基于无标度网络模型的移动通信用户网络建模

基于无标度网络模型的移动通信用户网络建模

0无标度网络模型的建立考虑到移动通信系统中用户的因素，移动号码随着用户的开始使用而添加移动通信网络。移动通信网络中添加的所有号码都将随着用户的退出而退出网络。例如，在现实生活中移动电话号码的中断现象。入网的用户会跟网络中的其他的用户打电话,有些移动号码之间的联系是一直持续的,而对于网络中的许多移动号码来说,它们之间或许在有过一次或者数次语音通话之后,就再也没有了联系,例如公司里的业务咨询号码、打错电话的情况。考虑到移动通信网络中移动号码的退网和语音通话联系的情况,在BA模型的基础上,将一个能较好地描述现实复杂网络特征的无标度网络模型应用到移动通信用户网络的建模中。并分析所建移动通信用户网络的性能,系统的承载话务量以及呼叫阻塞率,并给出实际网络仿真的结果和理论分析的仿真结果。1基于改进的ba无标度网络的移动通信网络模型建立使用复杂网络来描述移动通信用户网络,复杂网络中的节点表示移动通信网络中的移动号码,节点之间的边则表示用户终端之间的通信联系,只要移动通信网络中的任意两个移动号码有过语音通话,则在网络中这两个节点之间就有连边存在。但是在实际的通信网络中有以下几种情况在以前的研究中是没有考虑的,(1)通信网络中的旧用户的退网的情况;(2)移动通信网络中的任意两个移动号码之间有终止通话联系的情况,以上两种现象在我们的实际生活中其实是很常见的。所以,在使用无标度网络的模型来对移动通信网络建模的时候,将会考虑到旧用户的退网以及用户之间语音通话联系终止的情况,以使我们建立的网络模型能更好的反应现实世界中移动通信网络的各种实际的情况。针对实际通信网络中以上的几种情况,使用文献中改进的BA无标度网络来建立更符合实际情况的移动通信网络模型。具体的建立方法如下:初始状态:在最开始的时候,假定网络中的每个用户之间都有语音通话的联系,即属于全连接型的网络,用一个由mo(mo>1)个节点的全连接型的网络来表示这个网络的初始状态,mo=5的情况如图1所示。则在每个时间段中移动通信网络中都会有以下4个操作过程发生:(a)增加新的节点:在每个时间段中,假定都会有新的节点i(即移动号码)加入网络,新的移动号码会跟网络中的m个节点相连接,新节点i与网络中已经存在的节点j相连接的概率与节点i的度,节点j的度满足如下关系:式(1)表明:新的节点更倾向于和网络中度更大的节点相连接,如果网络中的节点j经常有语音通话,那么这个节点与网络中新增节点打电话的概率就会更大。(b)在网络中删除1个旧节点:以概率P0决定是否删除原网络中的1个旧节点,其中0<P0<1,P0为一个随机产生的数。入网的移动号码可能在使用一段时间以后,由于使用移动号码的用户本身的原因而选择让自己的移动号码停机,这就是通信网络中的旧用户的退网情况。(c)在原网络中再增加r条新的连边:首先从网络中随机的选取一个节点,则另一个节点i的选取的概率满足式(1)。随着手机号码入网时间的增长,原来没有语音通话联系的旧用户之间会建立语音通话,对应于网络中的没有联系的旧节点之间会产生新的连边。(d)在原网络中删除n条旧连边,首先随机地选取一个节点,则另一个节点的选取概率为:在研究移动通信网络的时候,不仅要考虑到实际网络中旧用户的退网情况,还要考虑用户之间语音通信的联系会有不同的情况,比如我们在发起语音呼叫的时候,拨错了号码,在这一次语音通话以后,基本上这两个号码再也不会有任何的语音通话的联系;平时拨打的一些咨询或者业务号码,在有过几次语音通话以后,就再也没有过语音联系,这也就是模型网络中的节点之间连边的删除的情况。由以上算法建立总节点数N=1000的用户网络模型,网络的度的概率分布如图2所示。由图2可以看出,由此算法所建立的移动通信用户网络模型的度分布是符合幂率分布的。2通信用户网络模型的试验对本文中所建立的网络模型进行仿真,所用到的参数如下:(1)λij:从i到j的呼叫到达率。(3):对所有用户求平均后的呼叫到达率,其中N为系统内用户的总数。(4)1/μ:平均呼叫保持时间,即呼叫从开始到结束的平均持续时间。(5)S:信道的数目。假定电话号码i只对跟它有连接的边的电话号码发起呼叫。假设号码j是其中的一个,从i到j的呼叫到达率用符号λij来标记,因此有下式:这里的ξ是一个比例常数,其中kij等于0表示节点i和节点j之间没有通话联系,等于1表示节点i和节点j之间有通话联系。于是,对于电话号码i来说呼叫到达率由λi来表示:通信网络中语音通话有打入和打出的情况,打入和打出i节点的情况如下:为了对所建立的移动通信网络的模型进行仿真,有以下几点假设:(1)假设用户i呼叫到达的时间间隔t服从指数分布,其平均值为1/λi即:用户i的呼叫到达率视为与用户i的熟人成比例,即与用户i的度成比例:将(8)式代λ入i=到ξ(k5i)由此可得整个网络的平均打(8入)的呼叫达到率为:其中k为网络中所有用户的度的平均值。(2)假设呼叫保持时间tc服从以下指数分布:整个网络的话务量承载为:我们假设信道数为s=50,平均呼叫保持时间为1/μ=10min,当网络中的总节点数为N=1000时,在这种情况下对所建的移动通信系统的呼叫阻塞率和话务量进行仿真,呼叫阻塞率理论值和实际仿真结果如图3所示。由图4和图5可以明显的看出,在相同的到达率的条件下,本文所建立的通信用户网络模型的呼叫阻塞率要明显低于全互联通信用户网络模型的呼叫阻塞率,通信用户网络模型中实际的度的平均值是要低于全互联用户网络模型中的度平均值的,因而,在每