基于满意度的无线局域网用户接入模式选择方法

摘要

本发明公开了一种基于满意度的无线局域网用户接入模式选择方法，主要解决现有的小区边缘用户通信速率很低以及网络中的负载不均的问题。其实现步骤为：(1)无线接入点AP周期性广播网络信息，用户接收该网络信息并统计单跳和两跳无线接入点AP的集合；(2)分别计算用户通过单跳、两跳单信道、两跳多信道三种模式接入各无线接入点AP的接入速率，并据此分别计算出单个用户及所有用户的整体满意度；(3)根据用户整体满意度的最大值选择接入模式；(4)用户根据选择的接入模式进行相应的配置。本发明通过合理选择用户的接入模式，提高了小区边缘用户的通信速率，减小了网络中的冲突问题和负载不均衡问题，可用于密集无线局域网通信。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种用户接入无线接入点AP模式的 选择方法，适用于密集无线局域网通信。

背景技术

无线局域网络WLAN是相当便利的数据传输系统，它利用射频的技术，取代 旧式碍手碍脚的双绞铜线所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存 取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。WLAN开始 是作为有线局域网络的延伸而存在的，各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN 技术来构建其办公网络。但随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的 局域网技术发展成为“公共无线局域网”，成为国际互联网INTERNET宽带接入手 段。WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰 等特点。时至今日，无线越来越普及，主流配置的笔记本、电脑、手机、PDA等 设备都具备了WLAN功能，无线办公越来越贴近我们的生活。国内外的电信运营 商在不断升级扩大3G和4G网络的同时，也在大力发展无线局域网，形成与蜂窝 网络的优势互补，特别是在国内，三大电信运营商均在快速部署无线局域网的接 入点。

然而，随着无线局域网的快速发展，无线接入点AP的部署越来越密集。由于 用户接入选择的随机性和移动性，密集分布的无线接入点的用户数和业务量并不 是均衡分配的，这就导致了网络资源的浪费，同时也使用户无法得到稳定的网络 接入体验，缺少负载均衡体制的传统无线局域网接入方式已经不能很好地满足用 户的业务需求。同时，由于用户通过单跳方式与AP进行通信，对于处在AP边缘 的用户，由于距离AP较远，信道质量比较差，此类用户得不到较高的数据传输 速率，满足不了宽带业务的需求，并且还会影响该AP内其他用户的业务通过量。

针对密集无线局域网中存在的问题，传统的解决方法主要有基于冲突检测的 退避机制，或基于多关联的链路选择机制。

基于冲突检测的退避机制,是在用户竞争接入时，碰撞的用户通过退避算法设 置退避窗口，然后根据退避时隙选择机制选择一个时隙进行退避，以此实现各节 点对无线信道的共享。这种方法实现简单且能有效减少冲突，但在网络高负载的 状况下，由于冲突导致的随机退避时间会大大增加，并且负载不均衡的问题也会 很严重。

基于多关联的链路选择机制，这种方案是通过网络中存在的接入控制器，负 责管理所有的AP，用户可以同时与多个AP建立关联，从中选择最优的链路进行 通信。此方案虽说可提高单个用户通信的可靠性，但是由于需要与多个AP同时 建立关联，占用了过多的网络资源，无法提高处于边缘用户的通信速率。

发明内容

本发明目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于满意度的无线局域 网用户接入模式选择方法，以提高AP边缘用户的通信速率，减小网络中的冲突 和负载不均衡，满足用户的业务带宽需求。

为实现上述目的，本发明的基于满意度的无线局域网用户接入模式选择方 法，包括以下步骤：

（1）获取网络信息

每个无线接入点AP周期性广播自己的单跳类用户和两跳类用户的网络信 息，每个用户接收该网络信息，并根据该网络信息统计单跳路径的无线接入点AP 集合和两跳路径的无线接入点AP集合；

（2）选择接入模式

(2a)若网络信息中存在单跳路径的无线接入点AP集合，则计算用户通过单 跳方式接入集合中每个无线接入点AP_i的用户接入速率R₁(S_u)；

（2b）若网络信息中存在两跳单信道路径的无线接入点AP集合，则计算用户 通过两跳单信道方式接入集合中每个无线接入点AP_i的用户接入速率R₂(S_u)；

（2c）若网络信息中存在两跳多信道路径的无线接入点AP集合，则计算用户 通过两跳多信道方式接入集合中每个无线接入点AP_i的用户接入速率R₃(S_u)；

（2d）分别计算在三种接入模式下的单个用户接入满意度η₁、η₂、 η₃：

单跳情况下的单个用户接入满意度η₁为：

${\eta }_1\left(S_{T_1}\right)=\left(\begin{array}{cc}\frac{R_1\left(S_u\right)}{R_T},& R_1\left(S_u\right)<R_T\\ 1,& R_1\left(S_u\right)\ge R_T\end{array}\right),$

