異構無線網絡選擇策略與協作中繼技術研究

汪穎 許勤

（九江學院，江西 九江 332005）

異構無線網絡選擇策略與協作中繼技術研究

汪穎 許勤

（九江學院，江西 九江 332005）

在物聯網不斷發展的過程中，無線網絡應用新老技術交替出現，網絡兼容性問題成為技術突破的重點核心。由此本文進行異構無線網絡的研究，通過協作中繼技術實現對網絡的優化選擇。探討在異構無線網絡選擇算法，提出一種基于模糊推理系統的效用函數參數設置方法，解決不同移動終端對有效函數參數的規范化指標問題，分別從單向和雙向中繼傳輸系統進行中繼定位與功率分配。

異構無線網絡；網絡選擇策略；協作中繼技術

1 前言

在物聯網無線通信不斷發展的過程中，各種接入方式之間的耦合和新老更替的信息通信網絡異構接入導致網絡中存在多異構多協議無線網絡共存，給無線網絡的管理與建設帶來困難。要實現物聯網無線網絡通信能夠跨越平臺，任何種類信息無障礙交換，環境動態調整，資源均衡應用，解決目前面臨的異構網絡信息互通困難的問題，就必須要從異構無線網絡接入資源入手，以協作中繼技術實現異構無線網絡相互通信，解決信息孤島問題。

2 異構無線網絡選擇策略與協作中繼技術概述

2.1 異構無線網絡選擇策略

隨著無線網絡的普及應用，在某一環境中會出現多個無線網絡接入點交叉覆蓋的現象，并且不同無線網絡提供的網絡接入存在參數上的差異性，這就要求移動端設備能夠對這種復雜的異構網絡環境進行甄別與篩選，對可接入無線網絡進行排序，以尋求最優的網絡接入點。在選擇方法上包括：基于多屬性決策的網絡選擇、基于模糊邏輯的網絡選擇、基于博弈論的網絡選擇。

2.2 異構無線網絡中的協作中繼技術

協作中繼技術是針對于異構網絡環境下的各類設備之間的有效連接而存在的協同處理機制，通過協作中繼技術可以避免用戶更換無線網絡接入點時出現斷網的問題，減少傳輸時延，保證用戶網絡在使用正常情況下切換網絡接入點。

3 基于終端實時狀態網絡選擇算法

將移動終端無線網絡應用實時狀態的影響因素作為網絡選擇更新的指標函數參數，在異構無線網絡中，改變移動終端接入無線網絡的有效網絡排序，當用戶處在異構無線網絡中，可根據網絡狀況自由選擇接入點，針對異構無線網絡中指標的特點，本文提出一種基于模糊推理系統的效用函數參數設置方法，采用Mamdani直接模糊推理法，從無線網絡接入數條同時起作用的模糊規則中，按并行處理方式產生對應輸入量的輸出模糊子集。模糊庫規則如下：

規則1：A1AND B1→C1；

規則2：A2AND B2→C2；

......

規則n：AnAND Bn→Cn；

前提：x0AND y0

結論：C’

其中Ai、Bi、Ci均為模糊集合，x0、y0為輸入值。

由Mamdani直接模糊推理法的模糊規則AiAND Bi→Ci（i=1,2,...,n）與前提x0AND y0，取min運算得推理結果Ci’：

式中∧表示min運算；uAi(x0)、uBi(y0)、uCi(z)分別為模糊集合Ai、Bi、Ci的隸屬函數。則推理結果C'可表示為：

式中∨表示max運算。最后采用重心法進行反模糊化，計算式為：

式中z0即為反模糊化的精準值。

4 多中繼傳輸的中繼定位與功率分配

4.1 單向多中繼網絡的中繼定位與功率分配

單向多中繼傳輸的系統模型包括源節點S1與目的節點S2、N個中繼節點R1，R2，...RN，N>1。S1與S2通過R1，R2，...RN相互通信。假設終端節點S1與S2之間的距離為d，且S1到R2、RN到S2的距離分別為d1、dN+1。Rk到Rk+1，k=1,2,...,N-1的距離表示為dk+1。所有傳輸信道滿足平坦瑞利衰落，在發送的每個周期內，信道參數保持恒定不變，并且在任意兩個周期之間保持相互獨立存在。任何相鄰節點之間的信道相關系數為為路徑損耗因子，hi~CN(0,σ2h)表示瑞利衰落影響。每個節點處的加性高斯白噪聲為wi~CN(0,σ2i)，i= 1，2，3，...,N+1。

