一種基于概率切換的移動終端能耗優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于移動通信領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于概率切換的移動終端能耗優(yōu) 化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的大發(fā)展、移動設(shè)備的普及以及4G網(wǎng)絡(luò)帶來的網(wǎng)速提升使得移動 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)井噴式增長，移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸所消耗的移動設(shè)備能量也達(dá)到了不可估量的 量級。
[0003] 在WiFi(Wireless Fidelity)網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，WiFi網(wǎng)絡(luò)與蜂 窩網(wǎng)絡(luò)相比較具有更高帶寬、更低功率，但其覆蓋范圍有限，用戶的隨機(jī)移動性導(dǎo)致用戶需 要在不同網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行切換，這將增加切換能耗;多用戶在同一個蜂窩基站下，多用戶競爭有 限帶寬也導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸效率低下，移動終端的能耗會急劇增長。
[0004] 由于WiFi的部署具有不定性，無法準(zhǔn)確知道大范圍內(nèi)所有WiFi的具體部署位置， 現(xiàn)有技術(shù)通過用戶行為來預(yù)測WiFi出現(xiàn)的時間，通過預(yù)測結(jié)果決定在沒有WiFi的區(qū)域選擇 蜂窩網(wǎng)絡(luò)或等待下一次WiFi網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，該方案不具有普適性;有的方案考采用馬爾科夫鏈 選擇網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)最好的網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到節(jié)能的目的，但是沒有考慮多用戶的狀態(tài)，每個用戶在蜂窩 網(wǎng)絡(luò)下的帶寬與其他用戶有關(guān)，現(xiàn)有的切換會因為用戶帶寬競爭導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量較差而消耗 更多的傳輸能耗。
[0005] 移動網(wǎng)絡(luò)狀況會因為網(wǎng)絡(luò)擁塞或者移動設(shè)備的移動出現(xiàn)大的波動，選擇不同的時 機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸對用戶的傳輸能耗有較大的影響，現(xiàn)有用于減少異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中傳輸能耗的方 案欠缺對當(dāng)前環(huán)境中蜂窩網(wǎng)絡(luò)狀況和用戶的隨機(jī)移動性的考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于概率切換的移動終 端能耗優(yōu)化方法，其目的在于根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況選擇最佳的傳輸時機(jī)與傳輸網(wǎng)絡(luò)，由此降低移 動終端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能耗。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于概率切換的移動終端 能耗優(yōu)化方法，具體包括如下步驟：
[0008] (a)判斷用戶所在區(qū)域是否有WiFi網(wǎng)絡(luò)信號，若否，則進(jìn)入步驟(b);若是，則采用 所述區(qū)域內(nèi)的WiFi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)傳輸；
[0009] (b)判斷當(dāng)前時間槽的用戶的選擇概率Xl是否大于閾值x;若是，則采用所述區(qū)域 內(nèi)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)傳輸;若否，則等待，直到用戶進(jìn)入WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，進(jìn)入步 驟(a);
[0010] 其中，&是指用戶選擇使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的概率，閾值x采用隨機(jī)函數(shù)randO 隨機(jī)生成的概率，xe(〇，l);將用戶移動的時間劃分為大小相等的時間段，將其中一個時間 段稱為時間槽；
[0011]與蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比，WiFi網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬、低功耗的特點(diǎn);本方法提供的上述基于概 率切換的移動終端能耗優(yōu)化方案，在WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，采用WiFi傳輸用戶數(shù)據(jù);在沒有 WiFi網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域，則根據(jù)當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)決策是采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，還是等待 WiFi網(wǎng)絡(luò)；
