一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著WLAN和UMTS等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)在信號(hào)覆蓋范圍、帶寬及收費(fèi)等方 面存在較大差異，融合它們能實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，而垂直切換是它們?nèi)诤系年P(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì) 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的垂直切換，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合結(jié)構(gòu)有松耦合與緊耦合。緊耦合把WLAN看作是 UMTS網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)，但實(shí)現(xiàn)緊耦合的復(fù)雜性較高，且投資大，難于應(yīng)用到實(shí)際工程中。松耦合 結(jié)構(gòu)中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立操作，允許WLAN和UMTS分別進(jìn)行業(yè)務(wù)管理，而基于松耦合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 融合，僅以接收信號(hào)強(qiáng)度（RSS)為指標(biāo)的垂直切換算法已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)要求，需要考慮 移動(dòng)用戶數(shù)量、設(shè)備投資、網(wǎng)絡(luò)條件等，否則會(huì)導(dǎo)致切換次數(shù)太多，切換呼叫阻塞頻繁，乒乓 效應(yīng)明顯。本發(fā)明提供一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法，基于UMTS和WLAN，當(dāng)移動(dòng)主機(jī) 工作于UMTS時(shí)，接入基站后，經(jīng)過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器、GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)及GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié) 點(diǎn)/家鄉(xiāng)代理，或者當(dāng)它工作于WLAN時(shí)，通過(guò)接入節(jié)點(diǎn)、接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和外地代理，然后都 要通過(guò)接入控制單元接入Internet實(shí)現(xiàn)異構(gòu)融合，通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)條件參數(shù)，由傳輸層產(chǎn)生 網(wǎng)絡(luò)間的垂直切換；可以在維持較小丟包率的情況下，有效地減少切換次數(shù)，消除"乒乓效 應(yīng)"，改善切換呼叫阻塞率，取得較好的切換性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中以接收信號(hào)強(qiáng)度（RSS)為指標(biāo)的垂直切換算法已經(jīng)不能 滿足系統(tǒng)要求，需要考慮移動(dòng)用戶數(shù)量、設(shè)備投資、網(wǎng)絡(luò)條件等，否則會(huì)導(dǎo)致切換次數(shù)太多， 切換呼叫阻塞頻繁，乒乓效應(yīng)明顯的問(wèn)題，提供一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法，可以在 維持較小丟包率的情況下，有效地減少切換次數(shù)，消除"乒乓效應(yīng)"，改善切換呼叫阻塞率， 取得較好的切換性能。
[0004] 本發(fā)明提出的具體方案是：
[0005] -種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法：
[0006] 當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作于UMTS或者WLAN時(shí)，通過(guò)接入控制單元連接Internet，控制單元 通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)條件參數(shù)，利用當(dāng)前應(yīng)用程序的代價(jià)函數(shù)對(duì)可接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估與選擇；自 動(dòng)調(diào)整切換執(zhí)行時(shí)間，使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能自適應(yīng)進(jìn)行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行垂直切 換。
[0007] 根據(jù)穩(wěn)定周期、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度及所處位置來(lái)自動(dòng)調(diào)整切換執(zhí)行時(shí)間。
[0008] 所述代價(jià)函數(shù)可以表示為：
[0009] 式 1 7 =

[0012] Ni(r)為RSS因子；Mi (d)為距離因子，指出移動(dòng)臺(tái)與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)之間的距離對(duì)代價(jià) 函數(shù)的影響，d為當(dāng)前距離；Di為距離門(mén)限；sgn( ·)為符號(hào)函數(shù)；Bi為帶寬因子，評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò) 的信號(hào)帶寬；
