异构云无线接入网(彭木根)
异构云无线接入网络：原理、架构、技术和挑战
彭木根，艾元
（1.北京邮电大学，北京 100876）
摘 要：为了缓解密集异构无线网络节点间严重的干扰以及提高节点间分布式协作处理增益，同时解决云无线接入网络控制信息传输复杂，无法和已有移动通信网络融合问题，提出了异构云无线接入网络（H-CRAN）作为第五代宽带移动通信系统的接入网解决方案。所提H-CRAN的核心是将云无线接入网络与密集异构无线网络融合，把控制平面功能从云无线接入网络中抽离，通过已存的异构大功率节点实现控制平面功能和全网的无线覆盖，利用无线射频单元实现热点区域海量业务的大容量传输。本论文介绍了H-CRAN的系统构架、关键技术组织，和研究技术挑战等。
关键词：异构云无线接入网（H-CRAN）；第五代移动通信系统(5G)；云无线接入网络(C-RAN)；云计算
Heterogeneous Cloud Radio Access Networks: Principle, Architecture,
Techniques and Challenges
Mugen Peng, Yuan Ai
（Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing, 100876)
Abstract: To mitigate the severe inter-tier interference and enhance limited cooperative gains resulting from the
constrained and non-ideal transmissions between adjacent base stations in heterogeneous networks (HetNets), and
solve the emerging problems including the complex delivery of control signaling and difficult convergence with
the existing mobile cellular networks in cloud radio access networks (C-RAN), heterogeneous cloud radio access
networks (H-CRAN) are proposed as the promising solution for the fifth generation radio access network. The
core characteristics of H-CRAN are to combine the advantages of HetNets and C-RAN, decouple the control
plane from C-RAN into the existing heterogeneous high power nodes (HPN), and deploy dense simple remote
radio heads (RRH) to absorb huge traffic in some hot spots. In this article, the issues of system architectures,
promising key techniques, and researching challenges are discussed.
Key words: Heterogeneous cloud radio access networks (H-CRAN), the fifth generation mobile communication
systems (5G), cloud radio access networks (C-RAN), cloud computing
1 引言
在过去20年，高质量的无线视频流，社交网络和机器对机器等业务和智能应用呈爆炸式增长，可以预见未来移动互联网和物联网应用还将进一步增加，如何为这些按指数递增的无线多媒体业务提供非对称数字用户线路（ADSL）类似的有线通信的用户体验，是第五代移动通信系统（5G）亟需解决的难题。相比
较于当前的第四代移动通信系统（4G），5G单条链路的数据业务传输速率将达10Gbps，频谱及功率效率将提升10倍，网络覆盖的单位面积吞吐率将提升25倍，单节点接入用户数提升10至100倍，端到端业务时延缩短至1ms，和终端电池使用寿命延长10倍等。传统蜂窝移动通信系统的接入网架构自从第一代移动通信系统使用以来，寿命已超过了40年，最初设计的目的是实现基站服务区域重叠尽可能少的无缝覆盖，因此提出了简单高效的六边形蜂窝组网架构，但其规则蜂窝组网在简化网络设计的同时，也阻碍了网络性能的进一步提升。为了实现5G的性能目标要求，需要从组网架构上进行改进，打破传统规则蜂窝组网架构，提出新型的5G和后5G的无线接入网络架构和先进的信号处理技术。
