（计算机应用技术专业论文）基于重复博奕的异构无线网络选择算法研究.pdf

，j 西华大学学位论文独创性声明 |iiiiiil ll lli i ii i i i iiii 18 8 4 5 5 2 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：侮 放 指导教师签名： 日期：1 0 12 - 日期勺彦 西华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 学位论文作者签名：镝钮指导教师签名：事1 地 日期：如i 0 ，l 久 日糁o l o ，j a 、。 西华大学硕士学位论文 摘要 随着移动通信技术的飞速发展和无线网络的日趋演进，各种现有的以及未来新兴的 无线接入技术共同存在，。既相互补充又相互竞争，构成了下一代泛在的无线网络。然而 不同的接入技术在带宽、传输时延、覆盖范围以及移动性支持等方面存在着差异，没有 一种无线接入技术能够同时满足广覆盖、低时延、高带宽和低成本的要求，于是无线网 络间的互通和融合便成为未来宽带无线通信发展的必然趋势。在这种融合发展的趋势 下，如何为用户和终端提供移动性管理以保证异构网络间的无缝漫游是下一代无线网络 最紧迫的需求之一。因此，无缝切换也就成为异构无线网络融合的关键技术。其中当移 动节点处于多个异构网络的重叠覆盖区域时，如何去选取一个合适的网络，作为切换的 目标网络，吸引了大量国内外学者与科研机构去研究和探讨。本文针对典型的异构无线 网络切换场景下的网络选择算法进行了研究，主要包括以下几个方面： 1 、本文以w i m a x 和w i f i 无线网络技术为基础，构建了一个典型的异梅无线网 络场景。其中移动节点是一个多模终端，可以支持多种无线网络的空中接口。 2 、在多个异构无线网络的重叠覆盖区域，存在着多个不同的移动节点连续、动态 地针对多个候选网络选择目标网络的情况。因此，本文引入了参与人不固定时的重复博 弈论，采用消费品市场交易模型，来解决异构无线网络切换中的网络选择问题。 3 、最后，通过仿真实验证明，本文所提出的网络选择算法，能有效地实现网络之 间的负载均衡，即增加了网络方的整体收益，又增加了参与合作的各个网络的收益，使 得网络的资源分配的更加合理。 关键词：异构无线网络；垂直切换；重复博弈论；消费品市场交易模型 基于重复博弈的异构无线网络选择算法研究 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dw i r e l e s sn e t w o r k s e v o l u t i o n ，t h ew i r e l e s st e c h n o l o g i e sw h i c hc o n t a i nt h ee x i s t i n ga n dt h en e wd e v e l o p i n gi nt h e f u t u r ew i l lc o m p l e m e n ta n dc o m p e t i t i o ne a c ho t h e r ，p r o v i d i n gt ou s e r sw i t ht h eh e t e r o g e n e o u s n e t w o r ke n v i r o n m e n t h o w e v e r ，d i f f e r e n ta c c e s st e c h n o l o g i e sh a v ed i f f e r e n tb a n d w i d t h ，d e l a y ， c o v e r a g ea n dm o b i l i t ys u p p o r t ，t h e r ei sn o w i r e l e s sn e t w o r kt os i m u l t a n e o u s l ys a t i s f yt h ew i d e c o v e r a g e ，l o wl a t e n c y ，h i g hb a n d w i d t h ，l o wc o s t ，e t c 。