CN101541057A - 一种多模终端越区切换的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模终端越区切换的方法及装置，本发明方法包括：当判断出检测到网络的链路满足业务的QOS，将所述检测到的网络加入到备选集中；获得终端在各个网络覆盖范围内的位置信号，通过所述位置信号是否满足检测到网络的接入门限值、及终端在网络的移动方向判断出需要软切换后，判断所述备选集中是否存在两个以上的备选网络，如果存在，则进行转交地址COA配置，获得S_BU信令，并通过所述备选网络进行软切换；如果存在一个备选网络，则进行接入地址COA配置，获得BU信令，切换至该网络。本发明可实现完整的切换流程，且算法简单，易于实现，结合用户偏好，便于使用和人性化。

Description

一种多模终端越区切换的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是指一种多模终端越区切换的方法及装置。

背景技术

近年来，随着技术的发展，部署的无线网络的种类大大增加，网络技术的演进出现了WLAN，Wi-MAX，UMTS等技术。这些技术各有优点，不存在一种在所有性能指标上都优于其他技术的接入技术，因此未来会多种技术并存，互相补充，充分融合。同时近年来多模移动终端的应用也已经成为现实。随着接入选择技术的多样化和多模终端的应用，用户在不同网络之间的切换将变得更加频繁。同时，人们对于服务的要求也在进一步提高。为了满足用户体验的要求，终端设备必须在网络环境、业务需求改变的时候自动的选择和适应，并找到需要的网络，而这一切都需要设备的自动实现。

目前移动IP是解决异构网络之间切换应用最广泛的方法。为了实现移动主机接入Internet，保证移动主机在通信中的移动性和连续性，Internet工程任务组IETF下属的移动IP工作组提出了移动IP解决方案，在1996年11公布为建议标准。但随着Internet的飞速发展，IPv4协议在许多方面暴露了其局限性。于是IETF于2000年开始设计IPv6。在IPv4中移动性是可选的，而在IPv6中移动性是必不可少的部分。移动IP支持了节点的移动性，但同时引入了切换时延，进而增加了丢包率。为了消除或减弱这些时延因素，提高移动IP的性能，引入HMIP。HMIP在每个区域内定义了一个新的实体——MAP  ，在MAP域内移动的节点只需要向MAP注册，节省了大量的信令开销。

HMIPv6中MN有两种转交地址：RCoA和LCoA。RCoA是MN从访问网络中获得的一个地址，LCoA是MN以其默认路由器所通告的前缀为基础在相应接口上配置的在线转交地址。进入MAP域的MN将收到路由器通告消息，消息中包含一个或多个本地MAP的相关信息。MN可以将RCoA和LCoA绑定。MAP如同本地HA，将代表其所服务的MN接收所有分组，并将这些分组直接发送至MN的LCoA。如果MN在MAP域内的LCoA改变，则只要向MAP注册即可，这使得MN的域内移动对HA和CN透明。只有当MN在MAP域间移动时，才需要向HA和CN注册。

从上面的分析可以看出，解决异构网络切换的问题应该以移动IP为框架。但是由于移动IP是三层切换，对底层变化不敏感，且切换重定向需要较长的周期，因此会不可避免的造成较大的时延，使得用户所要求的QoS很难得到保证。在这种情况下，为了适应多种无线接入技术，并保证移动节点在移动过程中通信的连通性，IEEE 802.21工作组定义了媒体无关的切换MIH。MIH的关键思想是引入了MIHF这一介于2层和网络层之间的中间层的概念。这一方面使网络的高层(3层及以上)对于底层的异构特性可以不再敏感，另一方面可以利用底层信息的敏感性实现无缝切换。802.21协议在接口上定义了三种服务：媒体无关的信息服务(MIIS)，媒体无关的事件服务(MIES)，以及媒体无关的命令服务(MICS)。但是，IEEE 802.21只定义链路层事件作为切换点的触发，在异构网络下，并没有给出终端如何实现完整的切换流程方案，无法实现正常的切换。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种多模终端越区切换的方法及装置，以解决上述在异构网络下，终端无法实现切换的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种多模终端越区切换的方法，包括：