密集分层异构网络（HetNet）在后4G已经提出，通过增加异构的小功率节点（LPN）实现热点地区的海量业务吸收，理论上网络谱效率和单位面积的LPN节点密度成正比。由于LPN随机布置，且和HPN重叠覆盖同一服务区域，因此HetNet打破了传统规则蜂窝组网架构，但其性能严重受限于相邻LPN间以及LPN-HPN间的干扰，相关的跨层干扰和同层干扰控制一直是学术界和产业界的热点和难点[1]。多点协作（CoMP）传输和接收技术是抑制干扰的先进技术之一，但其性能紧密依赖于回程链路的传输容量限制，在非理想回程场景下，实际HetNet网络的CoMP性能增益只有约20%。为了大幅度提升实际网络的组网谱效率，并降低能量消耗，一种有效方法是结合大规模云计算平台进行集中实时信号处理，初步实现云计算和无线接入网络的融合，中国移动于2009年在业界首次提出了云无线接入网络（C-RAN）的解决方案。C-RAN通过把传统的基站分离为离用户更近的无线远端射频单元（RRH），和集中在一起的基带处理单元(BBU)。多个BBU集中在一起，由云计算平台进行实时大规模信号处理，从而实现了BBU池。C-RAN的主要技术挑战在于BBU池和RRH需要单独建立，重新组建一个小接入网，和目前已有的HPN无法兼容；更加困难的是无法高效提供实时语音业务，以及在密集RRH布置下控制信令下放管理负责，且消耗大量的用于业务承载的有限无线资源等。
借鉴HetNet中通过HPN实现控制和业务平面的分离，以及C-RAN中RRH高效支撑局部业务特征，联合HetNet和C-RAN各自优点，充分利用大规模实时云计算处理能力，本论文提出了异构云无线接入网（H-CRAN）作为5G无线接入网络的解决方案[2]。本论文内容安排如下。第二节主要介绍了H-CRAN架构，第三节则讨论了基于云计算的信号处理和网络技术的关键技术，第四节给出了未来的技术挑战等。
2 H-CRAN系统构架组成
如图1所示，H-CRAN中数量众多的低能耗RRH相互合作，并在集中式BBU池中实现大规模协作信号处理。RRH作为前端射频单元，具有天线模块，主要的基带信号处理和上层空中接口协议功能都在BBU池中实现。传统的C-RAN的BBU池集合了集中式存储、集中式信号处理和资源管理调度、以及集中式的控制等功能，使得C-RAN的控制管理功能复杂，大规模无缝C-RAN组网难度大且不现实，且无法和已有的4G等蜂窝网络兼容，且支撑突发的小数据业务的能力不突出，对实时语音业务并不能很好地支持。与C-RAN不同，H-CRAN中的BBU池和已有的大功率节点（HPN）相连，可以充分利用3G和4G等蜂窝
网络的宏基站实现无缝覆盖，且实现控制和业务平面功能分离。HPN用于全网的控制信息分发，把集中控制云功能模块从BBU池剥离出来。此外，BBU池和HPN之间的数据和控制接口分别为S1和X2，其继承于现有的3GPP标准协议。在H-CRAN中，RRH间的干扰由BBU池进行大规模协作信号处理来抑制，而RRH和HPN间的干扰可以通过HetNet中的CoMP进行分布式协调进行减少[3]。
核心网网络层HPNBBU Pool接入层终端层回程(Backhaul)集中式逻辑存储云集中式逻辑通信云集中控制云去程(Fronthaul)UEUEUEUEUEUERRHRRHH-CRANRRHRRHUEUEUEUERRHRRHRRHRRHUE
图1 H-CRAN系统架构和组成
需要说明的是，传统C-RAN的主要性能瓶颈之一在于去程（Fronthaul）链路的容量受限，而所提的H-CRAN由于HPN的参与，避免了控制信令的传输开销，让部分用户接入HPN也减少了业务传输速率的开销，从而有效缓解了去程链路的容量需求，实现了RRH对用户而言是透明的，不需要为RRH分配小区识别号等，简化了网络设计和规划等。所有的控制信令和系统广播信息都由HPN发送给用户设备（UE），可以使RRH根据用户业务需求自适应的进行休眠，从而有效地节约了能量消耗，实现以用户为中心的绿色节能通信。需要说明的是，一些突发流量或即时消息业务可以由HPN来支撑，确保业务能够无缝覆盖，RRH只用于满足热点区域海量数据业务的高速传输需求。对于RRH和UE之间的无线传输来说，可以采用不同的空中接口技术，例如IEEE802.11 ac/ad、毫米波，甚至可见光等。
为了提高H-CRAN的网络能量效率性能，RRH的开关与业务量自适应匹配。当业务负载较低时，一些RRH在BBU池的集中自优化处理下进入睡眠模式。当业务负载变得较大时，可以自适应激活睡眠的RRH。此外，根据UE承载业务和传输性能等要求，一个或者多个RRH自适应为其服务；如果UE业务量较少，同一个RRH的单一资源可以为多个UE共享使用。