s ot h ei n t e r o p e r a b i l i t ya n di n t e g r a t i o no f w i r e l e s sn e t w o r kw i l lb e c o m ea ni n e v i t a b l et r e n di nt h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ni nt h ef u t u r e b u ti nt h i st r e n d ，h o wt op r o v i d et h em a n a g e m e n to fm o b i l i t yt o u s e r sa n dt e r m i n a l st oe n s u r et h es e a m l e s sr o a m i n gi so n eo ft h em o s tp r e s s i n gn e e d si nt h en e x t g e n e r a t i o nw i r e l e s sn e t w o r k h o w e v e r ，h a n d o f fm a n a g e m e n ti s a ni m p o r t a n tp a r to ft h e m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，s o ，h a n d o f fb e c o m e sak e yt e c h n o l o g yo fn e t w o r ki n t e g r a t e d ，a n ds oi fa m o b i l en o d el o c a t e si na no v e r l a p p i n ga r e aw i t hs e v e r a lh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ，h o wt o c h o o s ea na p p r o p r i a t en e t w o r ka t t r a c t i n gal a r g en u m b e ro fd o m e s t i ca n df o r e i g ns c h 6 1 a r sa n d r e s e a r c hi n s t i t u t i o n st oc o n d u c ti n d e p t hs t u d ya n dd i s c u s s i o n s oa c c o r d i n gt ot h ec o m p l e x i t y o fh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sa n dp a r t i c u l a r i t y ，t h i st h e s i sw a ss t u d i e dt h eh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s s n e t w o r k ss e l e c t i o na l g o r i t h mi nac o m p l e xh a n d o f fs c e n a r i o t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y ，at y p i c a la n dc o m p l e xh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sn e t w o r k sv e r t i c a lh a n d o f f s c e n a r i o w h i c hc o n t a i n sw i m a xa n dw i f in e t w o r kw a sa d o p t e dt os t u d yt h ev e r t i c a lh a n d o f fd e c i s i o n a l g o r i t h m a l s oi nt h i ss c e n a r i o ，t h em o b i l en o d ei sam u l t i m o d u l e st e r m i n a lc a ns u p p o s et h e m u l t i p l ea i ri n t e r f a c e s s e c o n d l y ，i nt h eo v e r l a pa r e ao fm u l t i p l eh e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sn e t w o r k s ，t h e r ee x i t sa c a s et h a ts o m en o d e sc h o o s et h et a r g e tn e t w o r kc o n t i n u o u sa n dd y n a m i ca i ma tt h ed i f f e r e n t c a n d i d a t en e t w o r k s ，s ow ei n t r o d u c e dt h er e p e a t e d - g a m ew i t hu n f i xp