移动通信网络下通信最优节点自动选择方法研究

邓满兰

摘 要： 现有通信最优节点的选择方法，不能在保证误码率的前提下完成节点自动选择。为了解决上述问题，通过LTE网络架构、统一核心网络，从根本上降低因用户移动而造成数据分组丢失可能性，完成移动通信网络环境的搭建；应用通信误码率的计算与最优节点的自动选择，搭建基于移动网络的EBCPS通信最优节点自动选择方法。模拟应用环境设计对比实验结果表明，EBCPS通信最优节点自动选择方法，既能在保证误码率的前提下，完成节点自动选择，也能提高最小剩余量，缩短竞争接入时间。

关键词： 移动通信； LTE网络； 误码率； 最优节点； 自动选择； EBCPS

中图分类号： TN925?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）04?0169?03

Abstract： The automatic node selection cannot be accomplished on the premise of guaranteeing the error rate in the current selection method of optimal communication nodes. To solve the above problem， the core network is unified by using the LTE network architecture to fundamentally reduce the possibility of data packet loss due to users′ mobility and complete the establishment of mobile communication network environment. The calculation of communication error rate and the automatic selection of optimal nodes are adopted to establish the automatic EBCPS optimal communication node selection method based on mobile network. The application environment was simulated to design the contrast test. The results show that the automatic EBCPS optimal communication node selection method can not only accomplish the automatic node selection on the premise of guaranteeing the error rate， but also improve the minimum residual amount and shorten the competitive access time.

Keywords： mobile communication； LTE network； error rate； optimal node； automatic selection； EBCPS

0 引 言

不同于傳统的模拟、数字移动通信网络，现有移动通信以4G网络为主，摒弃了原有的GMS，CDMA/WCDMA等形式，开始着重在LTE方面进行研究。这种移动网络形式，因应用多入口接入形式，造成了整体通信架构的管理复杂性。通信最优节点自动选择充分利用了空间的分集增益，不仅不占用过多的系统带宽，也不会造成通信时间的增加，提高了系统吞吐总量[1]。但这种构建方式因设备自身尺寸等方面的问题，造成各个设备之间距离过近，影响了传输误码率。本文通过LTE网络架构、统一核心网络，完成移动通信网络环境的搭建；应用通信误码率计算，实现最优节点的自动选择。为了证明EBCPS选择方法的实用性价值，模拟应用环境设计对比实验，实验结果表明，该方法能在保证误码率前提下，完成节点自动选择，提高最小剩余量，缩短竞争接入时间。

1 移动通信网络环境的搭建

1.1 LTE网络架构

LTE网络架构主要由Evolved Packet Core和Evolved UTRAN组成。其中Evolved UTRAN负责将多个eNode与X2接口进行连接；Evolved Packet Core则是由SGW，PCRF等多部分组成，其主要功能是负责将Evolved UTRAN完成的内部连接[2]，与S1接口进行外部连接。与传统的UMTS网络结构相比，LTE网络架构既实现了SGSN与GGSN功能，也做到了将用户界面与控制界面进行分离，通过MME完成对控制界面的操作功能，通过SWG完成对用户界面的操作功能[3]。且LTE网络架构中，不再具有复杂的RNC网元，其功能也被分配到了eNodeB，MME，SGW等多个实体，通过eNodeB与X2接口的连接，以及Mesh工作方式的应用，从根本上降低因用户移动而造成数据分组丢失可能性[4]。以HSS作为LTE网络架构的存储数据库，既方便了对核心网络服务，也使得各数据层次的协议得到具体规划。

1.2 统一核心网络

核心网络是在LTE网络架构的基础上帮助4G数据的稳定传输，统一核心网络即是为了IMS核心网主的VoIP业务能够顺利实现，也使系统通过统一的SR VC.C业务，来保证语音的连续传输[5]。为了核心网络的顺利统一，首先应该保证数据库与应用平台的统一，应用IMS技术保证Parlay/OSA业务框架的顺利搭建，进而实现核心网络的统一。

