基于组合权重和多属性决策的异构网络接入算法_李远彤.pdf

信 息 与 智 能 2023 NO.8 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于组合权重和多属性决策的异构网络接入算法李远彤 石振刚*(沈阳理工大学信息科学与工程学院 辽宁沈阳 110159)摘要：为提高异构网络的接入性能，提升用户体验，文章提出了一种基于组合权重和多属性决策的异构网络接入算法，该算法可以根据用户业务特性的不同，使用熵权法和模糊层次分析法（FAHP）分别计算网络属性的主观权重和客观权重，然后根据组合权重，使用VIKOR计算网络的最后分值，将网络排序，进行了异构无线网络的接入。最后进行了所提算法与其他 3 种算法（Entropy-FAHP-SAW、Entropy-FAHP-MEW、Entropy-FAHP-TOPSIS）的对比仿真实验，结果表明，算法在保障业务用户Qos的基础上，降低了网络的切换次数、切换失败，减少了乒乓效应，提高了接入判决的服务质量。关键词：异构网络 熵权法 模糊层次分析法 VIKOR中图分类号：TN92文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)08-0025-04The Heterogeneous Network Access Algorithm Based on Combined Weights and Multi-attribute Decision-makingLI Yuantong SHI Zhengang*(School of Information Science and Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang,Liaoning Province,110159 China)Abstract:In order to improve the access performance of heterogeneous networks and improve user experience,this paper proposes a heterogeneous network access algorithm based on combined weights and multi-attribute decision-making.This algorithm can use the entropy weight method and FAHP to respectively calculate the subjective weights and objective weights of network attributes according to different user service characteristics,and then uses VIKOR to calculate the last score of the network according to combined weights,sort the network,and access heterogeneous wireless networks.Finally,the comparison and simulation experiments of the proposed algorithm and other three algorithms(Entropy-FAHP-SAW,Entropy-FAHP-MEW and Entropy-FAHP-TOPSIS)are carried out.Results show that the algorithm reduces the number of network switching times and switching failures,reduces the ping-pong effect and improves the service quality of access judgment on the basis of ensuring Qos for service users.Key Words:Heterogeneous networks;Entropy weight method;Fuzzy analytic hierarchy process;VIKOR在异构网络环境中，不同的无线接入技术在覆盖、带宽、安全性、成本和服务质量（QoS）等是不同的1，即使是相同架构的网络之间也可能存在差异，为了始终保持最佳连接，移动终端必须在不同技术的网络之间切换，如何保障用户接入的网络服务质量已成为热点话题。很多学者对此进行了大量的研究，梁根2在其DOI：10.16661/ki.1672-3791.2209-5042-7511作者简介：李远彤（1999），女，硕士，研究方向为现代通信技术与系统。通信作者：石振刚（1971），男，博士，副教授，研究方向为图像处理与模式识别、网络与通信，E-mail：szg_。25 2023 NO.8科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 信 息 与 智 能SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯论文中充分考虑了网络用户的特征，结合熵值法和模糊层次分析进行异构无线网络接入，能够有效减少用户的切换次数，但未充分考虑负载情况。XIAO K、LI C3提出了一种基于改进的TOPSIS方法的网络选择算法，该方法使用曼哈顿距离代替欧几里得距离和熵方法来确定目标权重。该研究表明，在切换次数的平均值方面，所提出的算法比其他基于主观的算法提供了最佳的性能，但没有充分考虑业户特性。马彬、王双双和陈海波4提出区间二型模糊神经网络来作为网络切换的主框架，能够保障在时间开销较低的情况下，降低切换错误概率。但未充分考虑负载情况，也容易造成网络阻塞。根据上述文献分析，文章采用基于组合权重和多属性决的异构网络接入算法来进行异构网络的接入选择。