l a y e r sa n dt h ec o n s u m e r g o o d sm a r k e tt r a n s a c t i o n sm o d e lw a sa d a p tt os o l v et h ep r o b l e mo fn e t w o r ks e l e c t i o na m o n g h e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sn e t w o r k s t h i r d l y ，t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ss h o w t h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h mn o to n l yt oe n s u r e l o a db a l a n c i n ga m o n gt h ev a r i o u sn e t w o r k s ，b u ta l s ot oi n c r e a s et h ep a y o f fo fe a c hc o o p e r a t i v e n e t w o r ka n dt h et o t a lp a y o f fo ft h en e t w o r ks i d ea n dm a k et h en e t w o r kr e s o u r c ea l l o c a t e r e a s o n a b l e k e yw o r d s ：h e t e r o g e n e o u sw i r e l e s sn e t w o r k ；v e r t i c a lh a n d o f f ；r e p e a t e d - g a m e t h e o r y ；c o n s u m e rg o o d sm a r k e tt r a n s a c t i o n sm o d e l n 西华大学硕士学位论文 目录 摘要手i a b s t r a c t i i 1 i i ；。论1 1 1 研究背景与意义1 1 2 国内外现状4 1 2 1 水平切换决策机制4 1 2 2 国际标准化组织的工作：5 1 2 3 相关研究成果6 1 3 论文主要内容1 0 2 博弈论理论基础1 1 2 1 博弈论基础。1 1 2 1 1 博弈论及其发展。1 1 2 1 2 博弈论的构成要素1 2 2 1 3 博弈的分类1 4 2 2 重复博弈论1 6 2 2 1 动态博弈1 6 2 2 2 重复博弈1 6 2 2 - 3 参与人不固定时的重复博弈及其模型。1 7 2 2 4 子博弈精炼纳什均衡的应用1 7 3 基于重复博弈的异构无线网络选择算法1 9 3 1 典型的异构无线网络垂直切换场景1 9 3 2 消费品交易市场模型2 0 3 2 1 移动节点与网络之间的非合作、动态博弈2 0 3 2 2 网络之间的合作博弈2 3 3 3 算法描述2 3 3 3 1 基于重复博弈的异构无线网络选择算法2 3 3 3 2 网络方的调整策略。2 5 4 仿真实验2 6 4 1 参数设置。2 6 4 2 实验结果2 9 结论：4 2 m 4 4 4 9 。5 0 西华大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景与意义 随着无线移动通信的飞速发展和网络的日趋演进，人们逐渐认识到，下一代移动通 信的发展趋势是，多种无线接入技术共存、相互补充，并逐步走向融合，以此来实现多 样化的服务和无缝移动，从而更有效的满足个人通信和信息获取的需求。而这些就要求 信息技术、多媒体技术和电信技术等在不同领域相互结合，使通信逐渐成为一个统一的 整体。各种现有的以及未来新兴的无线接入技术共同存在，既相互补充又相互竞争，构 成了下一代泛在的无线异构网络。然而不同的接入技术在带宽、传输时延、覆盖范围以 及移动性支持等方面存在着差异，没有一种无线网络能够同时满足广覆盖、低时延、高 带宽、低成本等要求，于是无线网络间的互通和融合便成为未来宽带无线通信发展的必 然趋势。 纵观移动通信网络的发展和无线接入技术的演进，我们可以看出，当无线通信技术 发展到4 g 时代，无论是所采用的技术还是希望所达到的性能，都呈现出相互角逐、相 互融合的趋势。随着技术的不断发展和网络的日趋演进，移动通信和无线接入在相互角 逐的同时，走向了互相的融合。