其中，$S_{T_1}\in \{S_1^s,S_2^s,...,S_{n_s}^s\}\cup \left\{S_u\right\};$R_T表示用户业务速率；

两跳单信道情况下的单个用户接入满意度η₂为：

${\eta }_2\left(S_{T_2}\right)=\left(\begin{array}{cc}\frac{R_2\left(S_u\right)}{R_T},& R_2\left(S_u\right)<R_T\\ 1,& R_2\left(S_u\right)\ge R_T\end{array}\right),$

其中，$S_{T_2}\in \{S_1^{\mathrm{ms}},S_2^{\mathrm{ms}},...,S_{n_{\mathrm{ms}}}^{\mathrm{ms}}\}\cup \left\{S_u\right\};$

两跳多信道情况下的单个用户接入满意度η₃为：

${\eta }_3\left(S_{T_3}\right)=\left(\begin{array}{cc}\frac{R_3\left(S_u\right)}{R_T},& R_3\left(S_u\right)<R_T\\ 1,& R_3\left(S_u\right)\ge R_T\end{array}\right),$

其中，$S_{T_3}\in \{S_1^{\mathrm{mm}},S_2^{\mathrm{mm}},...,S_{n_{\mathrm{mm}}}^{\mathrm{mm}}\}\cup \left\{S_u\right\};$

（2e）分别计算在三种接入模式下所有用户的整体接入满意度β₁、β₂、β₃：

单跳情况下的所有用户整体接入满意度β₁为：

${\beta }_1=\frac{{(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{\eta }_1\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{\eta }_2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{\eta }_3\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{\eta }_1\left(S_u\right))}^2}{(n_s+n_{\mathrm{ms}}+n_{\mathrm{mm}}+1)(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{{\eta }_1}^2\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{{\eta }_2}^2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{{\eta }_3}^2\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{{\eta }_1}^2\left(S_u\right))};$

两跳单信道情况下的所有用户整体接入满意度β₂为：

${\beta }_2=\frac{{(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{\eta }_1\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{\eta }_2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{\eta }_3\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{\eta }_2\left(S_u\right))}^2}{(n_s+n_{\mathrm{ms}}+n_{\mathrm{mm}}+1)(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{{\eta }_1}^2\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{{\eta }_2}^2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{{\eta }_3}^2\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{{\eta }_2}^2\left(S_u\right))};$

两跳多信道情况下的所有用户整体接入满意度β₃为：

${\beta }_3=\frac{{(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{\eta }_1\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{\eta }_2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{\eta }_3\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{\eta }_3\left(S_u\right))}^2}{(n_s+n_{\mathrm{ms}}+n_{\mathrm{mm}}+1)(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{{\eta }_1}^2\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{{\eta }_2}^2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{{\eta }_3}^2\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{{\eta }_3}^2\left(S_u\right))};$

其中，S_u表示需要选择接入模式的用户；表示通过单跳接 入的用户，其中n_s为单跳接入的用户个数；表示通过两跳单信 道接入的用户，其中n_ms为两跳单信道接入的用户个数；表示通 过两跳多信道接入的用户，其中n_mm为两跳多信道接入的用户个数；

（2f）找出所求得的β₁、β₂、β₃集合中所有元素的最大值，选择接入方式：

若最大值在β₁中，则选择单跳方式进行接入，并计算取得该最大值时所对应 的无线接入点AP_i编号p₁为：

$p_1=\arg \underset{i}{\max }{\beta }_1;$

若最大值在β₂中，则选择两跳单信道方式接入，并计算取得该最大值时所对 应的无线接入点AP_i编号p₂和中继节点编号q₂分别为：

$p_2=\arg \underset{i}{\max }{\beta }_2,$

$q_2=\arg \underset{r}{\max }{\beta }_2;$

若最大值在β₃中，则选择两跳多信道方式接入，并计算取得该最大值时所对 应的无线接入点AP_i编号p₃和中继节点编号q₃分别为：

$p_3=\arg \underset{i}{\max }{\beta }_3,$

$q_3=\arg \underset{r}{\max }{\beta }_3;$

其中，i∈1,2,3…,N_AP，N_AP表示无线接入点AP的个数；r∈1,2,3…,n_s；

（3）配置接入模式

（3a）若用户选择的是单跳接入模式，则将该用户接入编号为p₁的无线接入点 AP；

（3b）若用户选择的是两跳单信道接入模式，则将该用户通过编号为q₂的中继 用户接入编号为p₂的无线接入点AP；

(3c)若用户选择的是两跳多信道接入模式，则将该用户通过编号为q₃的中继 用户接入编号为p₃的无线接入点AP。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1）本发明通过两跳通信方式与无线接入点AP进行通信，提高了无线接入点 AP边缘用户的通信速率和业务通过量；并且降低了每跳链路所需的发送功率， 再加入多信道的技术，从而减少了网络中各用户的冲突。