1 算法描述文章分别使用熵权法计算网络属性的客观权重和FAHP计算网络属性的主观权重，通过简单加权法得到组合权重。最后使用VIKOR计算各候选网络的分值，进行排序，选择合适的网络接入。1.1 使用熵权法计算客观权重熵权法（Entropy Weighting Method）是一种可以用于多对象、多指标的评价方法，文章中用来计算网络属性客观权重。网络属性参数的变化对网络整体性能的影响大小决定客观权重大小，其具体步骤如下所示。（1）构造归一化矩阵，在文中，有m个候选网络，n个网络属性标准，rij表示第i个网络的第j个网络属性的标准化值，xij表示第i个网络的第j个网络属性的原始值。表达式为rij=xiji=1mxij （1）式（1）中，i=1,2,m；j=1,2,n。在此章中，m=3，n=5。（2）第j个网络属性的熵定义为Ej=-K(i=1mrijln rij)（2）其中，K=1ln()m0。（3）根据所得到的信息熵，获得的属性权重表达式为wj=1-Ejj=1n()1-Ej （3）式（3）中，j=1,2,n。1.2 使用FAHP计算主观权重FAHP是一种系统分析方法。将传统AHP和模糊思想相结合，建立起一致性两两对比矩阵5，提高了判决的可靠性。FAHP是将问题分成多个层次，逐步分析得出最后结果，具体实施如下。步骤1：分析网络中各因素之间的关系，将问题分析分为目标层、属性层、候选层这三层，目标层为最合适接入的网络，属性层为不同的网络属性，候选层为可能接入的网络，其具体层次如图1所示。步骤2：根据梁根2研究可知，根据两个属性的相对重要程度构造判决矩，则得到模糊一致矩阵A=(aij)nn，n为网络属性标准数量，矩阵重要程度如表1所示。对矩阵进行一致性检验。|0aij1aij=0.5aij=1-ajiaij=0.5+aik-ajk,()i,j,k=1,2,3,n（4）步骤3：计算主观权重。wsj=2n()n-2j=1naij-1n()n-1（5）1.3 组合权重为了兼顾各种评价方法的优势，通过简单加权法建立起组合赋权的模式，表达式为wj=twoj+(1-t)wsj（6）式（6）中，t值可以根据需要动态调整，文中t=0.5。1.4 使用VIKOR进行决策折中妥协法（VIKOR）意为多准则优化和折中解决 最好的网络抖动丢包率负载时延成本LTEWimaxWLAN目标层属性层候选层图1 FAHP层次结构图26信 息 与 智 能 2023 NO.8 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATIONSCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技资讯方案。该方法考虑到了标准存在冲突的情况，在多准则决策（MCDM）的折中规划思想的基础上，引入了多标准排名指数方法从一组备选方案中进行排序和选择，避免了虽然总体排序在前，个别指标很差的情况6，该排序方法的各个步骤如下。（1）计算归一化值。计算网络的归一化值，当xij是第i个选项和第j个维度的原始值时，公式如下：fij=xiji=1mx2ij（7）（2）找到正理想解f+j和负理想解f-j来计算Si和Ri该步骤是计算从每个属性值到正理想解的距离，然后求和以获得最终值。Si=j=1nwj()f+j-fij()f+j-f-j （8）Ri=maxi|wj()f+j-fij()f+j-f-j|（9）这里，wj为参数j的组合权重。Si为群体效益值，Ri为个别遗憾度。（3）计算所有决策方案的折中值Qi，计算公式如下。Qi=v()Si-S+()S-S+()1-v()Ri-R+()R-R+（10）式（10）中，S+=max()Si，S-=min()Si，R+=min()Ri，R-=max(Ri)，v为折中系数，0v1，v近似0.5时，表示根据同时追求群体效用最大化和个别遗憾最小值制定决策。（4）对决策方案进行排序。当满足以下条件时，按Qi对备选方案进行排序：Qi值越小，备选方案的决策越好。条件一：Q(A)-Q(B)1J-1 （11）式（11）中，B为Q值所选择的排序最高的方案，A为Q值所选择的排序第二的方案，J为备选方案的数量。条件二：为得到的排序第一的方案的S值和R值要同时优于其他方案的S值和R值。2 仿真实验和分析为了分析该方案的性能并验证其优越性，将算法与Entropy-FAHP-SAW、Entropy-FAHP-MEW及Entropy-FAHP-TOPSIS进行对比分析。图2 仿真场景图表1 判断矩阵重要程度含义标度0.50.60.70.80.90.50.55、0.65、0.75等含义两者同等重要前者比后者稍微重要前者比后者明显重要前者比后者强烈重要前者比后者极端重要若xi与xj相比为rij，xj与xi相比为rji=1-rij相邻等级的中值27 2023 NO.8科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 信 息 与 智 能SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯2.1 仿真场景设置下文论述了LTE、WLAN或WiMAX3种网络覆盖的异构网络场景，如图2所示。所参与判决的网络属性时延、抖动、丢包率、负载和成本的值见表2。这些准则的值随机生成，并且每个属性在最大值和最小值之间变换取值，此操作重复200次。对会话、交互、流媒体、背景4种业务类型进行仿真。2.2 仿真结果分析图3、图4所示分别为4种算法在4种不同的业务下的切换次数与切换失败的平均值对比。从图中总体来看，在所有业务类别中，Entropy-FAHP-VIKOR算法的切换次数均低于其他算法，分别66、34、70、74次，Entropy-FAHP-VIKOR算法也把切换失败的风险降低了。图5显示了4种算法出现的乒乓现象切换率对比。我们可以看到，基于Entropy-FAHP-VIKOR算法在会话、交互、流媒体和背景中分别以16%、20%、19%和22%的值减小乒乓效应。3 结语文章详细介绍了所提出的异构网络接入算法，并通过仿真结果