[0012]其中，用戶的選擇概率Xl與用戶i的傳輸任務(wù)總量口:、可容忍延遲時間h、用戶移動 起點(diǎn)與終點(diǎn)間的線路長度U有關(guān)，在每個時間槽，一部分用戶根據(jù)概率選擇不使用蜂窩網(wǎng) 絡(luò)，可有效的避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，但依舊能在可容忍時間內(nèi)保證用戶完成傳輸任務(wù)，終端傳輸能 耗最小的目的；當(dāng)傳輸任務(wù)總量口:與可容忍延遲時間一定時，線段長度U越大，用戶的選 擇概率 Xl越小;大部分?jǐn)?shù)據(jù)通過WiFi傳輸，減少了采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量；當(dāng)可容忍延 遲時間h和線段長度U-定時，傳輸任務(wù)總量口:越大，用戶的選擇概率 Xl越大，由于WiFi可 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一定，則蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增加;通過上述網(wǎng)絡(luò)選擇的方案，達(dá)到將移動 終端的傳輸能耗最小化的目的。
[0013] 優(yōu)選地，本發(fā)明提供的移動終端能耗優(yōu)化方法，其用戶的選擇概率Xl根據(jù)以下方 法獲取：
[0014] (1)根據(jù)WiFi AP(Acess Point)在二維空間上的泊松分布情況，獲得WiFi網(wǎng)絡(luò)覆 蓋區(qū)域的平均用戶數(shù)量：
[0015]其中，Au為給定區(qū)域內(nèi)的用戶密度;4為給定區(qū)域內(nèi)的WiFi AP密度;r為WiFi網(wǎng)絡(luò) 的覆蓋半徑；
[0016] (2)根據(jù)所述平均用戶數(shù)量nw、WiFi網(wǎng)絡(luò)的總帶寬以及蜂窩網(wǎng)絡(luò)的總帶寬，建立異 構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下用戶帶寬分配模型，所述模型包括WiFi網(wǎng)絡(luò)下用戶i所分配的帶寬if和蜂窩網(wǎng)絡(luò) 下用戶i所分配的帶寬if;
[0017] (3)根據(jù)終端用戶移動的起點(diǎn)、終點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)分布情況，獲取終端用戶i勻速 穿過WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的時間期望
[0018] 其中，Vl是終端用戶i的移動速度;U是終端用戶i移動的起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的線路長 度；
[0019] (4)根據(jù)WiFi網(wǎng)絡(luò)最大可連接用戶個數(shù)S猶以及用戶密度Au，獲取在WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋 下的用戶成功連接上WiFi網(wǎng)絡(luò)的概率P;
[0020] 對于處于WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域但無法成功連接上WiFi網(wǎng)絡(luò)的用戶，也需要考慮是否 要打開蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)；
[0021] (5)根據(jù)上述概率P以及所述用戶i通過WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的時間期望T；W￡：，獲取 用戶使用WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的時間T； Wt = plf%
[0022] 根據(jù)WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋下用戶i所分配的帶寬f，獲取用戶i在WiFi下分得的傳輸速率 w r.; l wt"
[0023] 根據(jù)所述用戶使用WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的時間Tf、以及用戶i在WiFi下分得的傳 輸速率!^，獲得通過WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù)量= rWTWt; 1 1 1 1
[0024] (6)根據(jù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的下用戶i所分配的帶寬/、用戶的選擇概率&及用戶使用WiFi 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的時間獲取通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù)量Df =- 1^)1其 中，Ti是指用戶i可容忍傳輸時間；
[0025] (7)根據(jù)用戶使用WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的時間TWt、通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù) 量DP、以及通過WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù)量〇"" ?建立包括通過WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時的終 1 1 端能軋與通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時的終端能耗 <的能耗模型；
[0026] (8)根據(jù)上述能耗模型，對下式求取最優(yōu)解，獲得每個用戶最優(yōu)的選擇概率 x, ; mm I (E^'+Ef); i=l