当判断出检测到网络的链路满足业务的QOS，将所述检测到的网络加入到备选集中；

获得终端在各个网络覆盖范围内的位置信号，通过所述位置信号是否满足检测到网络的接入门限值、及终端在网络的移动方向判断出需要软切换后，判断所述备选集中是否存在两个以上的备选网络，如果存在，则进行转交地址COA配置，获得S BU信令，并通过所述备选网络进行软切换；如果存在一个备选网络，则进行转交地址COA配置，获得BU信令，切换至该网络。

优选的，所述通过所述位置信息是否满足检测到网络的接入门限值、及终端在网络的移动方向判断出需要软切换包括：

当 $\frac{d_1}{R_1}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}1}},$ $\frac{d_2}{R_2}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}2}},$ 且终端在归属网络、检测到网络内的信号变弱、终端移动速度小于阈值，即v＜v_thres，确定需要软切换；

或当 $\frac{d_1}{R_1}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}1}},$ $\frac{d_2}{R_2}<\frac{d}{R_{\mathrm{thres}2}},$ 且终端在归属网络内的信号变弱、在检测到的网络内信号变强，终端移动速度小于阈值，即v＜v_thres，确定需要软切换；

其中，d₁为终端距离归属基站的距离，R₁为终端归属基站的覆盖半径，归属网络允许接入门限值为d₂为终端距离检测到基站的距离，R₂为检测基站的覆盖半径，当前检测到网络允许接入门限值为

优选的，判断所述备选集中是否存在两个以上的备选网络后，还包括：获得用户的网络偏好信息并按照AHP层次分析法确定各个网络内参数的权重，选择加权最大的预定数量的网络作为接入的网络。

本发明还提供一种多模终端越区切换的装置，包括：

链路测量模块，用于获得各个网络的链路信息，当前归属网络的链路衰减低于阈值时，获得切换消息；

用户测量模块，用于获得终端在各个网络覆盖范围内的位置信息、及终端在网络的移动方向；

网络测量模块，用于测量当前各个网络的资源信息，包括带宽、时延(包括时延、时延抖动)、可靠性(包括误码率、丢包率等等)、安全性、链路代价等等；

业务测量模块，用于获得当前业务的QOS参数，包括时延、时延抖动、丢包率、吞吐量等等，将业务要求的QoS映射到检测到的网络的性能参数。将获得的业务QoS参数输入到匹配策略表中，将映射后的网络性能参数输入到多接入选择模块；；

切换触发模块，用于获得链路测量模块内的切换消息，触发多接入选择模块；

策略匹配表：预先定义了业务QoS对应的网络类型。如果表中存在由来自业务测量模块的业务要求QoS参数所对应的网络类型，则只选择由此确定的网络类型。否则可以选择所有类型的网络；

多接入选择模块，用于通过业务测量模块获得应用业务的QoS参数映射到的网络性能参数，并判断当前可检测到的网络是否满足当前QoS；通过网络测量模块获得当前检测到的网络的性能参数；通过策略匹配表判断当前业务QoS应选择的网络类型；通过用户测量模块获得终端在各个网络覆盖范围内的位置信号，通过所述位置信号是否满足检测到网络的接入门限值、及终端在网络的移动方向判断出需要软切换后，如果判断出满足策略匹配表内的业务QOS的网络存在两个以上，则触发软切换模块，如果判断出满足策略匹配表内的业务QOS的网络存在一个，则触发非软切换模块；

软切换模块，用于进行转交地址COA配置，获得S_BU信令，并通过所述策略匹配表内的网络进行软切换；

非软切换模块，用于进行转交地址COA配置，获得BU信令，并按照所述策略匹配表内的网络进行切换。

优选的，所述用户测量模块，还用于获得用户的网络偏好信息；

所述多接入选择模块，还用于如果判断出满足策略匹配表内的业务QOS的网络存在两个以上，从所述用户测量模块获得网络偏好信息按照AHP层次分析法确定各个网络内参数的权重，选择加权最大的预定数量的网络作为接入的网络。

本发明的方法和装置，可在选择的多个网络中，通过不同的终端移动情况选择网络进行切换，在IEEE 802.21定义链路层事件作为切换点的触发下的异构网络中，终端实现完整的切换流程，且算法简单，易于实现，结合用户偏好，更便于使用和人性化。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是终端第一种移动状态示意图；

