一种基于概率切换的移动终端能耗优化方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于移动通信领域，更具体地，涉及一种基于概率切换的移动终端能耗优 化方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动互联网的大发展、移动设备的普及以及4G网络带来的网速提升使得移动 网络数据呈现井喷式增长，移动网络数据传输所消耗的移动设备能量也达到了不可估量的 量级。
[0003] 在WiFi(Wireless Fidelity)网络和蜂窝网络组成的异构网络中，WiFi网络与蜂 窝网络相比较具有更高带宽、更低功率，但其覆盖范围有限，用户的随机移动性导致用户需 要在不同网络间进行切换，这将增加切换能耗;多用户在同一个蜂窝基站下，多用户竞争有 限带宽也导致网络传输效率低下，移动终端的能耗会急剧增长。
[0004] 由于WiFi的部署具有不定性，无法准确知道大范围内所有WiFi的具体部署位置， 现有技术通过用户行为来预测WiFi出现的时间，通过预测结果决定在没有WiFi的区域选择 蜂窝网络或等待下一次WiFi网络出现，该方案不具有普适性;有的方案考采用马尔科夫链 选择网络状态最好的网络，达到节能的目的，但是没有考虑多用户的状态，每个用户在蜂窝 网络下的带宽与其他用户有关，现有的切换会因为用户带宽竞争导致网络质量较差而消耗 更多的传输能耗。
[0005] 移动网络状况会因为网络拥塞或者移动设备的移动出现大的波动，选择不同的时 机进行网络传输对用户的传输能耗有较大的影响，现有用于减少异构网络中传输能耗的方 案欠缺对当前环境中蜂窝网络状况和用户的随机移动性的考虑。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于概率切换的移动终 端能耗优化方法，其目的在于根据网络状况选择最佳的传输时机与传输网络，由此降低移 动终端的网络数据传输能耗。
[0007] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于概率切换的移动终端 能耗优化方法，具体包括如下步骤：
[0008] (a)判断用户所在区域是否有WiFi网络信号，若否，则进入步骤(b);若是，则采用 所述区域内的WiFi网络进行用户数据传输；
[0009] (b)判断当前时间槽的用户的选择概率Xl是否大于阈值x;若是，则采用所述区域 内的蜂窝网络进行用户数据传输;若否，则等待，直到用户进入WiFi网络覆盖区域，进入步 骤(a);
[0010] 其中，&是指用户选择使用蜂窝网络传输数据的概率，阈值x采用随机函数randO 随机生成的概率，xe(〇，l);将用户移动的时间划分为大小相等的时间段，将其中一个时间 段称为时间槽；
[0011]与蜂窝网络相比，WiFi网络具有高带宽、低功耗的特点;本方法提供的上述基于概 率切换的移动终端能耗优化方案，在WiFi网络覆盖区域，采用WiFi传输用户数据;在没有 WiFi网络的区域，则根据当前蜂窝网络的状态决策是采用蜂窝网络传输数据，还是等待 WiFi网络；
[0012]其中，用户的选择概率Xl与用户i的传输任务总量口:、可容忍延迟时间h、用户移动 起点与终点间的线路长度U有关，在每个时间槽，一部分用户根据概率选择不使用蜂窝网 络，可有效的避免网络拥塞，但依旧能在可容忍时间内保证用户完成传输任务，终端传输能 耗最小的目的；当传输任务总量口:与可容忍延迟时间一定时，线段长度U越大，用户的选 择概率 Xl越小;大部分数据通过WiFi传输，减少了采用蜂窝网络传输的数据量；当可容忍延 迟时间h和线段长度U-定时，传输任务总量口:越大，用户的选择概率 Xl越大，由于WiFi可 传输的数据量一定，则蜂窝网络传输的数据量增加;通过上述网络选择的方案，达到将移动 终端的传输能耗最小化的目的。
[0013] 优选地，本发明提供的移动终端能耗优化方法，其用户的选择概率Xl根据以下方 法获取：
[0014] (1)根据WiFi AP(Acess Point)在二维空间上的泊松分布情况，获得WiFi网络覆 盖区域的平均用户数量：
[0015]其中，Au为给定区域内的用户密度;4为给定区域内的WiFi AP密度;r为WiFi网络 的覆盖半径；
[0016] (2)根据所述平均用户数量nw、WiFi网络的总带宽以及蜂窝网络的总带宽，建立异 构网络下用户带宽分配模型，所述模型包括WiFi网络下用户i所分配的带宽if和蜂窝网络 下用户i所分配的带宽if;
[0017] (3)根据终端用户移动的起点、终点与网络的随机分布情况，获取终端用户i匀速 穿过WiFi网络覆盖区域的时间期望
[0018] 其中，Vl是终端用户i的移动速度;U是终端用户i移动的起点与终点之间的线路长 度；
