异构无线网络中增强性能和用户体验的垂直切换算法研究

发布时间：2020-09-26 18:04

　　近年来,急剧增加的无线终端用户数量和无线业务量,给当前的无线通信系统带来新的挑战。在异构无线网络中,用户拥有多种获得网络服务的途径。由此带来的网络切换问题成为异构无线网络中保障用户服务质量和用户体验的关键。用户在不同通信场景中具有不同的网络服务需求,如车辆终端等高速移动用户需要在较短时间内完成切换决策,而普通低速用户则更关注切换决策所带来的性能提升。本文首先针对高速用户提出一种车辆异构网络中的稳健垂直切换算法,其次,针对低速用户提出一种保障用户体验的成本感知切换算法。最后,由于前两种算法均以用户为中心进行研究,不能从宏观上使得用户间的切换行为有益于系统整体收益,基于此,提出一种基于消息传递一致性的分布式最优垂直切换算法。本文主要工作如下:1.在车辆异构网络中,针对已有基于决策树的切换算法未考虑噪声干扰问题,导致错误判决,提出一种基于决策树的稳健垂直切换算法。首先,详细分析并给出了已有算法的错误判决概率。其次,采用卡尔曼滤波算法更准确的估计网络属性值。再次,对处于阈值门限附近的属性值判决,设定概率阈值区间,进行二次检测。最后仿真结果表明,该算法降低了切换中的错误判决概率和切换失败率,提升了车辆终端的服务质量。2.从用户希望通过较低的花费获取最满意的网络服务的需求出发,提出一种以用户为中心的成本感知切换算法。首先,根据用户能获取到的网络传输速率建立用户服务满足度模型,并结合归一化的网络花费,将网络切换问题建模为一个多目标优化问题。其次,为降低网络阻塞率,将用户的决策行为转化为EI Farol酒吧问题,通过求解该问题的纳什均衡解得到用户服务满足度的期望值。最后,将原多目标优化问题转化为一个最大化其服务满足度回报率的问题,通过求解该最大化问题得到原多目标优化问题的帕累托最优解。仿真结果表明,该算法提高了网络总吞吐量,降低了切换阻塞率,提升了用户终端的服务体验。3.针对用户做出最优切换决策时,无法预知其他用户的行为,不能保证用户整体的切换行为有益于系统的全局收益。提出一种基于消息传递一致性(Paxos)的分布式垂直切换算法。首先,分析得到当前网络状态下的切换最优分配策略。其次,基于贪心算法从理想最优解逼近实际可行解,通过理论分析证明,所求切换结果为距离最优分配策略最近的最优解。再次,通过基于Paxos的消息传递一致性算法,使得用户在无集中控制装置下达成多方切换共识。最后,实验仿真表明,该算法不仅保障了用户的切换性能,并能提高系统整体的传输速率。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第1章绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 已有工作的整体概述
        1.2.2 提高用户服务质量和体验质量的主要工作
    1.3 论文的主要工作及章节安排
第2章车辆异构网络中基于决策树的稳健垂直切换算法
    2.1 引言
    2.2 算法相关模型和技术简介
        2.2.1 决策树模型
        2.2.2 卡尔曼滤波算法
    2.3 已有基于决策树的切换算法及其错误判决概率分析
        2.3.1 算法判决过程
        2.3.2 错误判决概率分析
    2.4 基于决策树的稳健垂直切换算法
        2.4.1 卡尔曼滤波算法得到更准确的网络属性值估计
        2.4.2 设置概率阈值区间增强算法容错、纠错能力
        2.4.3 多属性判决过程
        2.4.4 所提算法时间复杂度分析
        2.4.5 所提算法错误判决概率分析
    2.5 实验仿真
        2.5.1 仿真参数设置
        2.5.2 仿真结果分析
    2.6 本章小结
第3章异构无线网络中新的成本感知垂直切换算法
    3.1 引言
    3.2 垂直切换模型
    3.3 获取预期服务满足度概率的估计
        3.3.1 EI Farol酒吧问题模型
        3.3.2 用户获取预期服务满足的概率
    3.4 成本感知垂直切换算法
        3.4.1 算法过程
        3.4.2 算法时空复杂度分析
    3.5 实验仿真
        3.5.1 仿真参数设置
        3.5.2 仿真结果分析
    3.6 本章小结
第4章基于一致性消息传递的分布式最优垂直切换算法
    4.1 引言
    4.2 网络切换模型
        4.2.1 用户可达到的数据传输速率分析
        4.2.2 垂直切换理想分配策略
    4.3 垂直切换最优可行解分析
    4.4 基于一致性消息传递的分布式垂直切换算法
        4.4.1 消息传递一致性模型
        4.4.2 分布式垂直切换算法
    4.5 仿真结果及分析
        4.5.1 仿真参数设置
        4.5.2 仿真结果分析
    4.6 本章小结
第5章总结与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 后续研究工作
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果

【参考文献】