[0013] 當(dāng)C1>C2時(shí)，選擇WLAN為接入網(wǎng)；當(dāng)C2>C1時(shí)，選擇UMTS為接入網(wǎng)。
[0014] 在控制單元中引入一個(gè)切換計(jì)時(shí)器，通過(guò)計(jì)算在一個(gè)計(jì)時(shí)周期T，T = LTs ;接收信 號(hào)強(qiáng)度累積量S來(lái)判決是否執(zhí)行切換：
[0016] 式中，m為在一個(gè)計(jì)時(shí)周期內(nèi)接收到的信號(hào)強(qiáng)度大于門(mén)限的次數(shù)且1彡Μ彡L ; km (m = 1，2,…，Μ)為序列k的子列，即S為Μ個(gè)服從正態(tài)分布隨機(jī)變量的和，用S來(lái)確定 代價(jià)函數(shù)的RSS因子。
[0017] 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到WLAN的信號(hào)強(qiáng)度大于它的門(mén)限，則切換計(jì)時(shí)器就觸發(fā)開(kāi)始計(jì)時(shí)， 從UMTS切換到WLAN ;
[0018] 當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到的WLAN信號(hào)強(qiáng)度低于門(mén)限時(shí)，切換計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，從WLAN切 換到UMTS。
[0019] 本發(fā)明的有益之處是：
[0020] 本發(fā)明利用當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作于UMTS或者WLAN時(shí)，通過(guò)接入控制單元連接 Internet，控制單元通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)條件參數(shù)，利用當(dāng)前應(yīng)用程序的代價(jià)函數(shù)對(duì)可接入網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行評(píng)估與選擇；自動(dòng)調(diào)整切換執(zhí)行時(shí)間，使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能自適應(yīng)進(jìn)行垂直切換判決，在異構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行垂直切換；可以在維持較小丟包率的情況下，有效地減少切換次數(shù)，消除"乒乓 效應(yīng)"，改善切換呼叫阻塞率，取得較好的切換性能。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1 UMTS和WLAN網(wǎng)絡(luò)融合結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2 UMTS和WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的切換模式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] -種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法：
[0024] 當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作于UMTS或者WLAN時(shí)，通過(guò)接入控制單元連接Internet，控制單元 通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)條件參數(shù)，利用當(dāng)前應(yīng)用程序的代價(jià)函數(shù)對(duì)可接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估與選擇；自 動(dòng)調(diào)整切換執(zhí)行時(shí)間，使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能自適應(yīng)進(jìn)行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行垂直切 換。
[0025] 根據(jù)上述方法及
【發(fā)明內(nèi)容】
，參照附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026] -種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法：
[0027] 當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作于UMTS或者WLAN時(shí)，通過(guò)接入控制單元連接Internet，控制單元 通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)條件參數(shù)，利用當(dāng)前應(yīng)用程序的代價(jià)函數(shù)對(duì)可接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估與選擇；根 據(jù)穩(wěn)定周期、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度及所處位置來(lái)自動(dòng)調(diào)整切換執(zhí)行時(shí)間自動(dòng)調(diào)整切換執(zhí)行 時(shí)間，使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能自適應(yīng)進(jìn)行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行垂直切換。
[0028] 其中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作于UMTS時(shí)，接入基站（BS)后，經(jīng)過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC)、GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)（SGSN)及GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)/家鄉(xiāng)代理（GGSN/HA);
[0029] 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作于WLAN時(shí)，通過(guò)接入節(jié)點(diǎn)（AP)、接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（APGN)和外地代理 (FA);
[0030] 控制單元是在指定時(shí)刻計(jì)算進(jìn)行垂直切換代價(jià)的，對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)條件具有不同的 代價(jià)參數(shù)。代價(jià)函數(shù)的值越小，則該網(wǎng)絡(luò)的條件越好，即低代價(jià)網(wǎng)絡(luò)是首選網(wǎng)絡(luò)。為了便于 表示，假設(shè)UMTS是網(wǎng)絡(luò)1，WLAN是網(wǎng)絡(luò)2,則代價(jià)函數(shù)可以表示為：
[0031] 式 1 7 =
[0034] Ni(r)為RSS因子；Mi (d)為距離因子，指出移動(dòng)臺(tái)與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)之間的距離對(duì)代價(jià) 函數(shù)的影響，d為當(dāng)前距離；Di為距離門(mén)限；sgn( ·)為符號(hào)函數(shù)；Bi為帶寬因子，評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò) 的信號(hào)帶寬；
[0035] 當(dāng)C1>C2時(shí)，選擇WLAN為接入網(wǎng)；當(dāng)C2>C1時(shí)，選擇UMTS為接入網(wǎng)。
[0036] 其中WLAN網(wǎng)絡(luò)采用的接收信號(hào)強(qiáng)度模型為
[0037] r (d) = Pt_PL(d)+X。 式 a
[0038] PL(d) = s+lOnlogd 式 b
[0039] 即
[0040] r (d) = (Pt_s)-10nlogd+X。= P (j-lOnlogd+X。 式 c
[0041] 式中：Pt為發(fā)射功率；Pjd)為在傳輸距離d處的路徑損耗；X。為一個(gè)零均值、標(biāo) 準(zhǔn)方差為σ的高斯隨機(jī)變量；S為由傳輸環(huán)境決定的固定路徑損耗；η為路徑損耗指數(shù)，約 為2~4 ;Ρ。為發(fā)射功率和固定路徑損耗確定的實(shí)際發(fā)射功率。
[0042] 移動(dòng)臺(tái)在WLAN的接入點(diǎn)（ΑΡ)和UMTS的BS之間保持固定方向勻速運(yùn) 動(dòng)，處于位置X時(shí)接收到WLAN的平均接收信號(hào)強(qiáng)度
服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，即
|假設(shè)WLAN的AP為運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)，則移動(dòng)臺(tái)與AP之間的距離（1 2服 從正太分布，即d2~N[d，（c0 tdn)2]。其中：為噪聲延遲時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差；c為光速。
[0043] 移動(dòng)臺(tái)在AP和BS之間以勻速v運(yùn)動(dòng)，對(duì)式c以周期^進(jìn)行抽樣，移動(dòng)臺(tái)的單位 移動(dòng)距離ds = vTs，可得：
[0044] r2 (k) = r (kds) = P〇-10nlog (kds)+X。 式 d
[0045] 在A⑶中引入一個(gè)切換計(jì)時(shí)器（HT)，采用通過(guò)計(jì)算在一個(gè)計(jì)時(shí)周期T(T = LTs)內(nèi) 接收信號(hào)強(qiáng)度累積量S的方法（S-RSS)，來(lái)判決是否執(zhí)行切換：
[0047] 式中，m為在一個(gè)計(jì)時(shí)周期內(nèi)接收到的信號(hào)強(qiáng)度大于門(mén)限的次數(shù)且1彡Μ彡L ; km (m = 1，2,…，Μ)為序列k的子列，即S為Μ個(gè)服從正態(tài)分布隨機(jī)變量的和。用S來(lái)確定 代價(jià)函數(shù)的RSS因子，為越區(qū)切換提供一定的遲滯時(shí)間以避免"乒乓效應(yīng)"。
[0048] 從UMTS切換到WLAN :如果移動(dòng)臺(tái)接收到WLAN的信號(hào)強(qiáng)度大于它的門(mén)限R2，則ΗΤ 就觸發(fā)開(kāi)始計(jì)時(shí)。ACU需要判斷在HT的一個(gè)計(jì)時(shí)周期T。內(nèi)，
|的和是否大于能量門(mén)限 Rs。其中，
?為大于R2的接收信號(hào)強(qiáng)度，Rs= R2L/2, L = TQ/TS。如果在一個(gè)計(jì)時(shí)周期 T。內(nèi)，
丨的和大于Rs，則執(zhí)行從UMTS到WLAN的切換；否則將HT置零，等待下次觸發(fā)。 當(dāng)滿足以下條件時(shí)，發(fā)生從UMTS到WLAN的切換：
[0050] (2)從WLAN切換到UMTS :切換計(jì)時(shí)器的觸發(fā)方式為當(dāng)移動(dòng)臺(tái)接收到的WLAN信號(hào) 強(qiáng)度低于門(mén)限R2時(shí)，HT開(kāi)始計(jì)時(shí)，切換機(jī)制表示為
[0052] 對(duì)于兩種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的切換參照附圖2。
[0053] 本發(fā)明可以在維持較小丟包率的情況下，有效地減少切換次數(shù)，消除"乒乓效應(yīng)"， 改善切換呼叫阻塞率，取得較好的切換性能；發(fā)明中運(yùn)用的算法有效地減少了切換延遲、分 組丟失及切換次數(shù)，提高了系統(tǒng)的切換性能，改善了業(yè)務(wù)的QoS。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法，其特征是 當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作于UMTS或者WLAN時(shí)，通過(guò)接入控制單元連接Internet,控制單元通過(guò) 控制網(wǎng)絡(luò)條件參數(shù)，利用當(dāng)前應(yīng)用程序的代價(jià)函數(shù)對(duì)可接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估與選擇；自動(dòng)調(diào) 整切換執(zhí)行時(shí)間，使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能自適應(yīng)進(jìn)行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行垂直切換。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法，其特征是根據(jù)穩(wěn)定周 期、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度及所處位置來(lái)自動(dòng)調(diào)整切換執(zhí)行時(shí)間。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法，其特征是所述代價(jià)函數(shù) 可W表示為： 式 1V=min咕，Czl 式中Ni(r)為RSS因子；Mi(d)為距離因子，指出移動(dòng)臺(tái)與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)之間的距離對(duì)代價(jià)函數(shù) 的影響，d為當(dāng)前距離；Di為距離口限；sgn( ?)為符號(hào)函數(shù)；Bi為帶寬因子，評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)的信 號(hào)帶寬； 當(dāng)CDC2時(shí)，選擇WLAN為接入網(wǎng)；當(dāng)C2〉C1時(shí)，選擇UMTS為接入網(wǎng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3任一項(xiàng)所述的一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法，其特征是在 控制單元中引入一個(gè)切換計(jì)時(shí)器，通過(guò)計(jì)算在一個(gè)計(jì)時(shí)周期T，T=LTs;接收信號(hào)強(qiáng)度累積 量S來(lái)判決是否執(zhí)行切換： 式位式中，m為在一個(gè)計(jì)時(shí)周期內(nèi)接收到的信號(hào)強(qiáng)度大于口限的次數(shù)且1《M《L;km(m= 1，2,…，M)為序列k的子列，即S為M個(gè)服從正態(tài)分布隨機(jī)變量的和，用S來(lái)確定代價(jià)函 數(shù)的RSS因子。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法，其特征是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收 到WLAN的信號(hào)強(qiáng)度大于它的口限，則切換計(jì)時(shí)器就觸發(fā)開(kāi)始計(jì)時(shí)，從UMTS切換到WLAN; 當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到的WLAN信號(hào)強(qiáng)度低于口限時(shí)，切換計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，從WLAN切換 到UMTSo
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明利用當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作于UMTS或者WLAN時(shí)，通過(guò)接入控制單元連接Internet，控制單元通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)條件參數(shù)，利用當(dāng)前應(yīng)用程序的代價(jià)函數(shù)對(duì)可接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估與選擇；自動(dòng)調(diào)整切換執(zhí)行時(shí)間，使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能自適應(yīng)進(jìn)行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行垂直切換；可以在維持較小丟包率的情況下，有效地減少切換次數(shù)，消除“乒乓效應(yīng)”，改善切換呼叫阻塞率，取得較好的切換性能。
【IPC分類】H04W36/14, H04W36/30
【公開(kāi)號(hào)】CN105376821
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510788883
【發(fā)明人】方雪靜
【申請(qǐng)人】浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年11月16日