[0019] (4)根据WiFi网络最大可连接用户个数S猶以及用户密度Au，获取在WiFi网络覆盖 下的用户成功连接上WiFi网络的概率P;
[0020] 对于处于WiFi网络覆盖区域但无法成功连接上WiFi网络的用户，也需要考虑是否 要打开蜂窝网络接口，通过蜂窝网络传输数据；
[0021] (5)根据上述概率P以及所述用户i通过WiFi网络覆盖区域的时间期望T；W￡：，获取 用户使用WiFi网络传输数据的时间T； Wt = plf%
[0022] 根据WiFi网络覆盖下用户i所分配的带宽f，获取用户i在WiFi下分得的传输速率 w r.; l wt"
[0023] 根据所述用户使用WiFi网络传输数据的时间Tf、以及用户i在WiFi下分得的传 输速率!^，获得通过WiFi网络传输的平均数据量= rWTWt; 1 1 1 1
[0024] (6)根据蜂窝网络的下用户i所分配的带宽/、用户的选择概率&及用户使用WiFi 网络传输数据的时间获取通过蜂窝网络传输的平均数据量Df =- 1^)1其 中，Ti是指用户i可容忍传输时间；
[0025] (7)根据用户使用WiFi网络传输数据的时间TWt、通过蜂窝网络传输的平均数据 量DP、以及通过WiFi网络传输的平均数据量〇"" ?建立包括通过WiFi网络传输数据时的终 1 1 端能轧与通过蜂窝网络传输数据时的终端能耗 <的能耗模型；
[0026] (8)根据上述能耗模型，对下式求取最优解，获得每个用户最优的选择概率 x, ; mm I (E^'+Ef); i=l
[0027] 各用户根据所述最优的选择概率Xl选择接入蜂窝网络，使得移动终端进行网络数 据传输的能耗最小。
[0028] 优选地，本发明提供的移动终端能耗优化方法，其异构网络下用户带宽分配模型 具体如下：
[0029] WiFi网络覆盖下用户i所分配的带宽
[0030] 蜂窝网络内用户i所分配的带宽
[0031] 其中，i，k均为用户编号，Xl为用户i连接蜂窝网络的概率，xk分别为用户k连接蜂窝 网络的概率，n c为蜂窝网络下用户量数，Bw为WiFi网络的总带宽，j为WiFi网络编号，Be为蜂 窝网络的总带宽。
[0032] 优选地，本发明提供的移动终端能耗优化方法，在WiFi网络覆盖下的用户成功连 接上WiFi网络的概率P具体如下：
[0033] 当 时，P = 1;
[0034] 当;I > A 时， U U
[0035] 其中，用户密度阀值
[0036]优选地，本发明提供的移动终端能耗优化方法，通过WiFi网络传输的平均数据量
[0037]优选地，本发明提供的移动终端能耗优化方法，通过蜂窝网络传输的平均数据量
[0038]优选地，本发明提供的移动终端能耗优化方法，所建立的能耗模型具体如下：
[0039] 函数为：
[0041 ] EC = P x.(T. - TWt); 1 C 1 1 1
[0042] 约束条件为:DpDf+ #，〇<Xi< l;
[0043] 其中，是指通过WiFi网络传输数据时的终端能耗，f是指通过蜂窝网络传输数 据时的终端能耗;Pw为WiFi网络的传输功率，Pc为蜂窝网络的传输功率，Di是指用户i需要传 输的数据总量。
[0044] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0045] (1)方案建立在随机的异构网络中，整个网络架构具有普适性，且考虑用户的随机 移动性，与实际情况更匹配;根据网络状况选择最佳的传输时机，并且在任务可容忍的范围 内尽可能使用WiFi网络传输数据，利用WiFi网络的高带宽、低功率优点节约传输能耗;该网 络数据传输能耗优化方法能够达到WiFi网络数据传输能耗的最大化优化;本发明方法具有 模型明确，易部署，易实行的优点；
[0046] (2)在无 WiFi覆盖区域根据当前蜂窝网络状况选择性使用蜂窝网络，提高网络传 输效率，减少蜂窝网络下的传输能耗;该方法能有效的解决网络拥塞情况，提高用户网络服 务质量，且在用户可容忍延迟时间内完成传输，具有较好的用户完成率;测试数据表明，完 成率高达95%以上。
【附图说明】
[0047] 图1是本发明实施例中基于概率切换的移动终端能耗优化方法的流程图；
[0048] 图2是本发明实施例中异构网络的组成网络架构图；
[0049] 图3是本发明实施例中根据概率切换与现有方法的能耗对比图。
【具体实施方式】
[0050] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0051] 如图1所示是本发明实施例中提供的基于概率切换的移动终端能耗优化方法的流 程图，具体包括如下的步骤：
[0052] (a)判定用户所在区域是否有WiFi网络，若否，则进入步骤(b);若是，则采用所述 区域内的WiFi网络进行用户数据传输；