图3是终端第二种移动状态示意图；

图4是终端第三种移动状态示意图；

图5是终端第四种移动状态示意图；

图6是本发明的装置结构图；

图7是层次分析法的层结构图；

图8是本发明的装置与逻辑层的数据交互示意图；

图9是切换过程中各个模块的数据交互示意图。

具体实施方式

为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

参见图1，本发明的方法包括：

步骤11：将当前业务映射到检测的网络中；

步骤12：判断映射后是否满足业务的QOS；

各个业务的QOS有不同的参数定义，如时延、带宽、可靠性等指标，通过预先定义的指标可判断出当前的网络是否满足QOS要求；

如果满足，执行步骤13；如果不满足，执行步骤14，保持原网络的连接；

步骤13：将检测到的网络加入到备选集中；

步骤15：判断是否需要进行软切换；

通过用户的速度、移动状态判断是否需要进行软切换；

用户移动状态的分为四种情况，如图2至图5所示，

我们设定每个基站覆盖的范围是个圆形，半径为R，终端距离基站的距离为d。R可以由基站的路由器广播发送给终端MN，d可以由MN测量。对于MN在网络中的相对位置，定义为

以及每个网络允许接入的相应门限值

如果 $\frac{d}{R}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}}},$ 意味着MN位于网络的边缘处，这种情况下信号一般不好，可能会出现丢包现象，需要进行切换。反之如果 $\frac{d}{R}<\frac{d}{R_{\mathrm{thres}}},$ 则MN处于网络中心范围覆盖良好的区域。

假设原归属网络(即终端正在使用的网络)的相应参数为d₁，R₁，新检测到的网络的相应参数为d₂，R₂。MN的UMIM可以根据连续测量的信号强度判断MN的运动方向。如果检测到信号持续变弱，则可断定MN正在远离该网络。如果信号持续增强，则认为MN正在靠近网络。对于MN的速度，可以由UMIM负责测量。根据预先设定的速度门限v_thres，将MN当前运动状态分为高速运动和低速运动。高速运动时v＞v_thres，低速运动时v＜v_thres。

当 $\frac{d_1}{R_1}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}1}},$ $\frac{d_2}{R_2}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}2}},$ 时，MN位于两个网络的边缘重叠覆盖区域，如图2所示。这时两个网络当前的链路质量都不好，图中标明了MN的运动方向。这时如果MN高速运动，由于重叠区域很小，不会带来过多的中断及丢包，不足以弥补软交换带来的信令开销，因此不需要软切换。反之如果MN处于低速运动，则会在该区域停留较长时间，应该应用软切换。

当 $\frac{d_1}{R_1}<\frac{d}{R_{\mathrm{thres}1}},$ $\frac{d_2}{R_2}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}2}}$ 时，MN位于旧网络的中心地区，但是检测到了新的网络。这时MN的运动方向如图3所示。由于MN此时在原网络覆盖良好的区域，因而没有必要进行软切换。

如4图，当 $\frac{d_1}{R_1}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}1}},$ $\frac{d_2}{R_2}<\frac{d}{R_{\mathrm{thres}2}}$ 时，MN位于原网络的边缘，但是位于新网络的中心区域，MN运动方向可能是移出原网络，也可能是进入原网络。如果MN是移入原网络，则无需进行软切换。如果是移出，则在高速运动时无需软切换，低速运动应该应用软切换。

当 $\frac{d_1}{R_1}<\frac{d}{R_{\mathrm{thres}1}},$ $\frac{d_2}{R_2}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}2}}$ 时，MN位于原网络的中心覆盖区域和新网络的边缘区域，如图5所示，显然不需要软切换。