2）本发明通过从三种方式中选择接入无线接入点AP的模式，可以将用户合 理地分配到多个无线接入点AP，实现了负载的均衡。

附图说明

图1是本发明使用的场景示意图；

图2是本发明的实现流程图。

具体实施方法

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

本发明使用的场景如图1所示，其中包含多个无线接入点AP，每个无线接 入点AP中的用户个数和每个用户的位置都是随机分布的。

参照图2，本发明在图1所述的场景中进行用户接入模式选择的具体步骤如 下：

步骤1，获取网络信息。

(1a)每个无线接入点AP周期性广播自己的单跳类用户和两跳类用户的网络 信息；其中，单跳类用户是指通过单跳与无线接入点AP通信的用户；两跳类用 户是指利用中继用户通过两跳与无线接入点AP通信的用户；网络信息是指无线 接入点AP标识号、用户标识号、工作信道和每跳链路的可用速率；

(1b)每个用户接收该网络信息，并根据该网络信息统计单跳路径的无线接入 点AP集合和两跳路径的无线接入点AP集合，其中：

单跳路径的无线接入点AP集合，是指用户能进行单跳通信的每个无线接入点 AP；

两跳路径的无线接入点AP集合，是指用户能利用中继用户进行两跳通信的每 个无线接入点AP。

步骤2，根据网络信息的内容，选择接入模式。

(2a)若网络信息中存在单跳路径的无线接入点AP集合，则计算用户通过每 个无线接入点AP进行单跳接入的如下参数：

计算用户通过该集合中每个无线接入点AP的用户接入速率R₁(S_u)：

$R_1\left(S_u\right)={(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}\frac{1}{R_L\left(S_j^s\right)}+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}\frac{1}{R_L\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)}+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}\frac{1}{R_L\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)}+\frac{1}{R_L\left({S_u}^s\right)})}^{-1},$

其中:

表示采用两跳单信道接入的端到端链路速率；

表示采用两跳多信道接入的端到端链路 速率；

AP_i表示每个无线接入点AP，i∈1,2,...,N_AP，N_AP表示无线接入点AP的个 数；

S_u表示待选择接入模式的用户；

表示通过单跳接入的用户，n_s为单跳用户个数；

表示通过两跳单信道接入的用户，n_ms为两跳单信道用户个 数；

表示通过两跳多信道接入的用户，n_mm为两跳多信道用户个 数；

表示采用两跳单信道接入的用户；

表示两跳单信道用户的中继用户；

R_L(S_u^s)表示待选择模式的用户通过单跳接入的端到端链路速率；

表示到的端到端链路速率；

表示采用两跳多信道接入的用户；

表示两跳多信道用户的中继用户；

表示到的端到端链路速率；

R_L(S_u^s)表示待选择模式的用户通过单跳接入的端到端链路速率；

（2b）若网络信息中存在两跳单信道路径的无线接入点AP集合，则计算用户 通过每个AP进行两跳单信道接入的用户接入速率R₂(S_u)：

$R_2\left(S_u\right)={(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}\frac{1}{R_L\left(S_j^s\right)}+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}\frac{1}{R_L\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)}+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}\frac{1}{R_L\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)}+\frac{1}{R_L\left({S_u}^{\mathrm{ms}}\right)})}^{-1},$

其中，R_L(S_u^ms)表示待选择模式的用户通过两跳单信道接入的端到端链路速 率；

（2c）若网络信息中存在两跳多信道路径的无线接入点AP集合，则计算用户 通过每个AP进行两跳多信道接入的用户接入速率R₃(S_u)：

$R_3\left(S_u\right)={(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}\frac{1}{R_L\left(S_j^s\right)}+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}\frac{1}{R_L\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)}+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}\frac{1}{R_L\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)}+\frac{1}{R_L\left({S_u}^{\mathrm{mm}}\right)})}^{-1}$

其中，R_L(S_u^mm)表示待选择模式的用户通过两跳多信道接入的端到端链路速 率；

（2d）分别计算在三种接入模式下的单个用户接入满意度η₁、η₂、 η₃：

单跳情况下的单个用户接入满意度η₁为：

${\eta }_1\left(S_{T_1}\right)=\left(\begin{array}{cc}\frac{R_1\left(S_u\right)}{R_T},& R_1\left(S_u\right)<R_T\\ 1,& R_1\left(S_u\right)\ge R_T\end{array}\right),$

