基于QoE的室内VLC-RF异构网络垂直切换方案

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第四代(4G)及未来通信系统包含多种无线接入标准,覆盖范围、网络可用性和用户体验质量(QoE)会随着用户设备(UE)的移动和速度而快速变化。无缝连接传输包含开发智能主动机制,目的是以便有效地预测和执行垂直切换(VHO)。考虑到用户设备移动模式的不确定性,使得挑战的复杂性大幅增加。诸如室内或室外环境等地理拓扑结构也会对网络覆盖范围和用户设备的移动施加进一步的限制。对于可见光通信(VLC)来说,另一个挑战是视距(LOS)传播。本研究的主要目的是如何在VLC链路被阻塞时在多个VLC热点和RF之间找到无缝连接,以提高用户设备体验质量(QoE),降低切换延迟成本并降低切换失败概率。VHO方案在适当时间执行切换到邻近网络的能力会极大地影响了用户的体验质量。VLC的优势及其与RF在覆盖范围和吞吐量上的互补作用,使得在本论文所采用的无线通信中的联合应用是必要的;因此,这比仅采用单一媒体更有优势。为了解决上述提出的挑战,在接下来的三段中给出了三种主要的VHO方案。
  1)提出一种将VLC和现有无线网络相结合的VLC异构网络(VLCHetNet)方案,这对于保证连续传输至关重要。另外,我们还提出了一种新的VHO方案,以最大化用户的体验质量(QoE)。当用户在VLC和RF网络之间进行切换时,对用户体验质量的影响可以是正的(定义为QoE利益)或负的(降低的QoE值被定义为切换成本)。通过将问题定义为马尔可夫决策过程(MDP),提出了基于马尔可夫决策过程的切换决策,提高用户的质量和降低用户的切换成本。仿真结果表明,所提出的VHO方案能够适应用户移动的情况,实现了较高的平均QoE、较低的切换失败概率和较少的切换次数。
  2)此外,我们提出了一种模糊逻辑方法,即估计QoE模糊逻辑VHO(EQFL-VHO)方案,以估计用户的体验质量。我们的方法融合了四个输入度量变量,即在RF中的估计QoE,切换失败概率,UE的延迟成本和速度,以确定是否需要触发切换。
  在模糊化之后,使用切换因子(HF),其作用为指示切换到RF是否会增强用户的QoE。我们的方案结合了Mamdani模糊逻辑系统和QoE估计的优点,以获得良好的系统性能。鉴于不同的传输方式和中断类型,可以将即时VHO(I-VHO)和驻留VHO(D-VHO)部署为两个基准VHO方案。考虑异构环境,用户在两层网络之间移动。仿真结果表明,EQFL通常优于传统方法,模糊逻辑方法中例如组合融合分析(CFA)和卡尔曼滤波器,在更好的QoE增强、最小切换失败和降低的延迟成本方面具有相同的HF决策方法。另外,我们的方案中切换启动频率得到了有效的降低。
  3)最后我们提出了一种动态体验质量模糊逻辑(QFL)方案,它结合了VLC和RF的优点。当从一个网络到另一个网络执行VHO时,考虑到网络的数据速率和带宽,QFL方案可以提高用户设备的体验质量。我们提出的方案能够处理决策指标可能产生的任何冲突和无法决策的情况。从仿真结果来看,我们的方案优于其他的VHO方案,具有较好的QoE性能,上行链路中排队的数据包较少,对RF的切换失败概率最小,在短时间中断时性能良好,并且在VHO执行延迟时性能优异。
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