通过上述的四种场景，可判断出是否需要对用户所在的网络进行选择软切换。

如果是，则执行步骤16；如果不需要，则执行步骤20，进行接入选择；

步骤16：执行转交地址COA配置；

步骤17：判断备选集中是否存在多个网络；如果是，执行步骤18，否则执行步骤23；

步骤18：获得软切换的S_BU；

S_BU是在移动IP的标准绑定更新BU上进行扩展得到的绑定更新信令。

步骤19：通过多个网络同时进行分集传输；

按照所切换到的各个网络进行分集传输。

步骤24：切换至新的网络；

步骤20：进行接入选择，接入选择时考虑用户的偏好信息；

步骤21：判断是否切换，如果接入选择的目标与当前网络相同，则不需要切换。如果接入选择的目标与当前网络不同，则需要进行切换；

如果是，执行步骤22，如果不是，则执行步骤14；

步骤22：执行转交地址COA配置；

步骤23：获得移动IP的BU；

获得移动IP的BU信令；

步骤24：切换至新的网络。

在步骤17后，还可通过判断每个候选网络的时延、时延抖动、带宽、误码率等是否符合业务测量模块的QoS需求；通过用户的网络偏好信息，利用AHP层次分析法确定各个参数的权重。对每层的指标采用九级标度法进行比较，得到不同的网络参数(带宽、时延、时延抖动、误码率、丢包率、安全性、链路代价)相对应的权重为w_b，w_d，w_j，w_e，w_l，w_a，w_c。最后计算网络各个指标的加权和，判断加权和最大的预定数量网络为当前最合适接入的网络。

上面详细描述了本发明的方法，下面给出本发明的装置实施例详细说明，对于实现本发明的方法有多种实现形式，参见图6，本发明的装置为图6中切换模块，该切换模块包括：切换测量模块、切换判决模块、切换执行模块。

切换测量模块，切换测量模块由五个功能模块组成：链路测量模块、用户测量模块、网络测量模块、业务测量模块，以及基于802.21协议的MIHF(media independent handover function)模块。

802.21协议为MIHF定义了九种标准的触发事件，链路测量模块接收来自MIHF模块的五种触发事件，用户测量模块向MIHF定制了一种触发事件。

链路测量模块，用于监测各个网络的链路变化，定制的五种MIHF触发事件的消息为：MIH_Link_Up，MIH_Link_Detected，MIH_Link_Down，MIH_Link_Going_Down和MIH_Link_Handover_Complete，当前归属网络的链路衰减低于阈值时，获得切换消息；

用户测量模块，用于接收MIHF模块的触发消息为MIH_Link_Parameters_Report；接收来自V接口的速度消息判断当前用户的移动状态；通过GUI接口获取用户所使用网络的偏好信息，包括用户所使用各个网络频率统计、预定义设置等；通过用户的偏好信息、MIHF模块的MIH_Link_Parameter_Report消息和移动状态判断是否进行软切换；

网络测量模块，用于测量当前各个网络的资源信息，包括带宽、时延(包括时延、时延抖动)、可靠性(包括误码率、丢包率等等)、安全性、链路代价等等，并将网络的资源信息发送至多接入选择模块；

业务测量模块，用于通过Q接口接收当前业务的QoS参数，包括时延、时延抖动、丢包率、吞吐量等等，将业务要求的QoS映射到检测到的网络的性能参数。将获得的业务QoS参数输入到匹配策略表中，将映射后的网络性能参数输入到多接入选择模块；；

策略匹配表是在业务定制阶段由用户和运营商协商签订的，定义了业务和接入技术之间的匹配策略。策略匹配表的一个实例如表1所示。用于接收来自业务测量模块的业务类型，如果业务已经存在于策略匹配表中，则选择相应类型的接入技术，如果同时存在多个该技术的可用网络，将可用的网络类型发送至多接入选择模块，再利用多接入选择模块确定最终的接入目标。如果策略匹配表中没有列出当前业务，则直接忽略该匹配表，直接执行多接入选择过程。

表1

切换判决模块包括：切换触发模块、多接入选择模块、策略匹配表；

切换触发模块，用于获得链路测量模块内的切换消息，触发多接入选择模块；

多接入选择模块，用于获得用户测量模块、网络测量模块和业务测量模块、策略匹配表选择出待切换的网络触发切换执行模块；

多接入选择模块，用于通过业务测量模块获得应用业务的QoS参数映射到的网络性能参数，并判断当前可检测到的网络是否满足当前QoS；通过网络测量模块获得当前检测到的网络的性能参数；通过策略匹配表判断当前业务QoS应选择的网络类型；通过用户测量模块获得终端在各个网络覆盖范围内的位置信号，通过所述位置信号是否满足检测到网络的接入门限值、及终端在网络的移动方向判断出是否需要软切换；在切换触发模块的触发下，通过来自网络测量模块数据判断每个候选网络的时延、时延抖动、带宽、误码率是否符合业务测量模块的QoS需求；通过用户测量模块的用户偏好信息，利用AHP层次分析法确定各个参数的权重。

