一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明公開一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法，屬于通信技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著WLAN和UMTS等網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡在信號覆蓋范圍、帶寬及收費等方 面存在較大差異，融合它們能實現(xiàn)優(yōu)勢互補，而垂直切換是它們?nèi)诤系年P鍵技術(shù)之一。針對 異構(gòu)網(wǎng)絡間的垂直切換，異構(gòu)網(wǎng)絡的融合結(jié)構(gòu)有松耦合與緊耦合。緊耦合把WLAN看作是 UMTS網(wǎng)絡的子網(wǎng)，但實現(xiàn)緊耦合的復雜性較高，且投資大，難于應用到實際工程中。松耦合 結(jié)構(gòu)中每個網(wǎng)絡獨立操作，允許WLAN和UMTS分別進行業(yè)務管理，而基于松耦合的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 融合，僅以接收信號強度（RSS)為指標的垂直切換算法已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)要求，需要考慮 移動用戶數(shù)量、設備投資、網(wǎng)絡條件等，否則會導致切換次數(shù)太多，切換呼叫阻塞頻繁，乒乓 效應明顯。本發(fā)明提供一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法，基于UMTS和WLAN，當移動主機 工作于UMTS時，接入基站后，經(jīng)過無線網(wǎng)絡控制器、GPRS服務支持節(jié)點及GPRS網(wǎng)關支持節(jié) 點/家鄉(xiāng)代理，或者當它工作于WLAN時，通過接入節(jié)點、接入網(wǎng)關節(jié)點和外地代理，然后都 要通過接入控制單元接入Internet實現(xiàn)異構(gòu)融合，通過控制網(wǎng)絡條件參數(shù)，由傳輸層產(chǎn)生 網(wǎng)絡間的垂直切換；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"，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)明針對現(xiàn)有技術(shù)中以接收信號強度（RSS)為指標的垂直切換算法已經(jīng)不能 滿足系統(tǒng)要求，需要考慮移動用戶數(shù)量、設備投資、網(wǎng)絡條件等，否則會導致切換次數(shù)太多， 切換呼叫阻塞頻繁，乒乓效應明顯的問題，提供一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法，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"，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] -種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法：
[0006] 當移動節(jié)點工作于UMTS或者WLAN時，通過接入控制單元連接Internet，控制單元 通過控制網(wǎng)絡條件參數(shù)，利用當前應用程序的代價函數(shù)對可接入網(wǎng)絡進行評估與選擇；自 動調(diào)整切換執(zhí)行時間，使移動節(jié)點能自適應進行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡間進行垂直切 換。
[0007] 根據(jù)穩(wěn)定周期、移動節(jié)點的運動速度及所處位置來自動調(diào)整切換執(zhí)行時間。
[0008] 所述代價函數(shù)可以表示為：
[0009] 式 1 7 =

[0012] Ni(r)為RSS因子；Mi (d)為距離因子，指出移動臺與當前網(wǎng)絡之間的距離對代價 函數(shù)的影響，d為當前距離；Di為距離門限；sgn( ·)為符號函數(shù)；Bi為帶寬因子，評價網(wǎng)絡 的信號帶寬；
[0013] 當C1>C2時，選擇WLAN為接入網(wǎng)；當C2>C1時，選擇UMTS為接入網(wǎng)。
[0014] 在控制單元中引入一個切換計時器，通過計算在一個計時周期T，T = LTs ;接收信 號強度累積量S來判決是否執(zhí)行切換：
[0016] 式中，m為在一個計時周期內(nèi)接收到的信號強度大于門限的次數(shù)且1彡Μ彡L ; km (m = 1，2,…，Μ)為序列k的子列，即S為Μ個服從正態(tài)分布隨機變量的和，用S來確定 代價函數(shù)的RSS因子。
[0017] 移動節(jié)點接收到WLAN的信號強度大于它的門限，則切換計時器就觸發(fā)開始計時， 從UMTS切換到WLAN ;
