无线异构网络的垂直切换判决算法

方 飞， 李 云

（①内江师范学院，四川 内江 641112；②重庆邮电大学，重庆 400065）

0 引言

为了实现在无线异构网络间的 ABC（Always Best Connected）策略，选择最优的垂直切换判决算法成为一个是至关重要的问题[1-2]。垂直切换判决算法是一个多标准决策问题，决策中涉及的因素很多，如何根据这些因素进行综合判决，研究者们提出了一些不同的方法：简单加权法、乘法指数加权法、接近理想方案的序数偏好方法、灰色关联分析、基于策略（Policy）的方法、基于模糊逻辑（Fuzzy Logic）的方法、基于马尔可夫判决过程的方法、层次分析法[3]。

1 层次分析法

层次分析法（AHP）采用层次分析的方式解决多属性判决问题[4]。利用经验或其它方法得到各方案相对于每个准则的相对权重，并根据每个准则相对于总目标的相对权重，得到各方案相对于总目标的权重，从而选出最优方案。AHP进行判决时，分为4各步骤：

①分析系统中各元素之间的关系，建立系统的递阶层次结构模型；

②对同一层次的各元素关于上一层次中的某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较判决矩阵；

③由判决矩阵计算被比较元素对于该准则的相对权重，进行层次单排序和一致性检验；

④计算各层元素对系统总目标的组合权重，进行层次总排序及一致性检验。

2 建立递阶层次结构

首先分析备选网络的可用属性，构造出一个层次分析的结构模型。决策问题被分解为不同的组成部分，即元素。然后按照属性将元素分组形成互补相关的层次，上一层次对相邻的下一层次的部分或全部元素起支配作用，这样就形成了层次间自上而下的逐层支配关系。层次可分为3类：

①最高层，顶层只有一个元素，一般是需要解决问题所要达到的目标；

②中间层，包括为了实现总目标所涉及的中间环节，可以由若干个子层组成，包括所需考虑的约束、多级子准则等；

③最低层，表示为实现准则可供选择的各种措施、备选方案。图1是对具有4个备选网络，判决准则为带宽、时延、代价、抖动、丢包率的情况，做出的层次结构图。

图1 层次结构

3 构造比较判决矩阵

建立了递阶层次结构，即确定了上下层之间元素的隶属关系。在所建立的递阶层次结构中，除总目标层外，每一层都由多个属性组成，而同一层的各个元素对上一层的某元素的影响是不同的，这就要判决出，同一层次的各元素对上一层某一元素的影响程度，并将其量化，以便构造出判决矩阵[5]。

假定以顶层元素 x0为准则，所支配的下一层次 L1的元素为要通过两两相互比较的反复求出它们对于准则 x0的相对重要性，也即计算相应权重因此，需要反复执行如下判段：针对准则x0,L1层中的两个元素x1,x2哪一个更重要一些且重要多少，然后按照1～9标度法进行相对重要程度赋值(记为)，这样，对于准则 x0，下层n个被比较元素构成了一个两两比较的判决矩阵A，表示为：

其中，aij表示元素 xi与 xj相对于x0的重要性的1～9标度量化值。1～9标度法是T.L.Saaty教授运用模糊数学理论，根据人类区别动物的好坏、优劣、轻重等经验方法提出的，对不同情况的比较结果给予数量标度。判决矩阵具有如下性质：

在建立判决矩阵时，为了尽可能地减少主观上的影响，通常事先只遵守和两个条件对各元素进行比较，而后按照一致性检验方法进行检验。当一致性比例C.R.＜0.1时，认为判决矩阵的一致性可以接受，否则需要修正比值。

4 层次单排序

判决矩阵是针对准则层而言，对方案进行两两比较的评定数据，层次单排序对某一准则排出一个优先次序，即求出判决矩阵的特征向量[6]。这部分包括两个内容：计算权重和判决矩阵的一致性检验。

