基于滯留時(shí)間的自適應(yīng)垂直切換方法
【專利摘要】本發(fā)明在原有基于多屬性決策的垂直切換方法的基礎(chǔ)上，將用戶在某基站覆蓋范圍內(nèi)的滯留時(shí)間考慮在內(nèi)，發(fā)明了一種基于滯留時(shí)間的自適應(yīng)垂直切換方法(MAAV)，該方法利用用戶運(yùn)動(dòng)信息來估測用戶在某基站覆蓋范圍內(nèi)的滯留時(shí)間，根據(jù)滯留時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整滯留時(shí)間所對應(yīng)的權(quán)重，使得在滯留時(shí)間滿足切換條件時(shí)，隨著滯留時(shí)間的增大，滯留時(shí)間所起的作用越小，最后利用簡單加權(quán)法SAW將滯留時(shí)間與現(xiàn)有的多屬性垂直切換方法效用結(jié)合來進(jìn)行判決，與現(xiàn)有的基于多屬性決策的垂直切換方法比較，采用本發(fā)明切換方法能夠有效減少不必要的切換次數(shù)，提高服務(wù)質(zhì)量。
【專利說明】基于滯留時(shí)間的自適應(yīng)垂直切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，具體涉及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]下一代網(wǎng)絡(luò)是集成當(dāng)前各種無線接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，最重要的特征就是異構(gòu)性，可以表現(xiàn)為各種無線接入技術(shù)在接入帶寬、系統(tǒng)時(shí)延、資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、安全性能等上面的不同。不僅如此，用戶的業(yè)務(wù)需求也是多種多樣的，不同的業(yè)務(wù)對系統(tǒng)性能的要求也有所不同。因此，與水平切換決策不同，垂直切換的決策需要考慮的因素很多，包括業(yè)務(wù)類型、服務(wù)資費(fèi)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、系統(tǒng)性能、安全性、移動(dòng)速度和用戶偏好等，屬于不確定多屬性判決問題。水平切換策略中基于信號強(qiáng)度RSS的切換判決方法不在適用于垂直切換。需要研究高效可行的切換判決方法和實(shí)用的控制方式達(dá)到系統(tǒng)性能最優(yōu)化以及資源的有效利用。
[0003]由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需要考慮的很多，因而解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換判決問題最終是一個(gè)多屬性判決問題。例如基于接收信號強(qiáng)弱(RSS)、網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用等來選擇要切換的網(wǎng)絡(luò)[LING Yu-tao, YI Ben-shun, ZHU Qiu-ping.Vertical handoff decision strategy inwireless overlay networks[C].//Proceedings of the 5th International Conferenceon Wireless Communications, Networking and Mobile Computing.2009:1-3];通過用戶效用函數(shù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最優(yōu)策略來選擇網(wǎng)絡(luò)[Majed Haddad, Salah Eddine Elayoubi,Eitan Altman.A.Hybrid Approach for Radio Resource Management in HeterogeneousCognitive Networks[J].1EEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS,VOL.29,N0.4，APRIL2011];采用動(dòng)態(tài)加權(quán)選擇方法獲得接口的代價(jià)函數(shù)[Nie J，He x, Zhou z, etal.Benefit-driven handoff between WMAN and WLAN[C]//Proceedings of the2005IEEEMilitary Communications Conference(MILC0M2005), Atlantic City, NJ, USA,2005:2223-2229]。這些都是對多屬性判決的具體研究，其主要的思想是針對網(wǎng)絡(luò)的特性考慮影響判決的重要屬性，依據(jù)屬性參數(shù)的特點(diǎn)設(shè)定不同的加權(quán)值，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的效益/代價(jià)函數(shù)作為垂直切換判決的依據(jù)。