其中，$S_{T_1}\in \{S_1^s,S_2^s,...,S_{n_s}^s\}\cup \left\{S_u\right\};$R_T表示用户业务速率；

两跳单信道情况下的单个用户接入满意度η₂为：

${\eta }_2\left(S_{T_2}\right)=\left(\begin{array}{cc}\frac{R_2\left(S_u\right)}{R_T},& R_2\left(S_u\right)<R_T\\ 1,& R_2\left(S_u\right)\ge R_T\end{array}\right),$

其中，$S_{T_2}\in \{S_1^{\mathrm{ms}},S_2^{\mathrm{ms}},...,S_{n_{\mathrm{ms}}}^{\mathrm{ms}}\}\cup \left\{S_u\right\};$

两跳多信道情况下的单个用户接入满意度η₃为：

${\eta }_3\left(S_{T_3}\right)=\left(\begin{array}{cc}\frac{R_3\left(S_u\right)}{R_T},& R_3\left(S_u\right)<R_T\\ 1,& R_3\left(S_u\right)\ge R_T\end{array}\right),$

其中，$S_{T_3}\in \{S_1^{\mathrm{mm}},S_2^{\mathrm{mm}},...,S_{n_{\mathrm{mm}}}^{\mathrm{mm}}\}\cup \left\{S_u\right\};$

（2e）分别计算在三种接入模式下所有用户的整体接入满意度β₁、β₂、β₃：

单跳情况下的所有用户整体接入满意度β₁为：

${\beta }_1=\frac{{(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{\eta }_1\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{\eta }_2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{\eta }_3\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{\eta }_1\left(S_u\right))}^2}{(n_s+n_{\mathrm{ms}}+n_{\mathrm{mm}}+1)(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{{\eta }_1}^2\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{{\eta }_2}^2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{{\eta }_3}^2\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{{\eta }_1}^2\left(S_u\right))};$

两跳单信道情况下的所有用户整体接入满意度β₂为：

${\beta }_2=\frac{{(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{\eta }_1\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{\eta }_2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{\eta }_3\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{\eta }_2\left(S_u\right))}^2}{(n_s+n_{\mathrm{ms}}+n_{\mathrm{mm}}+1)(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{{\eta }_1}^2\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{{\eta }_2}^2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{{\eta }_3}^2\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{{\eta }_2}^2\left(S_u\right))};$

两跳多信道情况下的所有用户整体接入满意度β₃为：

${\beta }_3=\frac{{(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{\eta }_1\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{\eta }_2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{\eta }_3\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{\eta }_3\left(S_u\right))}^2}{(n_s+n_{\mathrm{ms}}+n_{\mathrm{mm}}+1)(\underset{j=1}{\overset{n_s}{\Sigma }}{{\eta }_1}^2\left(S_j^s\right)+\underset{k=1}{\overset{n_{\mathrm{ms}}}{\Sigma }}{{\eta }_2}^2\left(S_k^{\mathrm{ms}}\right)+\underset{l=1}{\overset{n_{\mathrm{mm}}}{\Sigma }}{{\eta }_3}^2\left(S_l^{\mathrm{mm}}\right)+{{\eta }_3}^2\left(S_u\right))};$

（2f）找出所求得的β₁、β₂、β₃集合中所有元素的最大值，选择接入方式：

若最大值在β₁中，则选择单跳方式进行接入，并计算取得该最大值时所对应 的无线接入点AP_i编号p₁为：

$p_1=\arg \underset{i}{\max }{\beta }_1;$

若最大值在β₂中，则选择两跳单信道方式接入，并计算取得该最大值时所对 应的无线接入点AP_i编号p₂和中继节点编号q₂分别为：

$p_2=\arg \underset{i}{\max }{\beta }_2,$

$q_2=\arg \underset{r}{\max }{\beta }_2;$

若最大值在β₃中，则选择两跳多信道方式接入，并计算取得该最大值时所对 应的无线接入点AP_i编号p₃和中继节点编号q₃分别为：

$p_3=\arg \underset{i}{\max }{\beta }_3,$

$q_3=\arg \underset{r}{\max }{\beta }_3;$

其中，i∈1,2,3…,N_AP，r∈1,2,3…,n_s。

步骤3，配置接入模式。

（3a）若用户选择的是单跳接入模式，则将该用户接入编号为p₁的无线接入 点AP；

（3b）若用户选择的是两跳单信道接入模式，则将该用户通过编号为q₂的中 继用户接入编号为p₂的无线接入点AP；

(3c)若用户选择的是两跳多信道接入模式，则将该用户通过编号为q₃的中继 用户接入编号为p₃的无线接入点AP。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，显然对于本领域的专业人员来说，在 了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行 形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本 发明的权利要求保护范围之内。