利用所提的H-CRAN，除了能显著提高网络的谱效率和能量效率性能外，还能大幅度改善移动性能。由于在不同RRH间移动只涉及到资源调度的变化，不离开HPN覆盖范围就不需要进行切换，所以显著减少了C-RAN系统中常有的不必要切换，降低了切换失败率、乒乓切换率和掉话率等。
3 H-CRAN关键技术
为了发挥H-CRAN性能优势，需要充分挖掘基于大规模云计算处理的优势，对传统的物理层，媒体接入控制层和网络层进行增强。对物理层而言，基于云计算的CoMP（CC-CoMP）技术作为4G系统中CoMP技术的增强，主要用来实现同层RRH间，以及跨层RRH和HPN间的干扰抑制；大规模协作多天线（LS-CMA）技术通过在HPN中布置大规模的集中式天线阵列来获得天线分级和复用增益。通过基于云计算的协作无线资源管理（CC-CRRM）技术，实现资源的虚拟化和用户的高效资源调度，同时实现HPN和RRH间的干扰协调和移动性管理增强等。另外，通过基于云计算的网络自组织（CC-SON）技术，实现自配置、自优化和自治愈，提高H-CRAN的智能组网能力，同时降低网络规划和维护方面的成本等。
3.1 基于云计算的大规模多点协作（CC-CoMP）
异构网络
一 异构网络
异构网络(Heterogeneous Network）是一种类型的网络，其是由不同制造商生产的计算机，网络设备和系统组成的，大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用。
所谓异构是指两个或以上的无线通信系统采用了不同的接入技术，或者是采用相同的无线接入技术但属于不同的无线运营商。利用现有的多种无线通信系统，通过系统间融合的方式，使多系统之间取长补短是满足未来移动通信业务需求一种有效手段，能够综合发挥各自的优势。由于现有的各种无线接入系统在很多区域内都是重叠覆盖的，所以可以将这些相互重叠的不同类型的无线接入系统智能地结合在一起，利用多模终端智能化的接入手段，使多种不同类型的网络共同为用户提供随时随地的无线接入，从而构成了异构无线网络。
异构网络融合是下一代网络发展的必然趋势。下一代无线网络是异构无线网络融合的重要原因是：基于异构网络融合，可以根据用户的特点（例如车载用户）、业务特点（例如实时性要求高）和网络的特点，来为用户选择合适的网络，提供更好的QoS。一般来说，广域网覆盖范围大，但是数据传输速率低，而局域网正好相反。因此在实际应用中，多模终端可以根据自身的业务特点和移动性，来选择合适的网络接入。与以往的同构网络不同，在异构网络环境下，用户可以选择服务代价小，同时又能满足自身需求的网络进行接入。这是由于这些异构网络之间具有互补的特点，才使异构网路的融合显得非常重要。因此一些组织提出了不同的网络融合标准，这些组织有3GPP（The 3rd Generation Partnership Project）、MIH（The IEEE 802.21 Media Independent Handover working group）和ETSI（The
European Telecommunications Standards Institute）。
通信技术近些年来得到了迅猛发展，层出不穷的无线通信系统为用户提供了异构的网络环境，包括无线个域网(如Bluetooth)、无线局域网(如Wi-Fi)、无线城域网(如WiMAX)、公众移动通信网(如2G、3G、4G、5G)、卫星网络，以及Ad Hoc网络、无线传感器网络等。尽管这些无线网络为用户提供了多种多样的
无线数字家庭网络泛在接入技术
无线数字家庭网络泛在接入技术
摘要：数字家庭网络是通信领域的一个重要分支，近年来发展非常迅速。基于电信网络的数字家庭网络体系结构在中国已经标准化，但就接入方式而言，只是定义了可以使用无线方式，如何组建无线数字家庭网络是未来研究的重点。文章提出了无线数字家庭网络泛在接入概念，给出了无线泛在接入网络体系结构，并就其中的关键技术进行了探讨，包括感知无线电、无线网状网(Mesh)网络理论、通用接入点链路转换机制、业务的QoS保障机制以及电磁兼容和异构系统共存机制等。
关键词：无线数字家庭网络；泛在接入；感知无线电；无线网状网
Abstract: Digital home networks, an important
communications branch, have been developing rapidly in recent
years. Digital home network architecture based on
telecommunication networks has been standardized in China.
