　在异构的无线网络系统中，使用多模或变模终端的用户更倾向于选择最合适的接入技术来承载业务。但如何在众多无线接人技术中选择一个最合适的接入技术是一个有待研究的问题。现有文献提出的相关解决方法，如随机选择算法、高带宽优先选择算法、基于模糊逻辑的算法以及基于层次分析法和灰度关联法等，都忽略了用户对网络所提供业务质量的满意度。此外，实际中的用户将考虑服务质量和价格双方面因素。基于上述原因，在综合考虑用户对服务质量满意度、价格、相对链路质量等因素的基础上提出了决策概率的概念。决策概率从数学上描述了用户愿意选择某网络的程度。

　　1 决策概率

　　为了能用数学方法描述用户对无线网络提供的QoS的满意程度，首先引入满意度函数概念。用函数S(6)表示用户的满意度，他实际上是将服务质量相关的参数映射到实数域。在一个由M个异构无线网络组成的系统中，用向量b=(b1，…，bM)表示这M个网络为用户提供服务的QoS参数。因此，若用户使用不同网络的服务，将会有不同的QoS体验，而这种不同的QoS体验则会对应不同QoS满意度。不失一般性地，以网络j为例，用户对该网络提供的服务的满意度应满足下列条件：

　　其中l是正的常数。上式中的最后一个条件反映了QoS参数超出一定范围后，用户对QoS参数的提升将不再敏感，进而用户不会再因为网络服务质量的提升而增加其满意度。

　　在本文中，服务质量以网络接入带宽为例，但所提出的满意度概念可广泛应用于网络所提供的其他QoS参数，而不仅限于接入带宽。

　　事实上，用户的满意度行为与用户所使用的业务类型有关。对最简单的业务，如话音业务，一般认为用户满意度只有两个值，分别是完全满意和完全不满意。而对于下一代基于分组的多媒体业务而言，这种仅考虑两个离散值的满意度将不再适用。出于对这类业务的考虑，采用连续函数对用户满意度进行建模。

　　其次，如果价格变化，用户对业务的感知情况不可能不发生变化。

　　前文中，用户满意度是QoS的函数。这里，价格同样表示为QoS的函数。根据上下文的内容，这里所说的QoS参数是网络提供的接人带宽。一般而言，网络j提供的服务的价格pj(bj)，只与网络j分配给用户的接入带宽有关。与满意度函数类似，价格函数应满足下面这个条件：

　　此外，除了满意度和价格，用户在选择网络时还应考虑与网络间相对通信链路质量。用δj表示终端与网络j的接入点间的相对通信链路质量值。该参数值由用户与网络j间通信链路质量和用户与其他网络间通信链路质量共同决定。δj应满足下列条件：

　　其中，qi表示用户与网络i间的通信链路质量。值得注意的是，不同的用户将检测到不同的相对链路质量(δ)值。从δj的定义可知，该值越大，则用户与网络j间的相对通信链路质量越好。

　　实际上，只有当服务质量和价格都是在可接受的情况下，用户才可能对网络所提供的业务表示满意。只有当终端与网络接入点间的相对通信链路质量较好时，用户才可能与网络建立连接。综合考虑这三个因素，提出决策概率的概念。用决策概率表示用户接受网络服务的或然率。针对网络j，定义决策概率为：Aj(sj，pj，δj)，该值反映用户决策使用网络j的服务的概率值。事实上，该值随QoS满意度和相对链路质量的增加而增加、随价格的增加而减小，即Aj(sj，pj，δj)满足：

　　其中，C，μ，ε，是正值常数，而pmax是价格的最大值。实际上，由于系统容量等的限制，网络为用户提供的接人带宽不是无限大，因此，网络的收费也不会是无限大。所以存在价格的最大值，且满足pmax<∞。所选的函数形式也与广泛用于经济学中的Cobb-Douglas要求曲线有一定关系。事实上，决策概率Ai(sj，pj，δj)可以是任何一个满足条件式(4)-式(7)的函数，即文中所得到的结论并不限于式(8)的特殊形式。

　　2 网络选择算法

　　如前文所述，下一代网络系统中，多个异构网络覆盖同一地区将是一个很普遍的现象。不同的网络为用户提供不同的接入带宽以满足用户各种需求。而对于那些位于多网络重叠覆盖区域的用户，有理由相信他们能够且需要在这众多网络中选择最适宜的网络进行接入。多模、变模技术使移动终端有能力进行异构网络的接入选择，而提出的接入网络选择算法则用于移动终端选择一个最合适的无线接入网络。多个异构网络通过广播消息，向用户广播其接入带宽。移动终端在收到该广播消息的基础上通过计算所提出的决策概率的值，从而决定哪个网络最适宜接入。

　　进一步，在描述用户对QoS的感知时一般比较通用的函数形式是S形曲线函数。因此，本文提出的满意度函数也同样采用S形曲线。在综合考虑所有网络提供的QoS参数后，用户对网络j提供服务的满意度可表示为如下形式：

　　其中，v≥2；K是可调整的参数，通过他区分不同用户的满意度；M表示用户可收集到M个网络的信息。这里假设用户的满意度对其上限做了归一化处理，即随着bj的增大，满意度渐进于1。

　　对于价格的考虑，有很多文献提出了不同的定价方案，但到目前为止，这些定价策略的可行性有待进一步研究。因此，为了使本文中所提出的接入网络选择算法在实现时更易操作，本文采用价格与接入带宽呈线性关系的定价策略，依据此策略网络j的定价为：

　　其中k是一正值常数，bj为网络j为用户提供的接人带宽。

　　对于相对链路质量，反映的是用户与各网络间通信条件的好坏情况。这里的通信条件应该是各异构网络间可相互比较的参数。在异构网络系统中，由于使用的物理层的技术各不相同，因此在同构网络中经常使用的信号强度不再适用于做通信条件的衡量标准。为此，采用相对公平的误码率(BER)或误帧率(FER)做相对链路质量的衡量参数。定义用户与网络j间相对链路质量为：

　　其中M表示终端可采集到M个网络的误码率(误帧率)信息，而BERj表示终端检测到的来自于网络j的数据的误码率(误帧率)。由式(11)可知相对链路质量δj的取值范围为[0，1]。