2 通信最优节点自动选择方法的改进

2.1 通信误码率的计算endprint

为了方便计算，设[E]代表发射结点的成功发射功率，[α1，θ1]和[α2，θ2]分别代表两个接收端所接收到的噪声，且[α1]和[α2]均为高斯白噪声，也就是方差为[N]均值[6]为0。规定[S]为衰减系数，[θ1]与[θ2]之间的欧氏距离用[X]表示，且如下部分涉及到的计算步骤，均在半双工通信状态下进行。假定[θ1]与[θ2]均能一次将信息正确译码，则此时可得如下公式：

式中：[PS]为总通信误码率；[S1]为[θ1]接收端的衰减系数；[S2]为[θ2]点的衰减系数。式（1）在半双工状态下[θ1]与[θ2]接收端完成信息正确译码时的通信误码率。

2.2 最优节点的自动选择

根据式（1）可得到传输的通信误码率。在对最优节点进行自动选择的过程中，可在通信误码率的基础上，选择剩余能量大的节点作为最优节点。但如果仅应用这种选择方法，极容易造成所选择的信噪比，不能保证[θ1]与[θ2]的传输误码率同时满足系统要求[7?8]。

为了改变此问题，引入了EBCPS选择算法。EBCPS选择算法，首先应用式（1）推导通信误码率，其次该算法可根据网络中节点的相对剩余能量设置相应的延迟时间。其最大优点是使延迟时间不随能量减少而逐渐增加，可以说是节约剩余能源与延迟时间的有效手段。EBCPS算法最优节点具体选择过程如图1所示。

2.3 EBCPS选择方法的实现

为了保证EBCPS选择算法运行准确性，在运用上述误码率推导公式基础上，通过对网络节点中剩余能量额估计，为系统设置整体延迟时间，并从根本上保证延迟时间不会随着剩余能量减少而逐渐增加[9?10]。引入效益函数，并通过该值，来保证算法顺利运行，其具体运算公式如下：

式中：[B]为效益函数；[ξ]为系统中的剩余能量；[M]为由[θ1]与[θ2]发起的中继协作；[η1（ξ）]为[θ1]能量表示；[S2（ξ）]为[θ2]的能量标识，通常情况下[η1>η2]。

3 实验结果与分析

通过上述过程，完成了EBCPS选择算法的搭建与实现，为了证明该算法与普通算法相比。具有更高的实用性价值，选用4台配置相同的计算机作为实验对象，随机选取2台作为实验组，另2台作为对照组，并在实验开始前，对4台计算机进行相关参数的配置。

3.1 实验参数设置

为了公平起见，实验组与对照组参数均相同。其中ACT为衰减系数，且该系数与103成正比，EDD代欧氏距离，该项数值单位为m，RDE代表剩余能量，单位为kJ，DLT为延迟时间，单位为s，数值本身与10-5成正比，RLC为中继协作，在本次实验中规定，4台计算机中继协作均为0。实验参数设置如表1所示。

3.2 误码率对比

在完成实验参数设置之后，令4台计算机同时传递一段相同的指令，指令详情如下：

其中实验组的2台计算机应用EBCPS选择算法进行传递，对照组的2台计算机应用普通算法进行传递，并对传递过程中的相关数据进行记录，根据记录结果绘制图2。

根据图2可以发现，运用普通算法传输指令，误码率的范围较小，不能提供大范围的容错，也就不能保证节点的自动选择；而运用EBCPS选择算法传输指令，误码率范围较广，可以提供加大范围的容错，保证节点自动选择。

3.3 竞争接入时间对比

在完成误码率后，保留记录数据，对竞争接入时间进行对比，对比结果如图3所示。

由图3可知，运用普通算法传输指令，所需竞争接入时间更长，故不能提高最小剩余量；运用EBCPS选择算法传输指令，所需竞争接入时间较短，故可以提高最小剩余量。

4 结 语

为了在保证误码率的前提下完成节点自动选择，通过LTE网络架构、统一核心网络，完成了移动通信网络环境的搭建；应用通信误码率的计算与最优节点的自动选择，搭建基于移动网络的EBCPS通信最优节点自动选择方法。为了证明该方法的真实有效性，设计对比实验，结果表明，EBCPS通信最优节点自动选择方法，既能保证误码率，完成节点自动选择，也能提高最小剩余量，缩短竞争接入时间。

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