However, only the wireless access mode has been defined for
access to digital home networks. How to establish wireless
digital home networks is a research focus in the future. This
paper proposes the concept of ubiquitous access to wireless digital home networks, and presents architecture of the
wireless ubiquitous access network. Moreover, it analyzes the
异构网络融合
异构网络融合浅析
院系：电子工程与光电技术学院
专业： 通信工程
班级： 07042201
姓名： 包华广
学号： 0704330107
1 摘要：异构网络融合是未来网络技术发展的必然趋势。异构网络的融合面临着高延迟、高消耗、低速率等诸多方面的“瓶颈”。为克服这些“瓶颈”，满足异构网络融合的需求，多无线电协作技术应运而生。通过多无线电间的相互协作和对多无线电资源的有效管理及合理分配，能够有效地提高网络吞吐量，降低无线设备的能量消耗，减少异构网络间切换的延迟，从而为实现真正的异构网络无缝融合提供了可能。
关键词：异构网络；融合；
通信技术近些年来得到了迅猛发展，层出不穷的无线通信系统为用户提供了异构的网络环境，包括无线个域网(如Bluetooth)、无线局域网(如Wi-Fi)、无线城域网(如WiMAX)、公众移动通信网(如2G、3G)、卫星网络，以及Ad Hoc网络、无线传感器网络等。尽管这些无线网络为用户提供了多种多样的通信方式、接入手段和无处不在的接入服务，但是，要实现真正意义的自组织、自适应，并且实现具有端到端服务质量(QoS)保证的服务，需要充分利用不同网络间的互补特性，实现异构无线网络技术的有机融合。
异构网络融合是下一代网络发展的必然趋势。所谓异构网络(Heterogeneous Network）是一种类型的网络，其是由不同制造商生产的计算机,网络设备和系统组成的，大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用。
异构网络的融合具有多方面的优势：融合可以扩大网络的覆盖范围，使得网络具有更强的可扩展性；融合可以充分利用现有的网络资源，降低运营成本，增强竞争力；融合可以向不同用户提供各种不同服务，更好地满足未来网络用户多样性的需求；融合可以提高网络的可靠性、抗攻击能力等。
基于混合算法的多目标异构无线网络室内规划
基于混合算法的多目标异构无线网络室内规划
刘宁;秦志光;David Plets;Wout Joseph
【期刊名称】《计算机应用研究》
【年(卷),期】2016(033)009
【摘 要】新的无线网络技术设备的发展使得多种无线技术共存的异构无线网络渐渐地替代了单一技术构成的同构无线网络.为了获得高覆盖、低成本与低辐射的室内异构无线网络,提出了一个遗传算法与类粒子群算法相结合的混合算法.这个算法具备遗传算法搜索的广度及类离子群算法搜索的深度,并且避免了过早收敛于局部.算法被应用于多目标异构无线网络的规划中,仿真结果证明,这个混合算法能有效地实现多目标的无线网络规划方案的优化.