通過MATLAB仿真軟件進行仿真，設計兩個終端用戶之間的距離為歸一化d=1，設路徑損耗因子n=4，單向單中繼傳輸與單向雙中繼傳輸的發射功率比較結果如圖1所示：

圖1 單向單與單向雙中繼傳輸發射功率比較仿真結果

通過圖1可見，發射總功率隨著數據速率c的增大而增加，但是單向單中繼傳輸要求的總發射功率分別為9.94dB、15.55dB和21.33dB。單向雙中繼傳輸發射功率分別為6.92dB、12.74dB、18.64dB。明顯單向雙中繼傳輸要比單向單中繼傳輸能夠節省功率。

4.2 雙向多中繼網絡的中繼定位與功率分配

雙向多中繼傳輸的系統模型包括終端節點S1和S2、N個中繼節點R1、R2...RN，N>1。S1與S2通過R1，R2，...，RN互相通信。假設終端節點S1與S2之間的距離為d，且S1到R1、RN到S2的距離分別為d1、dN+1。Rk到Rk+1，k=1,2，...,N-1的距離表示為dk+1。所有傳輸信道滿足平坦瑞利衰落，在每個發送周期內信道參數恒定不變，而在任意兩個周期之間相互獨立。任何相鄰節點之間的信道相關系數為αi=d-n/2ihi，n>0為路徑損耗因子，hi~CN(0,σ2h)表示瑞利衰落影響。每個節點處的加性高斯白噪聲為wi~CN(0,σ2i)，i=1,2,3...,N+2。則S1、S2處的接收信號可分別表示為：

式中PS1、PR1、PRN與PS2分別表示S1、R1、RN與S2的傳輸功率。

同樣通過MATLAB仿真軟件進行仿真，設計兩個終端用戶之間的距離為歸一化d=1，設路徑損耗因子n=4，雙向單中繼傳輸與雙向雙中繼傳輸的發射功率比較結果如圖2所示：

圖2 雙向單中繼傳輸與雙向雙中繼傳輸的發射功率比較仿真結果

通過圖2可見，發射總功率隨著數據速率c的增大而增加，但是雙向單中繼傳輸要求的總發射功率分別為9.67dB、15.40dB和21.26dB。雙向雙中繼傳輸發射功率分別為5.30dB、11.19dB、17.13dB。明顯雙向雙中繼傳輸要比雙向單中繼傳輸能夠節省功率。

5 結語

異構無線網絡擇優選擇策略是在多無線網絡環境下移動端網絡應用的重要技術，在面對不同的網絡設備搭建起的網絡環境，采用協作中繼技術可有效為移動終端提供無痕網絡通信，提高了無線網絡之間的耦合。在協作中繼技術解決移動無線網絡連接的問題中，存在單向多中繼網絡的中繼定位與功率分配和雙向多中繼網絡的中繼定位與功率分配的現象，通過本文的研究驗證了單向雙中繼傳輸要比單向單中繼傳輸能夠節省功率，雙向雙中繼傳輸要比雙向單中繼傳輸能夠節省功率。

[1]黃小龍，黃保華，屈遲文．一種博弈競爭選擇的異構無線網絡最優接入策略[J]．計算機應用研究，2015，32(4)：1214-1216．

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Research on Heterogeneous Wireless Network Selection Strategy and Cooperative Relay Technology

Wang Ying Xu Qin
(Jiujiang University,Jiujiang 332005,Jiangxi)

tract】 In the process of the continuous development of the Internet of things,new and old technologies of wireless network appear alternately.Network compatibility issues become the core of technology breakthrough.This paper studies on the heterogeneous wireless network,and optimizes the network with cooperative relay technology.It studies on the heterogeneous wireless network selection algorithm;puts forward the utility function parameters setting method based on fuzzy inference system,to solve the problem of function parameters index for different mobile terminals,implementing relay positioning and power allocation from oneway and two-way relay transmission systems respectively.

words】 heterogeneous wireless network;network selection strategy;cooperative relay technology

TN92

A

1008-6609(2017)04-0014-02

汪穎（1983-），女，湖北黃梅人，碩士，副教授，研究方向為計算機通信。

江西省教育廳青年科學基金項目，項目編號：G JJ14743。