无线移动通信发展趋势如图1 1 所示： 高 中 低 1 0 k b p s 2 0 0 k b p s 3 0 0 k b p s1 0 m - 1 0 0 m b p s1 0 0 m i g b p s 速率 图1 1 无线移动技术与标准的演进过程示意图 f i g 1 1w i r e l e s sm o b i l et e c h n o l o g ya n ds t a n d a r d sd e v e l o p m e n tp r o c e s s 异构无线网络间的互通和融合，并不是说要建设一个崭新的具备各种功能完善的网 基于重复博弈的异构无线网络选择算法研究 络，而是考虑将多种无线接入技术整合到一个统一的网络环境中，达到有效的利用全网 资源，为用户提供无缝漫游服务的目标。而整合多种无线接入技术，这就要求各种无线 技术包括已经存在的和即将部署的，能够相互协调和集成，充分发挥各自的优势。由于 不同的接入技术在带宽、传输时延、覆盖范围以及移动性支持等方面存在着差异，没有 一种无线网络能够同时满足广覆盖、低时延、高带宽、低成本等要求，而用户对信息通 信和带宽的需求不平衡并且多样化的特点，使得各种无线网络技术都有其生存和发展的 空间，这就使得各种无线网络重叠覆盖，形成一种特殊的泛在的异构无线网络环境。异 构无线网络融合涉及到移动通信系统的多个层面，包括业务层面、控制层面、接入层面， 传送层面和空中接口层面。在涉及和实现异构无线网络融合系统过程中，将面临诸多的 技术挑战，如无缝移动性管理、融合网络架构、异构无线资源管理、端到端的重配置以 及q o s 保证等。 在异构网络融合架构下n 】，一个必须要考虑并解决的关键问题是：如何使用户在任 何时间任何地点都能获得具有服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，简写q o s ) 保证的服务。 异构网络融合中具有q o s 保证的关键技术研究，主要集中在呼叫准入控制算法、垂直切 换中的网络选择算法、异构资源分配算法等无线资源管理算法方面。对垂直切换算法的 研究是随着异构网络切换问题的提出而出现的，是一个相对比较新的研究方向。切换管 理是移动性管理的重要组成部分，而在异构网络环境中，移动性管理是最本质的问题， 它能够支持移动节点在各种接入网络中自由漫游、无缝切换口1 ，因而，切换也就成为异 构无线网络融合的关键技术。 切换管理主要包括切换准则、切换控制方式和切换后的资源分配等内容口1 。其中切 换准则指的是在何时何种条件下发生切换；切换控制方式是由网络或者移动终端发起的 切换；切换后的资源分配则包括链路层的信道分配、网络层转交地址分配和绑定等。 切换是多个网络融合的基础，也是未来移动互联网的关键特征和核心技术。当移动 节点的位置发生改变时，与其他主机间的当前连接从一个接入点转移到另一个接入点时 发生切换。而切换过程主要分为两大类：水平切换和垂直切换。水平切换是基于同一种 接入技术间的不同接入路由器之间的切换，比如，w l a n 网络的不同接入点之间的切换； 垂直切换则是在不同的网络接口问进行的切换，比如，u m t s 和w l a n 重叠覆盖的区域， 在u m t s 和w l a n 网络之间的切换。而是否切换取决于当前使用网络的信号强度、当前使 用网络的拥塞程度、当前使用网络的无线链路质量、该重叠覆盖区域有更好的链路质量 的网络出现以及用户提出额外的业务需求现有的网络是否能够提供。若移动节点接收到 的信号强度低于某一预定的阈值，或当前使用网络的无线链路质量降低，或用户提出的 额外业务而当前使用网络无法满足，即启动切换，从而改变接入点，同时更新节点的路 2 西华大学硕士学位论文 由信息。由于不同无线接入技术的特征差异，因此垂直切换是非对称的。切换决策的制 定既可以由网络方进行，移动节点进行辅助，也可由移动节点自行检测信号强度、网络 状况等信息，然后自己做出切换决策。在切换执行过程中，移动节点既可主动与目标网 络建立连接之后再释放原有连接，也可在原有连接断开之后被动与新的目标网络进行连 接。 表1 1 切换的分类 t a b 1 1t h e c a t e g o r i e so f h a n d o f f 子网问技术间、域问技术间、域内 技术内、域间技术内、域内 子网内技术内、域问 技术间、域内 根据终端移动和接入网络的类型，切换可以分为子网间的切换和子网内的切换两大 类，如表1 1 所示。 卜一系统发现 切换判决一切换执行一 图1 2 垂直切换的过程 f i g 1 2t h ep r o c e s so fv e r t i c a lh a n d o f f 在异构无线网络环境下的垂直切换包括3 个阶段：系统发现阶段、决策阶段和执行 阶段。切换的系统发现阶段主要完成的工作是切换启动后，移动终端在重叠覆盖区域搜 基于重复博弈的异构无线网络选择算法研究 索新的可以切换的候选网络；切换的决策阶段主要完成的工作是，当移动终端搜索到候 选网络后，就向所有的候选网络发送q o s 请求，候选网络根据移动终端的请求，提供q o s ， 此后，移动终端根据一系列的因素，决定选取那个候选网络成为切换的目标网络，切换 决策的依据包括接收信号强度、链路质量、资费和用户偏好等；切换的执行阶段包括两 个子阶段：切换的预处理阶段和切换的真正执行阶段，在切换的预处理阶段，主要完成 的是切换执行前的准备工作，包括诸如切换时机的选择等工作，而切换的真正执行阶段， 是完成所有决策操作之后的具体切换工作。