0 引言

    未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一個能將現(xiàn)有和未來的各種無線系統(tǒng)有機融合在一起的開放式異構網絡,。在異構網絡系統(tǒng)中,，要求用戶和網絡可以根據(jù)業(yè)務需要和滿意度等因素隨時選擇對自身最合適的接入系統(tǒng)，從而既滿足用戶越來越靈活多變的個性化業(yè)務需求,，又兼顧網絡運營等問題,。各種衛(wèi)星網絡提供了功能側重不同的服務，用戶如何在保證自身滿意度的同時兼顧網絡的滿意度,，同時達到用戶與網絡的雙贏是必須要研究的課題,。

    當前，針對異構網絡選擇的算法越來越多,，大致可分為3類,。第一類是以用戶為中心的網絡選擇算法^[1-2]，第二類是以網絡為中心的選擇算法^[3-5],，決策因素由少到多,，漸趨完善。但這兩類算法都只從一方面考慮網絡選擇問題,，僅能滿足用戶或網絡單方面需求,。第三類算法兼顧了用戶與網絡雙方需求,，但針對衛(wèi)星異構網絡選擇的算法則較少,，參考文獻[6]以網絡的特征與費用為決策目標；參考文獻[7]提出了網絡與用戶的雙向選擇算法,但并非衛(wèi)星異構網絡；參考文獻[8]同時考慮到了用戶與網絡的滿意度,，但并非針對異構網絡,；參考文獻[9]是在衛(wèi)星異構條件下，但僅考慮了用戶一方的滿意度,。

    針對以上問題,，本文提出了一種基于博弈論的多用戶接入網絡選擇算法，通過用戶與網絡的相互博弈來取得雙方效益最大化,，提升衛(wèi)星異構網絡的整體性能,。

1 博弈模型的算法描述

    假設有限集Net={N₁，N₂,，…,，N_M}、Usr={U₁,，U₂,，…，U_N}分別表示待選的網絡集和用戶集,，集合Net是由衛(wèi)星窄帶網,、寬帶網、抗干擾網等構成的異構網絡,，集合Usr由低速語音業(yè)務,、高速寬帶多媒體業(yè)務和短消息傳真業(yè)務等用戶組成。各用戶至少被兩個接入網絡所覆蓋,，且每個用戶（網絡）對網絡（用戶）都有各自的偏好,。為了便于分析，本文假定所有用戶都被Net中所有網絡所覆蓋,，且網絡與用戶之間均可以做到相互選擇,。

    本文以業(yè)務服務質量QoS(記為q，包括時延α,、抖動β,、誤碼率γ）、帶寬(B),、負載情況(L),、用戶或網絡的偏好(F)及網絡的抗干擾性能(J)等作為決策因素并依據(jù)層次分析法來分別建立用戶與網絡雙方各自目標函數(shù)F_aim。

2 層次分析法

    層次分析法(Analytic Hierarchy Process,，AHP)是多標準決策的常用方法之一,，它是用兩兩決策因素的重要性程度之比來表示相應重要性程度等級，步驟如下：

    (1)根據(jù)決策因素建立階梯層次結構,，包括目標層,、準則層和方案層,，如圖1所示。

    (2)構造判斷矩陣,，采用1～9標度,，記a_ij為第i和第j決策因素的重要性程度之比。

    (3)計算各決策因素的權重：

    得判斷矩陣的權向量：ω=[ω₁,，ω₂,，…，ωn]^T,；

    (4)權值合成,，即全局權值由本地權值和上層相應權值的乘積得到。

3 算法仿真及結果分析

3.1 用戶選擇網絡

3.1.1 接入網絡的決策因素歸一化

    影響網絡選擇的決策因素大致分成兩類,，一類為正向型因素,，越大越好，如帶寬,、負載能力,、抗干擾性能等；另一類為負向型向量,，越小越好,，如時延、抖動,、誤碼率等,，其歸一化如式（2）、式（3）,。

    X_i表示當前網絡條件下的用戶值,，X_max為用戶業(yè)務所要求的最大值限制，X_min為網絡所能提供的最小值,。

3.1.2 仿真環(huán)境

    假設網絡集Net={N₁,，N₂，…,，N₆}中N₁,、N₂為窄帶網，N₃,、N₄為寬帶網,，N₅、N₆為抗干擾網,；用戶集Usr={U₁,，U₂，…,，U₆}中U₁,、U₂為第一類低速語音業(yè)務,，U₃、U₄為第二類寬帶多媒體業(yè)務,，U₅、U₆為第三類短消息傳真業(yè)務,。網絡和用戶類型參數(shù)分別如表1,、表2所示。