[0018] 當移動節(jié)點接收到的WLAN信號強度低于門限時，切換計時器開始計時，從WLAN切 換到UMTS。
[0019] 本發(fā)明的有益之處是：
[0020] 本發(fā)明利用當移動節(jié)點工作于UMTS或者WLAN時，通過接入控制單元連接 Internet，控制單元通過控制網(wǎng)絡條件參數(shù)，利用當前應用程序的代價函數(shù)對可接入網(wǎng)絡 進行評估與選擇；自動調(diào)整切換執(zhí)行時間，使移動節(jié)點能自適應進行垂直切換判決，在異構(gòu) 網(wǎng)絡間進行垂直切換；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"，改善切換呼叫阻塞率，取得較好的切換性能。
【附圖說明】
[0021] 圖1 UMTS和WLAN網(wǎng)絡融合結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2 UMTS和WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡之間的切換模式示意圖。
【具體實施方式】
[0023] -種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法：
[0024] 當移動節(jié)點工作于UMTS或者WLAN時，通過接入控制單元連接Internet，控制單元 通過控制網(wǎng)絡條件參數(shù)，利用當前應用程序的代價函數(shù)對可接入網(wǎng)絡進行評估與選擇；自 動調(diào)整切換執(zhí)行時間，使移動節(jié)點能自適應進行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡間進行垂直切 換。
[0025] 根據(jù)上述方法及
【發(fā)明內(nèi)容】
，參照附圖，對本發(fā)明做進一步說明。
[0026] -種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法：
[0027] 當移動節(jié)點工作于UMTS或者WLAN時，通過接入控制單元連接Internet，控制單元 通過控制網(wǎng)絡條件參數(shù)，利用當前應用程序的代價函數(shù)對可接入網(wǎng)絡進行評估與選擇；根 據(jù)穩(wěn)定周期、移動節(jié)點的運動速度及所處位置來自動調(diào)整切換執(zhí)行時間自動調(diào)整切換執(zhí)行 時間，使移動節(jié)點能自適應進行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡間進行垂直切換。
[0028] 其中移動節(jié)點工作于UMTS時，接入基站（BS)后，經(jīng)過無線網(wǎng)絡控制器（RNC)、GPRS 服務支持節(jié)點（SGSN)及GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點/家鄉(xiāng)代理（GGSN/HA);
[0029] 移動節(jié)點工作于WLAN時，通過接入節(jié)點（AP)、接入網(wǎng)關節(jié)點（APGN)和外地代理 (FA);
[0030] 控制單元是在指定時刻計算進行垂直切換代價的，對不同的網(wǎng)絡條件具有不同的 代價參數(shù)。代價函數(shù)的值越小，則該網(wǎng)絡的條件越好，即低代價網(wǎng)絡是首選網(wǎng)絡。為了便于 表示，假設UMTS是網(wǎng)絡1，WLAN是網(wǎng)絡2,則代價函數(shù)可以表示為：
[0031] 式 1 7 =
[0034] Ni(r)為RSS因子；Mi (d)為距離因子，指出移動臺與當前網(wǎng)絡之間的距離對代價 函數(shù)的影響，d為當前距離；Di為距離門限；sgn( ·)為符號函數(shù)；Bi為帶寬因子，評價網(wǎng)絡 的信號帶寬；
[0035] 當C1>C2時，選擇WLAN為接入網(wǎng)；當C2>C1時，選擇UMTS為接入網(wǎng)。
[0036] 其中WLAN網(wǎng)絡采用的接收信號強度模型為
[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。為一個零均值、標 準方差為σ的高斯隨機變量；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際發(fā)射功率。
[0042] 移動臺在WLAN的接入點（ΑΡ)和UMTS的BS之間保持固定方向勻速運 動，處于位置X時接收到WLAN的平均接收信號強度
服從對數(shù)正態(tài)分布，即
|假設WLAN的AP為運動的起始點，則移動臺與AP之間的距離（1 2服 從正太分布，即d2~N[d，（c0 tdn)2]。其中：為噪聲延遲時間的標準差；c為光速。
[0043] 移動臺在AP和BS之間以勻速v運動，對式c以周期^進行抽樣，移動臺的單位 移動距離ds = vTs，可得：
[0044] r2 (k) = r (kds) = P〇-10nlog (kds)+X。 式 d
[0045] 在A⑶中引入一個切換計時器（HT)，采用通過計算在一個計時周期T(T = LTs)內(nèi) 接收信號強度累積量S的方法（S-RSS)，來判決是否執(zhí)行切換：