以上的三个阶段根据不同的切换场景可能会 有所不同，图1 2 描述了垂直切换的全过程。 在本篇论文中，我们的研究对象是网络选择算法，而网络选择算法作用在垂直切换 的第二个阶段切换决策阶段。它是以切换决策的第一个阶段网络发现阶段为基础， 从发现的网络系统中获取q o s 信息，通过制定的算法对信息处理得出决策结果，为下一 阶段的切换执行提供指导，是一个承前启后的阶段，网络选择算法的好坏直接决定了切 换质量的好坏，它是影响切换质量的关键因素。这些都吸引了大量国内外学者与研究机 构对该问题进行深入研究与探讨。 1 2 国内外现状 切换是异构无线网络融合的关键技术，是移动通信研究的重要内容，目前，针对切 换的研究大多集中在水平切换方面，关于垂直切换的研究还不是很深入。 1 2 1水平切换决策机制 传统的水平切换控制机制，主要采用接收到的信号强度( r s s ) 作为接入网络可用性 的指示，并由此判断切换是否发生。目前可以概括出以下四种典型的切换判决策略瞳儿铂嘲： 基于接收信号强度( r s s ) 的切换策略，重叠覆盖区域中某个候选网络提供的r s s 高于当前使用的网络的r s s ，则发生切换。 基于接收信号强度( r s s ) 加阈值( t h r e s h o l d ) 的切换策略，重叠覆盖区域中某个 候选网络提供的r s s 高于当前使用的网络的r s s ，且当前使用网络的r s s 比预 定的阈值还要低时，发生切换。 基于接收信号强度加滞后余量的切换策略，重叠覆盖区域中某个候选网络提供 的r s s 高于当前使用的网络的r s s ，当且仅当高于预定的阈值的情况下，切换 发生。 基于接收信号强度加滞后余量加阈值的切换策略，重叠覆盖区域中某个候选网 络提供的r s s 高于当前使用的网络的r s s ，且高于预定的阈值，同时，当前使 用网络的r s s 比预定的阈值还要低时，切换发生。 4 西华大学硕士学位论文 由于不同网络问切换的不对称，传统意义上的水平切换控制机制并不适合垂直切换 的要求。越来越多的国际组织和科研工作者都将异构无线网络中的垂直切换作为研究的 重点。 1 2 2 国际标准化组织的工作 国际上各标准化组织、研究机构非常重视这一领域的研究与标准化工作，正在纷纷 通过建立实验系统等对移动i p 的切换性能和位置管理功能进行研究，并开始着手下一 代移动通信网络技术规范的研究和制定嘲嘲口1 ，期望达到“任何人在任何时间，任何地点 通过集成终端可以使用任意一种系统提供的业务”的通信目标。 i e t f 哺1 ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，i n t e r n e t 工程任务组) 倡导将移动i p 作为移动性管理的技术，最早提出了移动i p 的基本协议r f c 2 0 0 2 ，并成立了专门的工 作组对i p 移动性进行研究。i e t f 主要解决i n t e r n e t 上移动主机的路由等问题。针对移 动i p 相继完成了r f c 2 0 0 3 、r f c 2 0 0 4 、m i b 定义等协议的封装，同时也提出了一些比较 成熟的草案，例如移动i p 路由优化，移动i p v 4 低时延切换等等。对于分级的移动i p v 6 和快速切换i p v 6 研究人员还提出了优化改进措施。当前其关注的热点包括移动i p 对3 g 、 4 g 的支持、移动i p 的m i b 结构、移动i p 安全、o o s 、移动i p v 6 切换优化和移动i p v 6 节点的多重转交地址配置等问题。 3 g p p 旧1 ( t h e3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 主要致力于利用i e t f 的i p 移 动性管理一些，结合3 g 、4 g 移动通信网络，解决无线蜂窝网络向全i p 网络演化中所遇 到的问题。3 g p p 认为，电信网络，无论是固定网络还是蜂窝网络，都向基于i p 的网络 发展演变。3 g p p 将逐步引入无线移动i p 技术，主要解决i p 路由、移动性管理、资源分 配、安全认证和计费问题。而非授权移动接入u n l i c e n s e dm o b i l ea c c e s s ( u m a ) 作为 3 g p p 的标准，定义了移动蜂窝网络与w i - f i 网络n 们的融合。另外，3 g p p 还提出了w l a n 和u m t s 互联方案中的6 种互操作场景，针对欧洲电信标准协会定义了两种异构网络的 融合结构：松耦合和紧耦合h 妇口刭。 