    設業(yè)務所能承受的最大時延,、抖動,、誤碼率值分別為60 ms、70 ms,、6×10^-4,，其余各決策因素采用相對無量綱數(shù)值。根據(jù)用戶自身特點,，三類用戶對窄帶網,、寬帶網、抗干擾網的偏好可分別取1,、0.5,、0.1；0.5,、1,、0.1；0,、0,、1。

3.1.3 網絡排序

    第一類用戶：根據(jù)各決策影響因素歸一化方法可得該類用戶對于N₁的歸一化向量為：

    f=[α β γ B L F J]=[0.971 1 0.2 1 1 0],，構造判斷矩陣,，如表3、表4所示,。

    根據(jù)層次分析法計算權重得：

    第三類用戶由于其對網絡的抗干擾能力要求較高,，第二層權重需重新構造，判斷矩陣如表6,、表7所示,。

3.2 網絡選擇用戶

    網絡選擇用戶的也由以上各決策因素組成，但與用戶選擇網絡不同,，這些決策因素中QoS,、F、L為正向型向量,，B為負向型向量,，構造判斷矩陣如表8,、表9所示。

    與用戶選擇網絡方法相似,，即窄帶,、寬帶與抗干擾網可選擇的用戶排序分別為U₁，U₂,，U₄,，U₃，U₅,，U₆,；U₃，U₄,，U₁,，U₂，U₅,，U₆,；U₅，U₆,，U₁,，U₂，U₄,，U₃,。

3.3 博弈雙方互相選擇

    根據(jù)算法思想及用戶與網絡各自可供選擇的目標排序集，得最終雙向選擇結果,，如表10所示,。即窄帶網低速語音業(yè)務，寬帶網高速多媒體業(yè)務,，抗干擾網傳真短消息業(yè)務,，符合實際要求。

4 結論

    網絡選擇是衛(wèi)星異構網絡發(fā)展的關鍵問題,，本文提出了一種新的雙方博弈網絡選擇算法,，既滿足了用戶的多化樣需求，同時兼顧網絡的滿意度,，仿真結果也驗證了算法的可行性,，確實做到了網絡與用戶雙贏，具有一定的實用性,。

參考文獻

[1] HYO S P,，SUNG H Y，TAE H K，et al.Vertical handoff procedure and algorithm between IEEE 802.11 WLAN and CDMA cellular network[C].Proceedings of 7th CDMA International Conference on Mobile Communications.Berlin：IEEE press,，2003：103-112.

[2] NOVATO D,，HUSAIN E.Dynamics of network selection in heterogeneous wireless network：evolutionary game approach[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，2009,，58(4)：2008-2017.

[3] JIA H,，ZHANG Z，CHENG P.Study on network selection for next-generation heterogeneous wireless networks[C].Proceedings of IEEE 17th International Symposium on Personal,，Indoor and Mobile Radio Communications：IEEE,，2006：1-5.

[4] JOSEPHINA A，ANDREAS P.4G Converged Environment: Modeling Network Selection as a Game[C].Proceedings of the 16th IST Mobile and Wireless Communications Summit.Budapest,，Hungary：IEEE，2007：l-5.

[5] CHARLES D,，Mar kaki O,，TRAGUS E.A theoretical scheme for applying game theory and network selection mechanisms in access admission control[C].Proceedings of the 3rd International Symposium on Wireless Pervasive Computing.Santorin，Greece：IEEE,，2008：303-307．

[6] NOONAN J,，PERRY P M J.Client controlled network selection[C].Proceedings of the Fifth IEEE International Conference on 3G Mobile Communication Technology.Savoy Place London，UK：IEEE,，2004：543-547.

[7] 徐鵬,，方旭明.異構網絡選擇中的一種新博弈模型[J].電訊技術，2011,，51(2)：27－33.

[8] Yu Wei,，Wei Sixiao，Xu Guobin.On effectiveness of routing algorithms for satellite communication networks[C].Proc.SPIE8739Q(May 21,，2013).

[9] XU L,，GUO D，CHEN X.A network selection algorithm based on AHP in satellite heterogeneous networks[C].Proceeding ICETCE′12.IEEE Computer Society Washington,，2012：100-10.i