采用特征根法计算权重，用来求解判决矩阵A的特征根，如下式：

其中，maxλ是A的最大特征值，ω是相应的特征向量，所得到的净归一化后就可以作为权重向量。特征根法的计算步骤如下：

③采用下式归一化:

④对给定精度0ε＞，当:

在构造判决矩阵时，由于客观事物的复杂性，主体认识的局限性和多样性，判断经常伴随着误差。这就是AHP方法要求对n阶判决矩阵作 n (n - 1)/2次两两比较的原因，一致性检验的方法步骤为：

① 计算一致性指标C.I.（Consistency Index）：

其中，n为判决矩阵的阶数；

② 查找相应n的平均随机一致性指标 R.I.（Random Index），有相应的表可以查找；

③ 计算一致性比例C.R.（Consistency Ratio）：

当 C .R.＜ 0 .1时，即要求决策者判断的一致性与随机生成判断的一致性之比小于10%时，认为判决矩阵的一致性可以接受；反之，当 C .R.≥ 0 .1时，应该对判决矩阵进行修正，以保持一定程度的一致性。

5 层次总排序

以上仅得到一组元素对其上一层中某个元素的权重向量，而最终需要各层元素对总目标的相对权重，以便对备选方案进行选择[7]。因此，需要自上而下地将单层元素权重进行合成，取得最底层相对于最高层的合成权重，同样需要从上而下逐层进行一致性检验。

设有目标层G、准则层C及方案层P构成的层次模型，已计算出准则层C对目标层G的单排序为：

方案P的n个方案对iC准则的单排序为：

这样，各方案对目标而言，其总排序是通过单排序 ω(1)和ωi

(2)组合得到，表示为：

为了评价层次总排序计算的一致性，需要进行与单排序类似的检验。层次总排序的一致性检验也是由高到低逐层进行，如果 P层某些元素对于 Ci单排序的一致性指标为(C.I. )j，相应的平均随机一致性指标为(R.I. )j，则层次总排序随机一致性比率为：

当 C .R.＜ 0 .1时，认为层次总排序结果具有满意的一致性，否则需要重新调整判决矩阵的元素取值。

6 结语

目前，有各种无线网络部署在世界各地，包括第二和第三代（3G）的蜂窝网络，无线局域网和个人区域网络（例如蓝牙），这些无线异构网络使用不同无线接入技术和通信协议，没有接入技术或服务提供商可以提供无处不在用户连接需求。在下一代网络中必须使用 “垂直切换”技术以实现任何时间任何地点的接入，然而无线异构网络中的垂直切换涉及的因素多，其中一些难以量化，因此必须采取多种切换技术联合使用的方式来解决。

[1] Majiest A, Khalaj B H. An Adaptive Fuzzy Logic Based Handoff Algorithm for Interworking Between WLANs and Mobile Networks[C]//Proc of the 13th IEEE International Symposium on PIMRC.Portugal:IEEE PIMRC,2002:2446-2451.

[2] Matusz P,Machan P, Wozniak J.Analysis of Profit Ability of Intersystem Handovers Between IEEE 802. 11b and UMTS[C]//P roc of the 28th Annual Inter-national Conference on Local Computer Networks. Germany:IEEE Comp Soc.,2003:203-209.

[3] 刘侠,蒋铃鸽,何晨.一种无线异构网络的垂直切换算法[J].上海交通大学学报,2006,40(05):742-746.

[4] 刘敏,李忠诚.异构无线网络中垂直切换算法的评测与改进[J].Journal of Software,2007,18(07):1652-1659.

[5] 郭强,朱杰,徐向华.一种无线异构网无缝切换控制方案及其仿真分析[J].上海交通大学学报,2004,38(12):2026-2029.

[6] 李明,杨雷,吴燕玲,等.异构网络中垂直切换的研究[J].通信技术，2008,41(04):96-98.

[7] 毛旭,陈前斌,唐伦.异构网络垂直切换技术[J].通信技术,2007,40(06):24-2.