3 g p p 2 n 副发布了由3 g p p 2t s g p 工作组开发的标准p s 0 0 0 1 一bv 0 ，即“无线移动 i p 。在该标准中定义了基于c d m a 2 0 0 0 的第三代无线系统上的无线分组数据网络能力 的支持要求，为接入到公共网络和专有网络提供了两种方法：简单i p 和移动i p 。3 g p p 2 致力于在c d m a 2 0 0 0 中完全采用移动i p 作为网问漫游和切换协议，在归属网络中放置h a 和归属a a a ，f a 功能由拜访网络中的p d s n 承担，使用g r e 隧道协议进行数据包的重定 向。 i t u r h 钔描述了各种无线接入系统如何在融合中共存，以提供综合服务。不同的 基于重复博弈的异构无线网络选择算法研究 接入系统，将根据他们的应用区域、小区范围以及无线环境组织在一个分层结构中。这 些不同的接入系统的网络互联将有垂直切换或者会话的连续来完成。按照最新的工作计 划，i t u 已经开始一整套包括技术征集、评估、融合以及标准化在内的4 g 无线通信技术 的国际标准化过程( i m t - a d v a n c e d ) ，i m t a d v a n c e d 系统不仅在网络层面上要实现互联 互通，而且在业务和应用层面上要实现用户的无缝体验。i m t a d v a n c e d 网络技术的研究 将着眼于i p 连同层面上的异构网络的融合、移动性和q o s 管理、异构网络安全以及网 络的可扩展性等方面。 i e e e8 0 2 2 1 工作组n 5 1 用标准的形式将异构无线网络之间的无缝切换进行规范，实 现运营商和用户的双赢。i e e e 于2 0 0 3 年成立了i e e e8 0 2 切换研究组刊a n d o f fe c s g ， 即i e e e8 0 2 2 1 工作组，开始讨论有关介质独立切换服务( m e d i ai n d e p e n d e n th a n d o v e r s e r v i c e s ) 标准的需求，于2 0 0 4 年3 月正式开始运转，并于2 0 0 4 年9 月开始征集有 关提案，于2 0 0 8 年1 1 月出台了i e e e8 0 2 2 1 的正式规范。i e e e8 0 2 2 1 标准u 刮中提出 “介质独立切换”的概念，目的是终端设备能够在不同类型的接入介质问实现无缝切换， 最终实现与介质无关的切换。其中，不同类型的接入介质包括i e e e8 0 2 系列规范中定 义的各种有线和无线的链路，3 g p p 阳1 和3 g p p 2 n 3 1 等非i e e e 8 0 2 系列的无线接入网络。i e e e 8 0 2 2 1 的工作并未涉及实现切换实施过程中网络层及以上层切换支持协议，而是侧重切 换的初始化和准备阶段，通过向上层提供链路层及其他与网络有关的信息，协助完成更 加准确的网络发现、网络选择和网络接口的激活，从而实现不同种类接入介质之间的切 换优化，使切换过程更加无缝和平滑。i e e e8 0 2 2 1 工作组着重研究影响切换的各个方 面，诸如：服务持续性，应用类型，服务质量，网络发现，网络选择，能量管理等等。 i e e e8 0 2 2 1 所提供的介质独立切换功能( m i h f ) 主要是通过事件服务( e v e n t s e r v i c e ) 、命令服务( c o m m a n ds e r v i c e ) 和信息服务( i n f o r m a t i o ns e r v i c e ) ，为网络选 择实体提供智能信息使得异构网络之间的无缝切换变得更为容易，然而实际控制切换的 网络选择实体及其切换策略并不是i e e e8 0 2 2 1 的标准所要研究的内容。 1 2 3 相关研究成果 异构无线网络的融合是下一代网络发展的必然趋势。目前国内外很多科研工作者针 对无线网络的融合做了很多工作。 早期的垂直切换过程中的网络选择算法仍然沿袭着水平切换的决策机制，都是以 r s s 为评定依据的n 7 。柚1 。然而，随着异构无线网络场景的复杂化，科研工作者们认识到， 垂直切换过程中的网络选择问题，是一个多属性决策问题，仅仅采取可用带宽、r s s 或 者q o s 任何一种作为备选网络之间的性能参数是不够的。因此，文献 2 1 提出了一种基 于策略的网络选择模型，该模型根据用户的喜好、业务所需要的带宽、接入费用和能量 6 西华大学硕士学位论文 消耗等多种因素，确定网络选择策略，选择不同的接入网络；文献 2 2 将层次分析法 ( a n a l y t i ch i e r a r c h i c a lp r o c e s s ，简写a h p ) 和灰色关联分析法( g r a yr e l a t i o n a n a l y t i c ，简写g r a ) 结合起来，提出一种网络选择的判决机制。