基于多属性决策或模糊逻辑控制的垂直切换算法研究

摘要

下一代移动通信系统中的通信网络将是一个由多种无线接入技术支持的网络融合而成的异构无线网络，该网络提供了更多的接入方式的选择、不同的QoS等级和无线特征，实现“5W”通信。为了保证终端业务的服务质量和连续性，需要通过切换技术实现网络间的无缝切换。常用的切换技术主要有基于接收信号强度的切换方案、基于多属性决策理论的切换方案和基于人工智能的切换方案。第一种方法判决属性单一、考虑因素不全面，由于多径衰落很容易产生乒乓效应；第二种方法可以根据业务需求选择合适的决策属性，灵活度较高，但是所考虑的决策属性会有所偏差或者遗漏，并且在分配属性权重时过于主观；第三种方法虽然能够较精确地实现切换，但是算法过于复杂，难以普遍运用于一般设备中。
　　本文主要针对现有的切换算法存在的问题，提出三种不同的垂直切换算法，深入研究其各自在网络环境下的切换性能并进行仿真验证：
　　（1）提出一种基于QoS的多属性决策切换算法，突出业务QoS的重要性，选取带宽、时延、抖动和丢包率，同时考虑价格属性以满足终端用户的满意度。该算法主要把层次分析法和逼近理想解法相结合，在会话类业务、流类业务、交互类业务和后台类业务下，对三类候选网络（UMTS、WiMAX、WLAN）进行垂直切换的研究。
　　在Matlab平台下进行仿真验证，结果显示，该算法更加适用于流类业务较多的情况，与基于层次分析法的垂直切换算法相比，所提出算法能在流类业务下的将网络阻塞概率从16.61％下降到了8.63%。
　　（2）在方案（1）的基础上，提出一种改进的多属性决策垂直切换算法，增加考虑了多种属性，例如接收信号强度、终端移动速度、网络负载和安全性等。在属性权重研究中，提出二层层次结构，通过主客观权重共同决定选取属性的总权重值，解决了权重分配过于主观的问题。在网络排序研究中，结合逼近理想解法解决了网络排序异常的问题。
　　在Matlab平台下选取终端移动速度在1、5、10、20米/秒时分别进行仿真验证，结果显示，与传统的切换算法相比，该算法能够自适应终端的移动速度，当终端移动速度相对较低时，会根据业务需求选择更好的接入网络；当终端移动速度相对较高时，由于停留在某些覆盖范围小的网络时间太短，会选择覆盖范围更大的网络。以会话类业务为例，在终端低速移动的情况下（1、5米/秒），终端的切换次数为8次；而在终端高速移动的情况下（10、20米/秒），终端的切换次数下降到2次。
　　（3）提出一种基于模糊逻辑控制的垂直切换算法，用于解决决策时遇到的模糊性问题。例如由于速度在不同网络中的定义也不同，故将原本精确的数值通过速度模糊控制模块进行模糊归一化，使得网络之间能够直接进行比较。
　　仿真采用Matlab中的模糊逻辑工具箱设计平行结构的模糊逻辑控制结构，减少模糊规则，降低算法复杂度。结果显示，当终端低速移动时，会根据业务的类型选择适合的接入网络；当终端高速移动时，会处于覆盖范围更广的WWAN网络。

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主要缩略词表

第一章 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文的主要贡献和创新点

1.5 章节介绍

第二章 异构无线网络中切换技术的研究

2.1 异构无线网络概述

2.2 切换技术分类

2.3 垂直切换过程

2.4 现有的垂直切换算法研究

2.5 本章小结

第三章 基于多属性决策理论的垂直切换算法比较研究

3.1 多属性决策理论及相关算法

3.2 提出的基于QoS的多属性决策垂直切换算法的研究

3.3 提出的改进的多属性决策垂直切换算法的研究

3.4 本章小结

第四章 提出的基于模糊逻辑控制的垂直切换算法的研究

4.1 模糊逻辑系统的原理

4.2 提出的基于模糊逻辑控制的垂直切换算法的研究

4.3 仿真研究与分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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