【总页数】4页(P2774-2777)
【作 者】刘宁;秦志光;David Plets;Wout Joseph
【作者单位】电子科技大学计算机科学与工程学院,成都611731;电子科技大学计算机科学与工程学院,成都611731;根特大学信息技术学院(INTEC)WiCa组,根特9050;根特大学信息技术学院(INTEC)WiCa组,根特9050
【正文语种】中 文
【中图分类】TN915.07
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异构云无线接入网(彭木根)
异构云无线接入网络：原理、架构、技术和挑战
彭木根，艾元
（1.北京邮电大学，北京 100876）
摘 要：为了缓解密集异构无线网络节点间严重的干扰以及提高节点间分布式协作处理增益，同时解决云无线接入网络控制信息传输复杂，无法和已有移动通信网络融合问题，提出了异构云无线接入网络（H-CRAN）作为第五代宽带移动通信系统的接入网解决方案。所提H-CRAN的核心是将云无线接入网络与密集异构无线网络融合，把控制平面功能从云无线接入网络中抽离，通过已存的异构大功率节点实现控制平面功能和全网的无线覆盖，利用无线射频单元实现热点区域海量业务的大容量传输。本论文介绍了H-CRAN的系统构架、关键技术组织，和研究技术挑战等。
关键词：异构云无线接入网（H-CRAN）；第五代移动通信系统(5G)；云无线接入网络(C-RAN)；云计算
Heterogeneous Cloud Radio Access Networks: Principle, Architecture,
Techniques and Challenges
Mugen Peng, Yuan Ai
（Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing, 100876)
Abstract: To mitigate the severe inter-tier interference and enhance limited cooperative gains resulting from the
constrained and non-ideal transmissions between adjacent base stations in heterogeneous networks (HetNets), and
solve the emerging problems including the complex delivery of control signaling and difficult convergence with
异构网络之SDN解决方案
异构网络之SDN解决方案
随着网络设备和应用的不断发展，各种网络设备和技术的混合使用也成为了一种常见的需求。这就涉及到了异构网络的概念。异构网络是指由不同类型的网络设备和技术所组成的网络环境，例如由传统的局域网（LAN）、广域网（WAN）和无线局域网（WLAN）等组成的网络。
然而，异构网络环境也带来了一些问题。首先，不同类型的网络设备和技术通常由不同的供应商提供，存在着相互兼容性的问题。其次，不同类型的网络设备和技术可能使用不同的管理和控制方式，导致网络管理和维护的复杂性。此外，异构网络也可能面临网络资源的浪费和管理效率的低下等挑战。
为了解决异构网络环境中的问题，SDN（软件定义网络）提供了一种解决方案。SDN是一种基于软件的网络架构，通过将网络控制平面和数据转发平面进行分离，从而实现网络的集中管理和编程。在SDN中，网络的控制逻辑由集中的控制器负责处理，而数据转发则由网络设备（如交换机和路由器）执行。
在异构网络环境中，SDN可以提供以下好处和解决方案：
1.统一网络管理：SDN可以统一管理异构网络中的各种设备和技术，从而降低网络管理的复杂性。管理员可以使用统一的控制平台来配置、监视和维护整个网络环境。
2.网络编程灵活性：SDN允许管理员根据实际需求灵活地编程网络行为。管理员可以通过编写控制器的应用程序来指定网络流量的路径选择、负载均衡和安全策略等。这样，网络可以更好地适应不同的应用和需求。 3.资源优化和网络安全：SDN可以基于网络流量和性能数据来动态调整网络资源的分配和使用，以优化网络性能和资源利用效率。同时，SDN还可以实施灵活的网络安全策略，通过对网络流量进行监测和控制来提高网络安全性。
4.兼容性和扩展性：SDN可以通过编写适配器和插件来支持异构网络的不同设备和技术。这样，管理员可以无需更换或修改现有网络设备，就可以将其接入到SDN中。这种兼容性和扩展性使得SDN可以适应不断变化的网络需求和技术。
宽带无线接入系统概述
1Page 1Wireless Signal Processing & Network Lab, Beijing University of Posts&Telecomms宽带无线接入系统
彭木根：pmg@
无线通信和数字信号处理实验室
北京邮电大学
2005.6.1
/my/morganpeng/
Page 2Wireless Signal Processing & Network Lab, Beijing University of Posts&Telecomms培训内容
宽带无线接入系统
⇒宽带通信系统发展
⇒无线城域网技术
IEEE 802.16物理层及其OFDM关键技术
IEEE 802.16 MAC及其关键技术
IEEE 802.16演化
IEEE 802.16产品开发
2Page 3Wireless Signal Processing & Network Lab, Beijing University of Posts&Telecomms提纲
宽带无线接入系统
无线城域网
无线城域网主要技术
协议架构
总结
Page 4Wireless Signal Processing & Network Lab, Beijing University of Posts&Telecomms什么是宽带？
3Page 5Wireless Signal Processing & Network Lab, Beijing University of Posts&TelecommsWhere the Standards Fit