a h p 算法用于计算q o s 参数用户偏好、服务应用、网络状况的权值，g r a 算法负责在各个网络之间做出权 衡，最后根据上面两种算法的结果得出网络选择的目标网络；文献 2 3 对几种多属性决 策算法进行了比较，比较发现简单加权法( s i m p l ea d d i t i v ew e i g h t i n g ，简写s a w ) 和接 近理想方案的序数偏好方法( t e c h n i q u ef o ro r d e rp r e f e r e n c eb ys i m i l a r i t yt oi d e a l s o l u t i o n ，简写t o p s i s ) 的性能表现比较相近，g r a 能够提供相对高的带宽和低时延的 保证，在上述三种算法的比较中，权值的计算是采用a h p 算法；文献 2 4 比较了基于s a w 、 t o p s i s 和g r a 在垂直切换过程中网络选择的性能，并且研究了另外一种多属性决策方 法，即乘法加权指数。这些性能的对比是考虑到不同业务的类型和带宽、时延、抖动和 比特误码率等网络属性的。 文献 2 5 - 2 8 采用跨层设计的技术，对切换管理进行功能和性能的优化。文献 2 5 从移动节点与异构网络的互操作性出发，通过重新设计原来以分层方式所构建的体系结 构中的标准协议，以跨层反馈的方式，来增加协议的有效性，为跨层设计提供了协议支 撑；文献 2 6 3 提出了基于跨层设计的自适应的网络选择算法，在该算法中，通过预测接 收到的信号强度，在第二层和第四层上直接交互，减少了不必要的切换，降低了丢包率， 增加了利用率和有效吞吐量；文献 2 7 构建了一种新的跨层设计的体系结构，在此结构 的基础上，提出了基于流控制协议的切换解决方案，利用从每个层中所获得的信息，作 为网络选择时的依据；文献 2 8 以移动终端的速度和切换的信令时延为依据，提出了一 个新的跨层切换管理协议，支持技术间、技术内的切换管理，增强了无线i p 网络的切 换性能。 文献 2 9 - 3 0 采用马尔科夫决策过程( m d p ) 模型描述垂直切换中的网络选择问题， 并对垂直切换发生的条件和时机进行模拟，文献 2 9 定义了每个连接可利用的网络资源 的链路回报函数以及进行垂直切换时的信令与处理开销的代价函数，模型的目标是最大 化每个连接的总期望报酬，利用数值迭代算法来得出一个静态确定性垂直切换策略。文 献 3 0 在文献 2 9 的基础之上，采用约束马尔科夫决策过程( c m d p ) 对垂直切换的网络 选择问题进行描述，并在切换决策时考虑到了用户的速度和位置信息，利用值迭代与强 化学习算法( q - l e a r n i n ga l g o r it h m s ) 来选择最优策略。 文献 3 l 卜 3 3 以8 0 2 2 1 标准为依据，研究介质独立切换( m e d i ai n d e p e n d e n t h a n d o v e r ，简写m i h ) 决策算法。文献 3 1 以w l a n 和w m a n 为例，描述了二者之间的互 操作的一些问题，提出了一种基于i e e e8 0 2 2 1 标准下，两种接入技术之间的互操作机 最小的网络选择决策分布式的网络选择策略d v h d ( d i s t r i b u t e dv e r t i c a lh a n d o f f d e c i s i o n ) ，将带宽、价格等参数，作为网络选择函数的衡量标准，并且将计算网络质 量的任务放在目标网络方而不是移动终端方。 文献 3 4 - 3 6 以保证切换过程中的q o s 为主要内容，阐述了在切换过程中保证q o s 的重要性以及保证q o s 的具体方法。文献 3 4 以w i f i 和w i m a x 网络为基础，利用分组 转移、o o s 映射和带宽租借管理技术，构建了一个垂直切换转移控制模块，增强了o o s 保证：文献 3 5 分析了影响端到端的q o s 的几个因素移动性、用户的链接模式、无 线网络提供q o s 的策略以及服务供应商如何分配网络资源，从这几个因素出发，提出了 一个新的体系结构，用于移动终端做出带o o s 保证的服务请求；文献 3 6 利用半马尔科 夫决策过程，定义了网络的收益函数以及用户与网络之间的协商模型，平衡了网络方与 移动终端的收益，增加了q o s ，最大化了网络方的收益。 文献 3 7 卜 4 0 将智能方法引用到垂直切换过程中的网络选择上来。文献 3 7 提出 了基于神经网络的方法检测信号的衰减从而做出网络选择决策；文献 3 8 提出了一种基 于神经网络的判决策略，它能够很好地满足用户对带宽的需求，在w l a n 和g p r s 的场景 中，通过判断r s s 的衰落，来做出切换的决策，a p 的r s s 信号是整个系统的输入，系统 的输出是由o 和l 组成的，0 表示移动终端应该保持和a p 的连接，l 表示移动终端应该 和b s 进行连接；文献 3 9 - 4 0 将模式识别引入到垂直切换下的网络选择算法中。 