[0004]現(xiàn)有的多屬性判決方法沒有考慮用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反映在用戶在基站覆蓋范圍內(nèi)的滯留時(shí)間上，這會(huì)對切換判決造成影響。如用戶在基站邊緣的往返運(yùn)動(dòng)，沿著基站邊緣的圓周運(yùn)動(dòng)等，在這種情形下若不考慮運(yùn)動(dòng)形式會(huì)造成不必要的切換，降低服務(wù)質(zhì)量。將用戶運(yùn)動(dòng)相關(guān)因素考慮在內(nèi)，并與網(wǎng)絡(luò)性能相關(guān)因素結(jié)合起來進(jìn)行切換判決能夠降低切換次數(shù)，提高服務(wù)質(zhì)量。
[0005]文獻(xiàn)[Nancy S, Ahmed K.A mobility prediction architecture based oncontextual knowledge and spatial conceptual maps[J].1EEE Transactions on MobileComputing, 2005,4 (6):537-551]中采用了基于代價(jià)函數(shù)的方法。方案考慮了不同網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)，如接入帶寬、時(shí)延、費(fèi)用、安全性，可以充分發(fā)揮各種接入網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，較好地實(shí)現(xiàn)最佳鏈接。該方法對各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了歸一化處理，利用簡單加權(quán)法SAW求和，比較不同網(wǎng)絡(luò)的代價(jià)，選出最適合的切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。與基于RSS的垂直切換方法相比，該方法充分考慮了網(wǎng)絡(luò)性能的不同，增加了系統(tǒng)吞吐量，降低了服務(wù)費(fèi)用，提高了系統(tǒng)資源的利用率。
[0006]該方法采用多屬性判決雖然綜合考慮了不同網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)如信噪比SNR、代價(jià)、帶寬等，提高了系統(tǒng)吞吐量以及資源利用率。但是，沒有將用戶的運(yùn)動(dòng)狀況考慮在內(nèi)，在用戶某些運(yùn)動(dòng)情況下(如往返運(yùn)動(dòng))就可能發(fā)生“乒乓”切換，大量用戶發(fā)生這種情況會(huì)讓系統(tǒng)的性能嚴(yán)重下降，接收到的服務(wù)質(zhì)量也會(huì)降低。
[0007]文獻(xiàn)[Feng He, Furong Wang.Position aware vertical handoff decisionalgorithm in heterogeneous wireless networks[C].1nternational Conference onWireless Communications,Networking and Mobile Computing,2008:1-5]米用運(yùn)動(dòng)預(yù)測的垂直切換方法。該方法重點(diǎn)考慮了終端的運(yùn)動(dòng)速度、方向、運(yùn)動(dòng)模型對切換造成的影響。根據(jù)接收信號的強(qiáng)度RSS的變化來估測終端與基站之間的距離變化。通過RSS的歷史記錄信息估測運(yùn)動(dòng)速度，然后估計(jì)出終端在某基站覆蓋范圍內(nèi)的滯留時(shí)間，這可以減少不必要的切換，提高通信質(zhì)量。
[0008]該方法雖然考慮用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)但是忽略了系統(tǒng)的特性。由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)性能的差異很大，其所提供的帶寬、服務(wù)質(zhì)量、資費(fèi)等不同，所以該方法不能讓系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)化，系統(tǒng)的資源利用率不能合理的利用。該方法只適用于簡單的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)情形，對于復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換環(huán)境，不能保證用戶能夠?qū)崟r(shí)接入最佳的網(wǎng)絡(luò)，也不能合理分配異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源，這樣造成一定程度的資源浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明目的:提出了基于滯留時(shí)間的自適應(yīng)垂直切換方案。在該方案中綜合考慮了兩類參數(shù)，一類是用戶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定的參數(shù)(用滯留時(shí)間表示)；第二類是與網(wǎng)絡(luò)性能相關(guān)的無線接入技術(shù)決定的參數(shù)(如接入帶寬、時(shí)延、費(fèi)用等)。這兩類參數(shù)直接影響垂直切換的性能。本發(fā)明結(jié)合兩類參數(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)，將相關(guān)參數(shù)均考慮在內(nèi)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整不同參數(shù)的權(quán)重，提出了新的自適應(yīng)垂直切換方法。該方法能夠避免“乒乓”效應(yīng)，減少不必要切換的同時(shí)，能夠考慮系統(tǒng)的性能，提高用戶的服務(wù)質(zhì)量。