Page 6Wireless Signal Processing & Network Lab, Beijing University of Posts&Telecomms不同技术目标
Concatenated coding scheme
面向智能服务的雾无线接入网络：原理、技术与挑战
2021年3月 Chinese Journal of Intelligent Science and Technology March 2021
第3卷第1期 智能科学与技术学报 Vol.3 No.1
面向智能服务的雾无线接入网络：原理、技术与挑战
刘晨熙，刘炳宏，张贤，龙新南，彭木根
（北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京 100876）
摘 要：大数据和人工智能的兴起推动了智能服务的蓬勃发展。然而由于数据管理和模型训练成本高昂，以及用
户对时延和隐私等的需求愈加突出，基于现有的集中式网络架构难以实现整体网络的智能化。为此，提出了一种
支持分布式机器学习的基于人工智能的雾无线接入网络（AI-FRAN）架构，并探讨了支撑该架构的基础理论，明
确了充分利用雾无线接入网络（F-RAN）中通信资源、计算资源以及缓存资源的关键赋能技术。最后，讨论了
AI-FRAN未来的发展机遇与挑战。
关键词：智能服务；雾无线接入网；人工智能；分布式机器学习
中图分类号：TN929.5
文献标识码：A
doi: 10.11959/j.issn.2096−6652.202102
Intelligent service oriented fog radio access network:
principles, technologies and challenges
LIU Chenxi, LIU Binghong, ZHANG Xian, LONG Xinnan, PENG Mugen
State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunication, Beijing 100876, China
Abstract: Big data and artificial intelligence has promoted the development of intelligent service. However, due to the
虚拟化云无线接入网络下基于在线学习的网络切片虚拟资源分配算法
虚拟化云无线接入网络下基于在线学习的网络切片虚拟资源分配算法
唐 伦 魏延南* 马润琳 贺小雨 陈前斌
(重庆邮电大学通信与信息工程学院 重庆 400065)(重庆邮电大学移动通信技术重点实验室 重庆 400065)
摘 要：针对现有研究中缺乏云无线接入网络(C-RAN)场景下对网络切片高效的动态资源分配方案的问题，该文提出一种虚拟化C-RAN网络下的网络切片虚拟资源分配算法。首先基于受限马尔可夫决策过程(CMDP)理论建立了一个虚拟化C-RAN场景下的随机优化模型，该模型以最大化平均切片和速率为目标，同时受限于各切片平均时延约束以及网络平均回传链路带宽消耗约束。其次，为了克服CMDP优化问题中难以准确掌握系统状态转移概率的问题，引入决策后状态(PDS)的概念，将其作为一种“中间状态”描述系统在已知动态发生后，但在未知动态发生前所处的状态，其包含了所有与系统状态转移有关的已知信息。最后，提出一种基于在线学习的网络切片虚拟资源分配算法，其在每个离散的资源调度时隙内会根据当前系统状态为每个网络切片分配合适的资源块数量以及缓存资源。仿真结果表明，该算法能有效地满足各切片的服务质量(QoS)需求，降低网络回传链路带宽消耗的压力并同时提升系统吞吐量。关键词：5G网络切片；云无线接入网络；资源分配；马尔可夫决策过程
中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1009-5896(2019)07-1533-07DOI: 10.11999/JEIT180771
Online Learning-based Virtual Resource Allocation for Network Slicing
in Virtualized Cloud Radio Access Network
TANG Lun WEI Yannan MA Runlin HE Xiaoyu CHEN Qianbin
(School of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts andTelecommunications, Chongqing 400065, China)
基于效用的无线异构接入网络选择机制
Journal of Computer Applications 计算机应用，2018, 38( SI): 116 - 119,123ISSN 1001-9081CODEN JYIIDU2018-06-15http: //www. joca. cn文章编号：1001-9081 (2018) Sl-0116-04基于效用的无线异构接入网络选择机制孙蔚，夏利(东北大学计算机科学与工程学院，沈阳110169)(* 通信作者电子邮箱 superwaterl9911020@ gmail. com)摘要:为了在异构无线网络中更好地满足用户对服务质量（Q〇S)方面的需求，提出了在异构无线网络环境中的 一种接入网络的选择决策机制。考虑到用户偏好、网络状况、服务质量、能耗和网络供应商收益等方面，分别对其进行 效用的计算来选择使之达到各个方面效用之和最大化的最佳网络。为了合理设置用户对不同应用类型的Q〇S参数 权重，采用层次分析法（AHP)计算相应的权重，并利用蝙蝠算法设计了基于效用的异构接入网络选择机制，以此来 寻找到移动终端用户的最佳切换方案。仿真表明，设计的接入网络选择机制能够在满足用户Q〇S需求的同时平衡用 户和网络供应商双方的利益。