УДК  681.324

Выбор параметров для процедуры вертикального хэндовера

Автор: А.Д. Гришаева

Научный руководитель: В.Я. Воропаева, доц., канд. техн. наук

Источник: Інформаційні процеси і технології «Інформатика 2013»: матеріали VI Міжнародної наук.-практ. конф. молодих учених і студентів, Севастополь, 22-26 квіт. 2013 р. / М-во освіти і науки України, Севастоп.нац.техн. ун-т; наук. ред. С.В. Доценко — Севастополь: Вебер, 2013.  — C. 96-97.

A description of the parameters selection and criteria design for the vertical handover procedure using fuzzy-logic and multiple criteria decision-making algorithm TOPSIS.

Хэндовер (англ. - handover, handoff) является ключевым механизмом, позволяющим бесшовно передвигаться по мобильной сети. Это процесс передачи управления соединением от одной точки доступа / базовой станции к другой. Хэндовер между соседними сотами сети одной технологии называется горизонтальным, хэндовер между различными типами сетей – вертикальным (Vertical HandOver, VHO) и имеет место в неоднородных (гетерогенных) сетях, построенных из сегментов различных беспроводных технологий (WLAN, WMAN, WWAN). Традиционный механизм горизонтального хэндовера базируется на оценке RSS: хэндовер запускается, когда уровень RSS обслуживающей БС становится ниже порогового значения. Но в гетерогенной беспроводной среде параметры различных типов сетей не могут сравниваться непосредственно, поэтому RSS не является достаточным критерием для эффективного и интеллектуального хэндовера.

VHO осуществляется в три этапа: 1) сбор информации; 2) принятие решения о хэндовере и 3) собственно осуществление хэндовера [1].

На этапе сбора информации мобильный узел (МУ) с множественными сетевыми интерфейсами обнаруживает доступные беспроводные сети. Также необходимо собрать информацию о состоянии МУ, требованиях пользователя и других параметрах, входящих в критерий принятия решения о хэндовере. Входными параметрами для алгоритма VHO могут быть следующие: параметры пользователя (предпочтения, бюджет, профиль, скорость передвижения, местонахождение), QoS требования приложений, класс трафика (разговорный, потоковый, интерактивный, фоновый), параметры сети (QoS, загруженность, безопасность, стоимость обслуживания), параметры канала связи (RSS, соотношение сигнал-шум SNR, уровень битовых ошибок BER, задержка и джиттер), параметры МУ (уровень заряда аккумулятора, потребляемая мощность). 

Хэндовер может запускаться при следующих условиях: выходе из зоны покрытия сети, возможности улучшения показателей качества или стоимости сети для определенных приложений пользователя, при изменении предпочтений пользователя.

На этапе принятия решения определяется, когда осуществить хэндовер и в какую из доступных сетей. Эта фаза является наиболее критичной, поскольку от ее результата зависит качество предоставления услуг. Она включает в себя обработку входных параметров, их агрегацию в критерий и выбор по критерию сети назначения. 

На этапе осуществления хэндовера происходит непосредственная передача текущего сеанса выбранной на предыдущем этапе сети доступа, которую аппаратно можно реализовать на базе SDR (Software-Defined Radio) технологии.

Способ обработки входных данных в алгоритме VHO может быть математический или вычислительный (интеллектуальный). В математических алгоритмах обработки формируется общая стоимостная оценка сети в виде функции, которая затем минимизируется:

-кумулятивная форма:

-мультипликативная форма:

 

где  p_n – это стоимость і-го параметра услуги s в сети n;  w_s,i – это взвешивающий коэффициент, определяющий важность i-го параметра, при этом .

В интеллектуальных методах обработки данных могут применяться аппарат фаззи-логики, нейронных сетей, экспертных систем, генетических алгоритмов и даже элементы теории игр. Методы, основанные на фаззи-логике, позволяют моделировать качественные аспекты экспертных знаний человека и его рассуждения, а также позволяют работать с неточными измерениями [2]. Нейронные сети при использовании полного набора входных параметров и желаемых выходных, могут быть натренированы для оптимального осуществления процедуры вертикального хэндовера. И наконец, может использоваться комбинация фаззи-логики с нейросетями или генетическими алгоритмами для организации адаптивных механизмов вертикального хэндовера. Но если количество «перекрывающихся» участков сетей незначительно, то такое усложнение системы нерационально. 

Определение оптимального решения осуществляется по алгоритмам многокритериальных задач - MCDM (Multiple Criteria Decision-Making). Наиболее известные среди них: 1) SAW (Simple Additive Weighting) – взвешенное суммирование; 2) MWE (Multiplicative Weighting Exponent) – взвешенное умножение; 3) TOPSIS (Techniques for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) – определение приближенности к идеальному решению; 4) AHP (Analytic Hierarchy Process) – метод декомпозиции задачи; 5)GRA (Grey Relational Analysis) – теория «серого анализа» и др [3]. 

В рамках данного исследования для формирования критерия VHO выбраны параметры: RSS, параметры QoS сети, тип трафика, стоимость обслуживания, безопасность и загруженность сети, а также скорость перемещения МУ как ограничивающий фактор при сравнении технологий. Обработка (нормирование) и агрегирование параметров осуществляется с применением аппарата фаззи-логики, который позволяет оценивать каждый из параметров некоторыми лингвистическими переменными - «низкий», «средний», «высокий». Каждая из этих переменных представляет собой нечеткое множество, функции принадлежности к которому задаются на основании экспертных знаний и опыта пользователей. Фаззи-регуляторы оперируют нечеткими условными (if - then) правилами, заложенными в базу знаний, для преобразования нечетких входных данных в необходимые управляющие влияния, которые также носят нечеткий характер. Выход системы нечеткой логики после дефаззификации является критерием запуска хэндовера. А выбор сети назначения хэндовера осуществляется по MCDM-алгоритму TOPSIS, согласно которому формируется решение:

где c_i - это приближенность i-й сети-кандидата к идеальному решению, M – число доступных сетей.

Библиографический список использованной литературы

1. Marquez-Barja / An overview of vertical handover techniques: Algorithms, protocols and tools / Carlos T. Calafate, Juan-Carlos Cano, Pietro Manzoni / Computer Communications – 2011 – № 34. — с.985-997.

2. Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику / С.Д.Штовба. - Винница: Издательство Винницкого государственного технического университета, 2001. – 198с.

3. Mariem Zekri / A review on mobility management and vertical handover solutions  over heterogeneous wireless networks / Mariem Zekri, Badii Jouaber, Djamal Zeghlache/ Computer Communications – 2012 – № 35. — с.2055-2068.

4. Гришаева А.Д. Применение механизма фаззи-логики для распределения потоков трафика в гетерогенной мультиоператорской среде / А.Д. Гришаева, Д.С. Алтухов, И.В. Дегтяренко / Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых: сборник научных трудов ХII науч.-технич. конф. аспирантов и студ., 17-20 апреля 2012 – Донецк, ДонНТУ, 2012. – с.20-22.