异构无线网络选择策略与协作中继技术研究

汪颖 许勤

（九江学院，江西 九江 332005）

异构无线网络选择策略与协作中继技术研究

汪颖 许勤

（九江学院，江西 九江 332005）

在物联网不断发展的过程中，无线网络应用新老技术交替出现，网络兼容性问题成为技术突破的重点核心。由此本文进行异构无线网络的研究，通过协作中继技术实现对网络的优化选择。探讨在异构无线网络选择算法，提出一种基于模糊推理系统的效用函数参数设置方法，解决不同移动终端对有效函数参数的规范化指标问题，分别从单向和双向中继传输系统进行中继定位与功率分配。

异构无线网络；网络选择策略；协作中继技术

1 前言

在物联网无线通信不断发展的过程中，各种接入方式之间的耦合和新老更替的信息通信网络异构接入导致网络中存在多异构多协议无线网络共存，给无线网络的管理与建设带来困难。要实现物联网无线网络通信能够跨越平台，任何种类信息无障碍交换，环境动态调整，资源均衡应用，解决目前面临的异构网络信息互通困难的问题，就必须要从异构无线网络接入资源入手，以协作中继技术实现异构无线网络相互通信，解决信息孤岛问题。

2 异构无线网络选择策略与协作中继技术概述

2.1 异构无线网络选择策略

随着无线网络的普及应用，在某一环境中会出现多个无线网络接入点交叉覆盖的现象，并且不同无线网络提供的网络接入存在参数上的差异性，这就要求移动端设备能够对这种复杂的异构网络环境进行甄别与筛选，对可接入无线网络进行排序，以寻求最优的网络接入点。在选择方法上包括：基于多属性决策的网络选择、基于模糊逻辑的网络选择、基于博弈论的网络选择。

2.2 异构无线网络中的协作中继技术

协作中继技术是针对于异构网络环境下的各类设备之间的有效连接而存在的协同处理机制，通过协作中继技术可以避免用户更换无线网络接入点时出现断网的问题，减少传输时延，保证用户网络在使用正常情况下切换网络接入点。

3 基于终端实时状态网络选择算法

将移动终端无线网络应用实时状态的影响因素作为网络选择更新的指标函数参数，在异构无线网络中，改变移动终端接入无线网络的有效网络排序，当用户处在异构无线网络中，可根据网络状况自由选择接入点，针对异构无线网络中指标的特点，本文提出一种基于模糊推理系统的效用函数参数设置方法，采用Mamdani直接模糊推理法，从无线网络接入数条同时起作用的模糊规则中，按并行处理方式产生对应输入量的输出模糊子集。模糊库规则如下：

规则1：A1AND B1→C1；

规则2：A2AND B2→C2；

......

规则n：AnAND Bn→Cn；

前提：x0AND y0

结论：C’

其中Ai、Bi、Ci均为模糊集合，x0、y0为输入值。

由Mamdani直接模糊推理法的模糊规则AiAND Bi→Ci（i=1,2,...,n）与前提x0AND y0，取min运算得推理结果Ci’：

式中∧表示min运算；uAi(x0)、uBi(y0)、uCi(z)分别为模糊集合Ai、Bi、Ci的隶属函数。则推理结果C'可表示为：

式中∨表示max运算。最后采用重心法进行反模糊化，计算式为：

式中z0即为反模糊化的精准值。

4 多中继传输的中继定位与功率分配

4.1 单向多中继网络的中继定位与功率分配

单向多中继传输的系统模型包括源节点S1与目的节点S2、N个中继节点R1，R2，...RN，N>1。S1与S2通过R1，R2，...RN相互通信。假设终端节点S1与S2之间的距离为d，且S1到R2、RN到S2的距离分别为d1、dN+1。Rk到Rk+1，k=1,2,...,N-1的距离表示为dk+1。所有传输信道满足平坦瑞利衰落，在发送的每个周期内，信道参数保持恒定不变，并且在任意两个周期之间保持相互独立存在。任何相邻节点之间的信道相关系数为为路径损耗因子，hi~CN(0,σ2h)表示瑞利衰落影响。每个节点处的加性高斯白噪声为wi~CN(0,σ2i)，i= 1，2，3，...,N+1。

通过MATLAB仿真软件进行仿真，设计两个终端用户之间的距离为归一化d=1，设路径损耗因子n=4，单向单中继传输与单向双中继传输的发射功率比较结果如图1所示：

图1 单向单与单向双中继传输发射功率比较仿真结果

通过图1可见，发射总功率随着数据速率c的增大而增加，但是单向单中继传输要求的总发射功率分别为9.94dB、15.55dB和21.33dB。单向双中继传输发射功率分别为6.92dB、12.74dB、18.64dB。明显单向双中继传输要比单向单中继传输能够节省功率。

4.2 双向多中继网络的中继定位与功率分配

双向多中继传输的系统模型包括终端节点S1和S2、N个中继节点R1、R2...RN，N>1。S1与S2通过R1，R2，...，RN互相通信。假设终端节点S1与S2之间的距离为d，且S1到R1、RN到S2的距离分别为d1、dN+1。Rk到Rk+1，k=1,2，...,N-1的距离表示为dk+1。所有传输信道满足平坦瑞利衰落，在每个发送周期内信道参数恒定不变，而在任意两个周期之间相互独立。任何相邻节点之间的信道相关系数为αi=d-n/2ihi，n>0为路径损耗因子，hi~CN(0,σ2h)表示瑞利衰落影响。每个节点处的加性高斯白噪声为wi~CN(0,σ2i)，i=1,2,3...,N+2。则S1、S2处的接收信号可分别表示为：

式中PS1、PR1、PRN与PS2分别表示S1、R1、RN与S2的传输功率。

同样通过MATLAB仿真软件进行仿真，设计两个终端用户之间的距离为归一化d=1，设路径损耗因子n=4，双向单中继传输与双向双中继传输的发射功率比较结果如图2所示：

图2 双向单中继传输与双向双中继传输的发射功率比较仿真结果

通过图2可见，发射总功率随着数据速率c的增大而增加，但是双向单中继传输要求的总发射功率分别为9.67dB、15.40dB和21.26dB。双向双中继传输发射功率分别为5.30dB、11.19dB、17.13dB。明显双向双中继传输要比双向单中继传输能够节省功率。

5 结语

异构无线网络择优选择策略是在多无线网络环境下移动端网络应用的重要技术，在面对不同的网络设备搭建起的网络环境，采用协作中继技术可有效为移动终端提供无痕网络通信，提高了无线网络之间的耦合。在协作中继技术解决移动无线网络连接的问题中，存在单向多中继网络的中继定位与功率分配和双向多中继网络的中继定位与功率分配的现象，通过本文的研究验证了单向双中继传输要比单向单中继传输能够节省功率，双向双中继传输要比双向单中继传输能够节省功率。

[1]黄小龙，黄保华，屈迟文．一种博弈竞争选择的异构无线网络最优接入策略[J]．计算机应用研究，2015，32(4)：1214-1216．

[2]滕世海，蒋占军，陈婧婧．异构网络协作通信技术研究[J]．微电子学与计算机，2016，33(10)：78-81．

[3]伍仁勇，王文茹，李仁发．协作认知无线网络中的功率优化及中继选择策略[J]．计算机应用研究，2016，33(5)：1486-1490．

[4]徐加利，管章玉．多用户认知协作无线网络中的中继选择与载波分配策略[J]．新型工业化，2016，6(1)：62-72．

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

汪颖（1983-），女，湖北黄梅人，硕士，副教授，研究方向为计算机通信。

江西省教育厅青年科学基金项目，项目编号：G JJ14743。