关键词：异构无线网络;接入网络选择;效用；切换;服务质量中图分类号：TP393.03 文献标志码:ASelection mechanism for utility-based heterogeneous wireless access networksSUN Wei\ XIA Li(School of Computer Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang Liaoning 110169, China)Abstract： To meet the users9 Quality of Service ( QoS) requirements in heterogeneous wireless networks, a selection decision mechanism of access networks in heterogeneous wireless network environment was presented. Taking into account user preferences, network conditions, quality of service, energy consumption and income of the suppliers, the mechanism calculated the utility of each factor respectively to seek the best access network which may maximize the utility of both users and service operators. To set the weights of the user QoS parameters for different types of applications reasonably, Analytic Hierarchy Process (AHP) was adopted to calculate appropriate weights. This paper uses one of the swarm intelligence optimization algorithms, bat algorithm, to design a utility-based heterogeneous access network selection mechanism in order to find the best handover scheme. The experimental results show that the access networks selection mechanism designed in this paper can meet users5 QoS requirements while balancing the benefit of both users and suppliers.Key words： heterogeneous wireless network; access network selection; utility; handover; Quality of Service (QoS)〇引言随着网络的功能多样化和无线网络技术的快速发展，逐 渐形成了各种无线网络同时覆盖的异构无线网络环境，如移 动通信网、无线局域网、卫星网络。人们在城市中移动时，几 乎随时随处都能够接人这些网络。用户日益增长的需求使得网络运营商越来越难以通过单 一类型的接人网络来提供令用户满意的服务。表面上来看, 这些繁杂的无线网络能够给予用户多种通信手段、多种接人 方式以及无处不在的接人服务，然而，想要实现在保证用户服 务质量（Quality of Service, QoS)情况下，快速地、自适应地在 用户不断移动时完成对接人网络的切换选择，则需要更加复 杂的技术才能在异构无线网络的环境下实现。按照系统内外可以将网络切换技术分为系统内切换（水 平切换）和系统间切换（垂直切换）。就目前而言，垂直切换 技术存在着明显的乒乓效应[1],在切换的性能和切换判决等 方面效率较低。而基于介质独立切换[2]的提出，使得垂直切 换能够在上层进行，而不需要考虑底层的接人技术。因此如 何保证高效、低迟延的情况下作出最优的切换判决是需要进 一步提升的方面。近年来，考虑了多种方面的接人网络选择机制相继被提 出。文献[3]提出了一种基于用户的体验质量（Quality of Experience，QoE)感知的切换决策方法，能维持多媒体服务的 Q〇E并且避免不必要的切换。文献[4]提出了一种异构网络 中基于模糊多指标的切换选择模型，使用逼近理想解 (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, TOPSIS)判别机制决策。文献[5]提出了一种基于服务历史 信息的QoS感知的垂直切换算法。文献[6]提出了一种以合 作博弈和竞价模型为基础的垂直切换决策算法。文献[7]提 出了一种基于切换概率分布和用户偏好的自选择决策树的垂 直切换机制。文献[8]提出了一种无缝垂直切换决策的解决 方案，旨在为移动客户端提供不间断的连接。文献[9]提出 了一种无线网络覆盖环境下，基于模糊逻辑的自适应垂直切 换决策机制。文献[10]提出了一种基于网络代价函数权值 可变的，通过速度自适应策略克服网络发现阶段方式单一的 缺点的异构无线网络环境下的垂直切换算法。文献[11]考 虑融合无线局域网和第三代移动通信技术，对异构网络中的 参数进行Vague化处理，之后使用提出的一种多目标决策算 法进行切换。文献[12]考虑终端移动趋势，对现有的垂直切 换算法进行了优化，通过利用趋势量化参数得出最终终端会收稿日期:2017-10-12;修回日期:2017-12-05。 基金项目：国家自然科学基金资助项目（61672144)。作者简介:孙蔚(1991 一），男，辽宁大连人，硕士研究生，主要研究方向:无线网络切换、计算机网络；夏利（1962—），女，四川乐山人，副教 授，博士，主要研究方向: