專利名稱：一種wlan無縫切換中新鏈路建立的自適應(yīng)觸發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應(yīng)觸發(fā)方法，屬于領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著WLAN熱點(diǎn)部署的日益增多以及各種無線通信技術(shù)的蓬勃發(fā) 展，WLAN相鄰網(wǎng)絡(luò)之間的無縫切換成為一個研究熱點(diǎn)，但不論是同質(zhì)WLAN 之間的水平切換還是WLAN和互相重疊的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的垂直切換，目的都是 盡量減少切換時延以及由此引起的數(shù)據(jù)包丟失。切換過程中， 一個很重要的問 題就是何時去觸發(fā)新鏈路的建立。在這個問題上，有各種各樣的機(jī)制提出，有 的采用接收信號強(qiáng)度[Novel MAC Layer Handoff Schemes for IEEE 802.11 Wireless LANs Chintala， V.M.; Qing-An Zeng; Wireless Communications and Networking Conference, 2007.WCNC 2007.正EE 11-15 March 2007 Page(s):4435 - 4440],因?yàn)檫@種方法簡單靈活； 有的采用上層應(yīng)用的QoS需求為切換設(shè)置相應(yīng)的門限[J. Me, J. Wen, Q. Dong and Z. Zho. "A seamless Handoff in IEEE802.16a and正EE802.11n Hybrid Networks", IEEE Communications, Circuits and Systems, vol. 1， pp. 383-387， (2005).]， 當(dāng)某個或某些QoS參 數(shù)不能滿足這些門限需求時，就觸發(fā)新鏈路的建立，這種方法的目的是為了保 證上層應(yīng)用的需求，但是往往觸發(fā)的切換不夠合理；也有一些機(jī)制采用綜合諸 多因素來觸發(fā)可能發(fā)生的切換[H. Wang et al.,Policy畫enabled Handoffs across Heterogeneous Wireless Networks, Proc. Of Mobile Comp. Sys. And Apps., New Orleans, LA， Feb. 1999.]，這種機(jī)制為不同的考慮因素設(shè)置相應(yīng)的權(quán)重以說明其重要性，當(dāng)這個綜 合值超過某個預(yù)設(shè)門限時，即觸發(fā)切換，這種機(jī)制能夠比較智能，但是需要獲取所有需要考慮因素的信息并對它們進(jìn)行計算，這必然對移動終端有較高的要
求，所以實(shí)用性較差。
為了解決WLAN切換的問題，文獻(xiàn)[Novel MAC Layer Handoff Schemes for TREE 802.11 Wireless LANs Chintala, V.M.; Qing-An Zeng; Wireless Communications and Networking Conference, 2007.WCNC 2007.正EE 11-15 March 2007 Page(s):4435 - 4440]采用
make-before-break的機(jī)制來防止切換過程中的延時和丟包，采用的具體技術(shù)為
MCoA[R. Jaksa， C. Williams and B. Sarikaya， "Mobile IPv6 Make Before Break",
draft-jaksa-mn-mbb-01, July 2007J 。
該機(jī)制提出在移動終端發(fā)現(xiàn)相鄰的可用接入網(wǎng)絡(luò)時，就采用MCoA技術(shù)向 家鄉(xiāng)代理注冊兩個轉(zhuǎn)交地址。雖然移動終端仍然使用其中一個連接進(jìn)行通信， 但是需要保持兩條鏈路的聯(lián)通性。當(dāng)目標(biāo)接入網(wǎng)絡(luò)的信號強(qiáng)度高于當(dāng)前接入網(wǎng) 絡(luò)一個預(yù)設(shè)門限時，隨即向家鄉(xiāng)代理注冊發(fā)起數(shù)據(jù)的重定向請求。這樣就能有 效減小切換延時以及數(shù)據(jù)包丟失。
該機(jī)制沒有考慮如何去合理的觸發(fā)新鏈路的建立。這樣在當(dāng)前接口進(jìn)行通 信的過程中盲目的保持和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的連接必然會對目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的無線資源造成一 定的浪費(fèi)，此外，對于無線設(shè)備的能量消耗也是一種挑戰(zhàn)。
與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，傳統(tǒng)的WLAN切換在[Novel MAC Layer Handoff
Schemes for 正EE 802.11 Wireless LANs Chintala, V.M.; Qing-An Zeng; Wireless Communications and Networking Conference, 2007.WCNC 2007. IEEE 11-15 March 2007
Page(s):4435 - 4440]中有明確的規(guī)范，為了觸發(fā)移動節(jié)點(diǎn)向相鄰網(wǎng)絡(luò)的切換，文獻(xiàn)定義了一個預(yù)設(shè)的門限來觸發(fā)可能的切換。
為了觸發(fā)從WLAN到相鄰網(wǎng)絡(luò)的切換，該機(jī)制[H. Wang et al.，Policy-enabled Handoffs across Heterogeneous Wireless Networks, Proc. Of Mobile Comp. Sys. And Apps., New Orleans, LA, Feb. 1999.]為WLAN預(yù)設(shè)一個接收信號強(qiáng)度門限。當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)檢測到當(dāng)前WLAN的接收信號強(qiáng)度低于這個門限時就觸發(fā)到相鄰可用接入網(wǎng)絡(luò)的切 換。
這種機(jī)制沒有考慮移動節(jié)點(diǎn)的移動速度，所以可能會發(fā)生當(dāng)切換尚未完成 就中斷了和網(wǎng)絡(luò)的連接，這樣上層業(yè)務(wù)就會遭受較長的通信中斷時間。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明提供一種WLAN無縫切換中新鏈路 建立的自適應(yīng)觸發(fā)方法。
本發(fā)明充分考慮移動節(jié)點(diǎn)的移動速度，模型化了切換過程，旨在為即將發(fā) 生的切換預(yù)留足夠長的時間的同時，盡量減少無線資源的不必要占用。這樣就 不僅能夠達(dá)到無縫切換的目的，而且能有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，并減少移動節(jié)點(diǎn)能 量消耗。此外，本方案提出一種抽象的分析模型，不僅簡明精煉，而且能夠很 好的適用于各種類型以及各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的切換分析。
如果要達(dá)到從WLAN到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的無縫切換，就需要在適當(dāng)?shù)臅r候觸發(fā)移 動體在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中新鏈路的建立。如果新鏈路建立過早，會不必要地占用目標(biāo) 網(wǎng)絡(luò)中的資源；如果新鏈路建立過晚，會引起移動體的掉話而影響服務(wù)質(zhì)量。 現(xiàn)有的觸發(fā)機(jī)制并沒有充分地衡量這兩個方面，也不能夠充分利用移動體的具 體移動特征進(jìn)行適應(yīng)性的、合理的觸發(fā)。而本發(fā)明中所介紹的機(jī)制正是利用移 動體的運(yùn)動特征，并充分考慮這兩個方面，在WLAN向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)切換時，自適 應(yīng)地觸發(fā)新鏈路的建立，進(jìn)而不僅能夠達(dá)到無縫切換地目的，而且能高效地使 用網(wǎng)絡(luò)資源。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應(yīng)觸發(fā)方法，含有以下步驟在有WLAN和其它目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)(如CDMA， GPRS等)同時覆蓋的情況下，移動終端 持有者優(yōu)先選擇使用WLAN網(wǎng)絡(luò)；
當(dāng)移動出WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的時候，需要切換到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；
移動終端持有者既要保證在丟失當(dāng)前WLAN網(wǎng)絡(luò)連接之前建立好目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的 新鏈路，又要盡量減少同時保持兩條通信鏈路的時間；
根據(jù)移動體的運(yùn)動速度來自適應(yīng)地調(diào)節(jié)切換門限77z。的值，進(jìn)而更為合理的觸 發(fā)新鏈路的建立；
觸發(fā)門限為
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中《，^為路徑損失參數(shù)，a為移動體運(yùn)動速度和其法向分量的夾角， 移動體建立在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的鏈路所用的時間為t，巧為發(fā)生掉話的信號強(qiáng)度 門限；
當(dāng)從WLAN接收到的信號強(qiáng)度低于m。時，隨即發(fā)起建立目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的新鏈路。 本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明在WLAN向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的切換情景中，能夠根據(jù)移動體的具體運(yùn)動狀
態(tài)自適應(yīng)地設(shè)定建立目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中新鏈路的接收信號強(qiáng)度門限。從而既能夠達(dá)到 WLAN到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的無縫切換，又能夠最短時間地同時占用兩條通信鏈路，從 而能夠更為合理高效地使用網(wǎng)絡(luò)資源。
為了證明本發(fā)明的有效性，把本發(fā)明和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行比較。所衡量的對象 為兩條鏈路同時占用時間，如圖2所示。比較中用到的參數(shù)如下^=0， ^=30，
相關(guān)技術(shù)2中的RSS切換門限為-80dbm，連接中斷時的RSS二100dbm。從WLAN
切換到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中時，建立新連接所需要的時間為2s。移動節(jié)點(diǎn)從WLAN的中 心建立網(wǎng)絡(luò)接入并開始移動。由圖2可見，當(dāng)采用相關(guān)技術(shù)l時，雖然隨著移動體運(yùn)動速度的加快，兩 條鏈路同時占用時間減少，但是當(dāng)速度很小的時候，兩條鏈路同時占用時間很 長，雖然這一機(jī)制可以有效的保證移動節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接并能增強(qiáng)g]換性能，但
是這對珍貴的無線資源顯然是一種浪費(fèi)；當(dāng)采用相關(guān)技術(shù)2時，兩條鏈路同時 占用時間有所減少，但是由于該機(jī)制并沒有考慮移動節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動速度，所以當(dāng) 運(yùn)動速度較快的時候，由于不能及時的觸發(fā)新鏈路的建立而會出現(xiàn)連接丟失， 比如在圖2中，當(dāng)移動節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動速度增加到7m/s的時候，由于從切換觸發(fā)到 WLAN連接丟失的時間小于新鏈路的建立時間，該機(jī)制出現(xiàn)連接中斷；而由于 本發(fā)明能夠自適應(yīng)的通過運(yùn)動速度控制切換門限，所以能在保證連接的同時把 兩條鏈路同時占用時間控制為新鏈路的建立延時。所以又能夠有效的利用網(wǎng)絡(luò) 資源。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。 圖1移動體的運(yùn)動示意圖。 圖2不同機(jī)制性能比較示意圖。 圖3移動體的運(yùn)動示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:如圖1所示，
本專利的WLAN切換中，其切換的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)記為目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，以泛指各種與 WLAN覆蓋范圍有一定交疊的接入網(wǎng)。圖1為移動體的運(yùn)動示意圖，環(huán)形1為 建立新鏈路的自適應(yīng)觸發(fā)邊界，WLAN在這個環(huán)形的接收門限為W。。如果移動體的接收信號強(qiáng)度低于此門限，將會觸發(fā)向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)建立新的鏈路。環(huán)形2為 掉話門限，WLAN在這個環(huán)形的接收信號強(qiáng)度為7A，如果移動體的接收信號強(qiáng)
度低于此同定門限，則移動體會斷掉和WLAN網(wǎng)絡(luò)的連接。環(huán)形3為目標(biāo)網(wǎng)絡(luò) 的覆蓋范圍。r為移動體的運(yùn)動速度(假設(shè)移動體為勻速直線運(yùn)動)，它的法向 分量速度"Fcosa 。
本專利的關(guān)鍵就是根據(jù)移動體的運(yùn)動速度來自適應(yīng)地調(diào)節(jié)7^的值，進(jìn)而更 為合理的觸發(fā)新鏈路的建立。
從圖1可見，當(dāng)移動體以法向速度v離開當(dāng)前連接的WLAN時，為了達(dá)到 平滑的切換，需要在和WLAN的連接丟失前，預(yù)先建立在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的新鏈路。 為此，假設(shè)移動體建立在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的鏈路所用的時間為t，當(dāng)然，不同的目標(biāo) 網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)不同的、較為穩(wěn)定的t值。當(dāng)移動體距WLAN的AP距離為d時，移 動體從WLAN接收到的信號強(qiáng)度可以表示為式1。
<formula>formula see original document page 9</formula> (式l)
其中，《，^為路徑損失參數(shù)，Q(c/)為零均值靜態(tài)高斯白噪聲。 忽略零均值靜態(tài)高斯白噪聲Q的影響，可以得到7%。和與d的關(guān)系如式 2、式3所示。<formula>formula see original document page 9</formula> (式3) 所以從W到7T^ ，移動體所需要的時間T的值為式4所示。
<formula>formula see original document page 9</formula> (式4)
首先希望移動體在斷開WLAN的連接之前，已經(jīng)建立好目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的新鏈路，從而達(dá)到無縫切換的目的，保證上層應(yīng)用的連續(xù)性，所以應(yīng)該盡量減小77z。
的值。但是又希望在保證前者的前提下盡量的減少同時占用兩條鏈路的時間， 以更為合理的使用網(wǎng)絡(luò)資源，所以應(yīng)該盡量增大7V、的值。而這兩個條件的臨界 值就是使得式5成立。
r = / (式5) 式5表示在新鏈路建立完成的時候，移動體剛好丟掉和WLAN的連接， 所以滿足這個條件的7A)正好最大程度地滿足了的兩個要求。式6為以此得出的
新鏈路建立觸發(fā)門限的最優(yōu)值。
<formula>formula see original document page 10</formula>
實(shí)施例2:
如果移動體在運(yùn)動過程中，如果能夠通過GPS或其它技術(shù)獲取到自己當(dāng)前 的位置信息以及當(dāng)前WLAN中AP的位置信息，可以根據(jù)與AP的距離，自適 應(yīng)地觸發(fā)基于位置的新鏈路建立。圖3為移動體的運(yùn)動示意圖。
環(huán)形l為建立新鏈路的自適應(yīng)觸發(fā)邊界，距離中心的距離為/"。，如果移動體 距離AP超過這個距離，將會觸發(fā)向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)建立新的鏈路。為此時移動 體的坐標(biāo)。環(huán)形2為掉話邊界，距離中心的距離為。，如果移動體距離AP超過 這個距離，則移動體會斷掉和WLAN網(wǎng)絡(luò)的連接。(x。,;0為AP的坐標(biāo)。環(huán)形3 為目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。r為移動體的運(yùn)動速度(假設(shè)移動體為勻速直線運(yùn)動)， 它的法向分量速度"Fcos"。其余用到的參量和第2部分所述一致。那么可以 得到新鏈路建立處的坐標(biāo)和到AP的距離關(guān)系如式7所示，
r0=V(x「W+Cyiio)2 (式7) 進(jìn)而根據(jù)第2部分的原理得到觸發(fā)新鏈路建立處的坐標(biāo)所滿足的關(guān)系如式8所示。<formula>formula see original document page 11</formula> (式8)
當(dāng)移動體的當(dāng)前位置坐標(biāo)滿足式8時，就觸發(fā)在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的新鏈路建立。 本機(jī)制需要對移動體定位和移動體對AP位置的感知，該機(jī)制雖然也可以準(zhǔn) 確地觸發(fā)新鏈路地建立，但是實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。
一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應(yīng)觸發(fā)方法，新鏈路建立的觸發(fā) 準(zhǔn)則包括:a.保證移動體在丟失當(dāng)前WLAN連接之前完成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的新鏈路建立， 即保證無縫的切換；b.盡量減少移動體在切換過程中同時占有兩條通信鏈路的 時間，以減少無線資源浪費(fèi)和移動體能量消耗；
一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應(yīng)觸發(fā)方法，新鏈路建立的觸發(fā) 門限設(shè)置方法根據(jù)移動體的運(yùn)動速度和建立目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)新鏈路所需要的時間來 自適應(yīng)的設(shè)定觸發(fā)到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的切換的門限。
實(shí)施例3:
當(dāng)有一個WLAN部署在一個有CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋的廣場時，人們可以盡量使用 WLAN (由于它較高的數(shù)據(jù)傳輸速率以及較低的使用費(fèi)用)。當(dāng)移動的時候，為 了保持之前在WLAN中進(jìn)行的業(yè)務(wù)的連續(xù)性，需要及時的切換到CDMA網(wǎng)絡(luò)，但 是為了盡量減少使用CDMA網(wǎng)絡(luò)的時間以減少相應(yīng)的費(fèi)用，移動終端持有者必 須在恰當(dāng)?shù)臅r候觸發(fā)CDMA鏈路的建立。這樣就可以根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)動速度設(shè)定 一個合理的觸發(fā)門限。當(dāng)從WLAN接收到的信號強(qiáng)度低于這個門限時，隨即發(fā)起 建立CDMA鏈路。這樣既能無縫切換的目的，又能盡量減少使用CDMA的時間。
本發(fā)明對于觸發(fā)從WLAN到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的無縫切換中的新鏈路建立問題，提 出了一個設(shè)定觸發(fā)門限的普遍原理，那就是門限的設(shè)定不僅能夠滿足移動體無縫切換的需求，而且應(yīng)該盡量減少同時占用兩條鏈路的時間；
本發(fā)明在進(jìn)行WLAN到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的切換時，提出充分考慮運(yùn)動狀態(tài)，根據(jù) 運(yùn)動速度和建立目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)新鏈路所需要的時問來自適應(yīng)地調(diào)節(jié)觸發(fā)門限(接收 信號強(qiáng)度或坐標(biāo))；本發(fā)明對新鏈路建立觸發(fā)門限的公式推導(dǎo)。
縮略語和關(guān)鍵術(shù)語定義 AP:接入點(diǎn)
WLAN: 無線局域網(wǎng)
目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和WLAN有一定重疊的，移動節(jié)點(diǎn)選擇的切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。
權(quán)利要求
1.一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應(yīng)觸發(fā)方法，其特征是含有以下步驟在有WLAN和其它目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)同時覆蓋的情況下，移動終端持有者優(yōu)先選擇使用WLAN網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)移動出WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的時候，需要切換到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；移動終端持有者既要保證在丟失當(dāng)前WLAN網(wǎng)絡(luò)連接之前建立好目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的新鏈路，又要盡量減少同時保持兩條通信鏈路的時間；根據(jù)移動體的運(yùn)動速度來自適應(yīng)地調(diào)節(jié)切換門限Th0的值，進(jìn)而更為合理的觸發(fā)新鏈路的建立；觸發(fā)門限為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>Th</mi> <mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>K</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn></msub><mi>log</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>e</mi> <mfrac><mrow> <msub><mi>K</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Th</mi><mn>1</mn> </msub></mrow><msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn></msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>t</mi> <mo>×</mo> <mi>V</mi> <mi>cos</mi> <mi>α</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中K1，K2為路徑損失參數(shù)，α為移動體運(yùn)動速度和其法向分量的夾角，移動體建立在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的鏈路所用的時間為t，Th1為發(fā)生掉話的信號強(qiáng)度門限；當(dāng)從WLAN接收到的信號強(qiáng)度低于Th0時，隨即發(fā)起建立目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的新鏈路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應(yīng)觸發(fā) 方法，其特征是-新鏈路建立的觸發(fā)準(zhǔn)則包括a.保證移動體在丟失當(dāng)前WLAN連接之前完成 目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的新鏈路建立，即保證無縫的切換；b.盡量減少移動體在切換過程中 同時占有兩條通信鏈路的時間，以減少無線資源浪費(fèi)和移動體能量消耗；
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應(yīng)觸發(fā)方法，其特征是新鏈路建立的觸發(fā)門限設(shè)置方法根據(jù)移動體的運(yùn)動速度和建立目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)新 鏈路所需要的時間來自適應(yīng)的設(shè)定觸發(fā)到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的切換的門限。
全文摘要
一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應(yīng)觸發(fā)方法，本發(fā)明在WLAN向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的切換情景中，能夠根據(jù)移動體的具體運(yùn)動狀態(tài)自適應(yīng)地設(shè)定建立目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中新鏈路的接收信號強(qiáng)度門限。從而既能夠達(dá)到WLAN到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的無縫切換，又能夠最短時間地同時占用兩條通信鏈路，從而能夠更為合理高效地使用網(wǎng)絡(luò)資源。
文檔編號H04W84/12GK101409900SQ20081022721
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者周華春, 延志偉, 張宏科, 張思東 申請人:北京交通大學(xué)