[0027] 各用戶根據(jù)所述最優(yōu)的選擇概率Xl選擇接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)，使得移動終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)傳輸?shù)哪芎淖钚　?br>[0028] 優(yōu)選地，本發(fā)明提供的移動終端能耗優(yōu)化方法，其異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下用戶帶寬分配模型 具體如下：
[0029] WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋下用戶i所分配的帶寬
[0030] 蜂窩網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用戶i所分配的帶寬
[0031] 其中，i，k均為用戶編號，Xl為用戶i連接蜂窩網(wǎng)絡(luò)的概率，xk分別為用戶k連接蜂窩 網(wǎng)絡(luò)的概率，n c為蜂窩網(wǎng)絡(luò)下用戶量數(shù)，Bw為WiFi網(wǎng)絡(luò)的總帶寬，j為WiFi網(wǎng)絡(luò)編號，Be為蜂 窩網(wǎng)絡(luò)的總帶寬。
[0032] 優(yōu)選地，本發(fā)明提供的移動終端能耗優(yōu)化方法，在WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的用戶成功連 接上WiFi網(wǎng)絡(luò)的概率P具體如下：
[0033] 當(dāng) 時，P = 1;
[0034] 當(dāng);I > A 時， U U
[0035] 其中，用戶密度閥值
[0036]優(yōu)選地，本發(fā)明提供的移動終端能耗優(yōu)化方法，通過WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù)量
[0037]優(yōu)選地，本發(fā)明提供的移動終端能耗優(yōu)化方法，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠骄鶖?shù)據(jù)量
[0038]優(yōu)選地，本發(fā)明提供的移動終端能耗優(yōu)化方法，所建立的能耗模型具體如下：
[0039] 函數(shù)為：
[0041 ] EC = P x.(T. - TWt); 1 C 1 1 1
[0042] 約束條件為:DpDf+ #，〇<Xi< l;
[0043] 其中，是指通過WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時的終端能耗，f是指通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù) 據(jù)時的終端能耗;Pw為WiFi網(wǎng)絡(luò)的傳輸功率，Pc為蜂窩網(wǎng)絡(luò)的傳輸功率，Di是指用戶i需要傳 輸?shù)臄?shù)據(jù)總量。
[0044] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0045] (1)方案建立在隨機(jī)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有普適性，且考慮用戶的隨機(jī) 移動性，與實際情況更匹配;根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況選擇最佳的傳輸時機(jī)，并且在任務(wù)可容忍的范圍 內(nèi)盡可能使用WiFi網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，利用WiFi網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低功率優(yōu)點(diǎn)節(jié)約傳輸能耗;該網(wǎng) 絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能耗優(yōu)化方法能夠達(dá)到WiFi網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能耗的最大化優(yōu)化;本發(fā)明方法具有 模型明確，易部署，易實行的優(yōu)點(diǎn)；
[0046] (2)在無 WiFi覆蓋區(qū)域根據(jù)當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)狀況選擇性使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)傳 輸效率，減少蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的傳輸能耗;該方法能有效的解決網(wǎng)絡(luò)擁塞情況，提高用戶網(wǎng)絡(luò)服 務(wù)質(zhì)量，且在用戶可容忍延遲時間內(nèi)完成傳輸，具有較好的用戶完成率;測試數(shù)據(jù)表明，完 成率高達(dá)95%以上。
【附圖說明】
[0047] 圖1是本發(fā)明實施例中基于概率切換的移動終端能耗優(yōu)化方法的流程圖；
[0048] 圖2是本發(fā)明實施例中異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的組成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖；
[0049] 圖3是本發(fā)明實施例中根據(jù)概率切換與現(xiàn)有方法的能耗對比圖。
【具體實施方式】
[0050] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0051] 如圖1所示是本發(fā)明實施例中提供的基于概率切換的移動終端能耗優(yōu)化方法的流 程圖，具體包括如下的步驟：
[0052] (a)判定用戶所在區(qū)域是否有WiFi網(wǎng)絡(luò)，若否，則進(jìn)入步驟(b);若是，則采用所述 區(qū)域內(nèi)的WiFi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)傳輸；