文献 4 1 3 - 4 2 提出了基于感知上下文的方法来选择目标网络。文献 4 1 为了得到 更智能更好的判决策略，感知用户上下文来选择网络，将判决建立在终端设备和网络的 上下文信息之上。感知上下文策略通过管理这些信息并且评估上下文的变化，就能知道 需不需要进行网络选择和是不是在最优的网络中；文献 4 2 提出了一种基于a h p 的上下 文感知策略，它能从众多的备选网络中针对一个给定应用的接口找到最适合的目标网 络。 还有许多科研人士根据不同的解决目标，提出了一些新颖的解决办法。文献 4 3 将 垂直切换过程中的网络选择问题，看成是一种最优化问题，将其抽象成一个由带宽、时 延和能耗构成的代价函数，通过求解该代价函数的最优值，来确定候选的网络；文献 4 4 提出一种基于移动感知的垂直切换过程中的网络选择算法m a v ( m o v e m e n t a w a r e v e r t i c a lh a n d o f f ) 算法，该算法以移动终端的速度和“驻留时间 为主要的考虑因素， 8 西华大学硕+ 学位论文 减少不必要的切换，从而使移动主机尽可能长时间地处于较好的连接状态中；文献 4 5 从经济学中的用户的过剩和冒险的概念出发，提出了一个基于实用性策略的网络选择算 法；文献 4 6 为了降低丢包率和延迟，提出了混合神经一模糊的概念( h y b r i dn e u r o - f u z z y c o n c e p t ) ，用于选择更优化的目标网络；文献 4 7 将移动i p 和模糊逻辑的方法综合起 来，提出一种移动管理的策略，其中模糊逻辑应用于切换初始阶段，同时，模糊逻辑和 多属性决策应用于选择一个最优化的网络；文献 4 8 着重研究了基于第三层的移动管理 机制；文献 4 9 为了减少不必要的切换和避免乒乓效应，通过衡量不同网络的网络环境， 而提出了一个端到端移动管理系统。 随着博弈论逐渐成为主流经济学中的一部分，有部分学者将博弈论引入到异构无线 网络的垂直切换算法中。文献 5 0 是第一篇将博弈论应用到异构无线网络的切换判决中 的文章，博弈的参与人是网络方，充分考虑用户所请求的服务，给用户提供一个透明的 选择机制；文献 5 1 提出了一个基于博弈论的完整的准入与速率控制机制，在服务供应 商与移动用户之间定义了一个非合作博弈，用户根据一些策略来决定是选择哪个网络，： 而同时，服务供应商也通过该博弈，最大化其收益；文献 5 2 提出了一种基于进化博弈 的异构无线网络中动态网络选择算法，该算法为了避免网络的拥塞和网络性能的下降， 采取进化博弈的方法来研究垂直切换问题，进化博弈均衡则是该网络选择的结果，即博 弈的结果；文献 5 3 提出了一个基于非合作博弈的网络选择机制，在该博弈中，网络方 作为参与人去最大化自己的收益，并且通过准入控制策略来最大化自己的服务质量；文 献 5 4 提出了一个基于非合作博弈论的思想来模拟网络选择，博弈的参与人为不同的接 入网络，来最大化每个网络的收益，该模型将选择的决定权交给网络，而不是在重叠覆 盖区域的移动节点：文献 5 5 在跨层设计的基础上，将垂直切换的网络选择问题模拟成 一个移动用户与网络方参与的非合作博弈，最大化网络方的收益；文献 5 6 从网络方的 呼叫准入控制的角度，将移动节点的网络选择问题，模拟成一个非合作博弈过程，博弈 的参与人为移动用户与网络方，针对移动用户所进行的业务类型，当移动用户做出选择 后，作出不同的带宽分配；文献 5 7 从无线资源分配的角度来考虑的，当移动用户选择 了某个网络后，网络就要为其分配资源，通过网络方的合作博弈，实现了负载均衡；文 献 5 8 提出了一个基于网络方与移动用户之间的非合作博弈的垂直切换算法，通过二者 的非合作博弈，来模拟移动用户的网络选择与网络方的资源分配，通过它的模拟，即能 够最大化终端用户的q o s ，也能够最大化网络方所容许的移动用户的个数。 综上所述，根据异构无线网络的复杂性，为了解决垂直切换中的网络负载问题，以 及考虑网络方的收益，本文将引入参与人不固定时的重复博弈论对此进行研究，针对典 型的异构网络切换场景，提出一种基于参与人不固定时的重复博弈论的网络选择算法。 9 基于重复博弈的异构无线网络选择算法研究 1 3 论文主要内容 为了更好的保证移动节点在异构无线网络中实现无缝切换，我们借鉴w i m a x 和 w i - f i 联合组网的优越性，针对w i m a x 和w i - f i 所构成的典型的异构无线网络的切换场 景，采取参与人不固定时的重复博弈对异构无线网络选择算法进行研究。 首先，本文以w i m a x 和w i f i 无线网络技术为基础，构建了一个典型的异构无线网 络场景，同时，移动节点是一个多模终端，可以支持多中无线网络的空中接口，以此为 基础，来研究异构无线网络选择算法。 其次，在多个