[0047] 式中，m為在一個計時周期內(nèi)接收到的信號強度大于門限的次數(shù)且1彡Μ彡L ; km (m = 1，2,…，Μ)為序列k的子列，即S為Μ個服從正態(tài)分布隨機變量的和。用S來確定 代價函數(shù)的RSS因子，為越區(qū)切換提供一定的遲滯時間以避免"乒乓效應"。
[0048] 從UMTS切換到WLAN :如果移動臺接收到WLAN的信號強度大于它的門限R2，則ΗΤ 就觸發(fā)開始計時。ACU需要判斷在HT的一個計時周期T。內(nèi)，
|的和是否大于能量門限 Rs。其中，
?為大于R2的接收信號強度，Rs= R2L/2, L = TQ/TS。如果在一個計時周期 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)。 當滿足以下條件時，發(fā)生從UMTS到WLAN的切換：
[0050] (2)從WLAN切換到UMTS :切換計時器的觸發(fā)方式為當移動臺接收到的WLAN信號 強度低于門限R2時，HT開始計時，切換機制表示為
[0052] 對于兩種異構(gòu)網(wǎng)絡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"， 改善切換呼叫阻塞率，取得較好的切換性能；發(fā)明中運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)務的QoS。
【主權(quán)項】
1. 一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法，其特征是 當移動節(jié)點工作于UMTS或者WLAN時，通過接入控制單元連接Internet,控制單元通過 控制網(wǎng)絡條件參數(shù)，利用當前應用程序的代價函數(shù)對可接入網(wǎng)絡進行評估與選擇；自動調(diào) 整切換執(zhí)行時間，使移動節(jié)點能自適應進行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡間進行垂直切換。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法，其特征是根據(jù)穩(wěn)定周 期、移動節(jié)點的運動速度及所處位置來自動調(diào)整切換執(zhí)行時間。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法，其特征是所述代價函數(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，指出移動臺與當前網(wǎng)絡之間的距離對代價函數(shù) 的影響，d為當前距離；Di為距離口限；sgn( ?)為符號函數(shù)；Bi為帶寬因子，評價網(wǎng)絡的信 號帶寬； 當CDC2時，選擇WLAN為接入網(wǎng)；當C2〉C1時，選擇UMTS為接入網(wǎng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3任一項所述的一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法，其特征是在 控制單元中引入一個切換計時器，通過計算在一個計時周期T，T=LTs;接收信號強度累積 量S來判決是否執(zhí)行切換： 式位式中，m為在一個計時周期內(nèi)接收到的信號強度大于口限的次數(shù)且1《M《L;km(m= 1，2,…，M)為序列k的子列，即S為M個服從正態(tài)分布隨機變量的和，用S來確定代價函 數(shù)的RSS因子。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法，其特征是移動節(jié)點接收 到WLAN的信號強度大于它的口限，則切換計時器就觸發(fā)開始計時，從UMTS切換到WLAN; 當移動節(jié)點接收到的WLAN信號強度低于口限時，切換計時器開始計時，從WLAN切換 到UMTSo
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換方法，屬于通信技術(shù)領域；本發(fā)明利用當移動節(jié)點工作于UMTS或者WLAN時，通過接入控制單元連接Internet，控制單元通過控制網(wǎng)絡條件參數(shù)，利用當前應用程序的代價函數(shù)對可接入網(wǎng)絡進行評估與選擇；自動調(diào)整切換執(zhí)行時間，使移動節(jié)點能自適應進行垂直切換判決，在異構(gòu)網(wǎng)絡間進行垂直切換；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”，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
【公開號】CN105376821
【申請?zhí)枴緾N201510788883
【發(fā)明人】方雪靜
【申請人】浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月16日