[0010]技術(shù)方案:
[0011]首先要通過用戶狀態(tài)信息來估測用戶在基站覆蓋范圍內(nèi)的滯留時(shí)間，然后計(jì)算滯留時(shí)間參數(shù)的權(quán)重。再與其他的切換判決參數(shù)進(jìn)行歸一化處理，最終得到用于垂直切換的屬性集合，根據(jù)各個(gè)屬性的值計(jì)算效益函數(shù)來判斷是否需要進(jìn)行切換。
[0012]基于滯留時(shí)間的自適應(yīng)垂直切換方法(MAAV)的詳細(xì)方法描述如下:
[0013]第一步，根據(jù)用戶終端檢測到的周圍基站/無線接入點(diǎn)的廣播信號，若接收信號強(qiáng)度RSS大于某個(gè)門限值，則將該基站加入到候選網(wǎng)絡(luò)集合BS，
[0014]BS = (BS1, BS2,…，BSJ (I)
[0015]RSSi > RSSiithres (2)
[0016]其中，RSSi是來自基站BSi的接受信號強(qiáng)度^SSiithtes是終端與該基站進(jìn)行正常通信的RSS最小值。不同的無線接入技術(shù)，RSSiithres可能不同。
[0017]第二步，利用GPS-MAV方法即GPS位置信息計(jì)算用戶在各個(gè)候選基站覆蓋范圍內(nèi)的滯留時(shí)間集合T，
[0018]T = {tldwell J2jwell,...Jlell)…[0019]式中，是用戶在基站BSi覆蓋范圍內(nèi)的滯留時(shí)間。具體方法如下:
[0020]如圖5，WLAN基站的位置是點(diǎn)0，其坐標(biāo)為(xQ，y0);終端麗的當(dāng)前位置是點(diǎn)D，其坐標(biāo)為(xN，yN);終端的當(dāng)前速度為大小vt，其方向與向I ι η相同；基站與終端確定的射線為02 ,其中線段OD為基站與終端之間的距離；射線?與X軸正向方向相同；終端運(yùn)動(dòng)方向D C與X軸正向D—萬所成的角度為A，且O么Ψ,< 2π ?，基站和終端連線d—2與X軸正向i, ?的夾角為 ；
[0021]對終端速度Vt做矢量分解；其在a d方向的分量大小為Vbs->_，其垂直方向的分量大小為Vvertieal ;速度分量Vvertiral不影響基站和終端之間的距離，基站和終端之間距離受到速度分量為vBS->MN的影響；另外，V’是終端的另一時(shí)刻的速度，^是與V’相對應(yīng)的夾角；根據(jù)上面的假設(shè)，可以表示出速度分量vBS->MN和VvertiMl，即
【權(quán)利要求】
1.一種基于滯留時(shí)間的自適應(yīng)垂直切換方法，其特征在于，將用戶在基站覆蓋范圍內(nèi)的滯留時(shí)間加入多屬性垂直切換判決中，并計(jì)算其權(quán)重；將滯留時(shí)間屬性和其他判決屬性結(jié)合起來，動(dòng)態(tài)調(diào)整各屬性權(quán)重以適應(yīng)不同切換情形；此方法的步驟如下: 步驟1，根據(jù)用戶終端檢測到的周圍基站/無線接入點(diǎn)的廣播信號，若接收信號強(qiáng)度RSS大于某個(gè)門限值，則將該基站加入到候選網(wǎng)絡(luò)集合BS，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滯留時(shí)間的自適應(yīng)垂直切換方法，其特征在于用戶的滯留時(shí)間利用GPS信息計(jì)算(即GPS-MAV方法)，方法如下: WLAN基站的位置是點(diǎn)O，其坐標(biāo)為(?%);終端麗的當(dāng)前位置是點(diǎn)D，其坐標(biāo)為(xN，yN);終端的當(dāng)前速度為大小vt，其方向與向量瓦己相同；基站與終端確定的射線為?，其中線段OD為基站與終端之間的距離；射線?與X軸正向方向相同；終端運(yùn)動(dòng)方向FC與X軸正向所成的角度為Pi，且Os % < 1π ;基站和終端連線?與X軸正向Fi的夾角為et，且0≥ Θ t<2 3i ； 對終端速度vt做矢量分解；其在ο—2方向的分量大小為vBS_>MN，其垂直方向的分量大小為Vvertieal ;速度分量Vvertieal不影響基站和終端之間的距離，基站和終端之間距離受到速度分量為vBS->MN的影響；另外，V’是終端的另一時(shí)刻的速度，K是與V’相對應(yīng)的夾角；根據(jù)上面的假設(shè)，可以表示出速度分量 VbS-> MN 矛口 Vvertical

，即
【文檔編號】H04W36/32GK103476080SQ201310410640
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】宋文廣, 趙海濤, 姚凌云, 李大鵬 申請人:鎮(zhèn)江青思網(wǎng)絡(luò)科技有限公司