AHP层次定义如图7所示，通过用户的网络偏好信息，按照偏好信息的权重，对每层的指标采用九级标度法进行比较，得到不同的网络参数(带宽、时延、时延抖动、误码率、丢包率、安全性、链路代价)相对应的权重为w_b，w_d，w_j，w_e，w_l，w_a，w_c。最后计算网络各个指标的加权和，并将各个网络的加权和值排序，选择出加权和最大的前几个网络，采用加权和最大的网络为当前最合适接入的网络。

切换执行模块包括：软切换模块、非软切换模块；

软切换模块，用于设置COA配置，并与MAP之间实现消息交互，获得S_BU信令消息；

非软切换模块，用于设置COA配置，并与MAP之间实现消息交互，获得BU信令消息。

本发明装置中各个模块与各个逻辑层之间的数据交互如图8所示，切换模块和位置管理模块作为移动性管理模块，用户的速度信息V作为用户测量信息，传输层的数据通过Q接口至切换测量模块，并作为业务测量信息。

本发明的装置中各个模块进行网络切换的工作流程图可参见图9，图中详细显示了各个模块的工作流程和数据交互过程，本发明的方法过程可通过图中的各个模块按照图9所示的交互过程实现网络的切换，具体切换过程在方法、装置的实施例中已经详细阐述，这里不再赘述。

本发明的方法和装置，可在选择的多个网络中，通过不同的终端移动情况选择网络进行切换，在IEEE 802.21定义链路层事件作为切换点的触发下的异构网络中，终端实现完整的切换流程，且算法简单，易于实现，结合用户偏好，更便于使用和人性化。

对于本发明各个实施例中所阐述的方法和装置，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种多模终端越区切换的方法，其特征在于，包括：

当判断出检测到网络的链路满足业务的QOS，将所述检测到的网络加入到备选集中；

获得终端在各个网络覆盖范围内的位置信号，通过所述位置信号是否满足检测到网络的接入门限值、及终端在网络的移动方向判断出需要软切换后，判断所述备选集中是否存在两个以上的备选网络，如果存在，则进行转交地址COA配置，获得S_BU信令，并通过所述备选网络进行软切换；如果存在一个备选网络，则进行转交地址COA配置，获得BU信令，切换至该网络。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述位置信号是否满足检测到网络的接入门限值、及终端在网络的移动方向判断出需要软切换包括：

当 $\frac{d_1}{R_1}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}1}},$ $\frac{d_2}{R_2}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}2}},$ 且终端在归属网络、检测到网络内的信号变弱、终端移动速度小于阈值，即v＜v_thres，确定需要软切换；

或当 $\frac{d_1}{R_1}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}1}},$ $\frac{d_2}{R_2}>\frac{d}{R_{\mathrm{thres}2}},$ 且终端在归属网络内的信号变弱、在检测到的网络内信号变强，终端移动速度小于阈值，即v＜v_thres，确定需要软切换；

其中，d₁为终端距离归属基站的距离，R₁为终端归属基站的覆盖半径，归属网络允许接入门限值为

d₂为终端距离检测到基站的距离，R₂为检测基站的覆盖半径，当前检测到网络允许接入门限值为

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断所述备选集中是否存在两个以上的备选网络后，还包括：获得用户的网络偏好信息并按照AHP层次分析法确定各个网络内参数的权重，选择加权最大的预定数量的网络作为接入的网络。

4、一种多模终端越区切换的装置，其特征在于，包括：

链路测量模块，用于获得各个网络的链路信息，当前归属网络的链路衰减低于阈值时，获得切换消息；

用户测量模块，用于获得终端在各个网络覆盖范围内的位置信息、及终端在网络的移动方向；

网络测量模块，用于测量当前各个网络的性能参数；

业务测量模块，用于获得当前业务的QOS参数，将业务要求的QoS映射到检测到网络的性能参数，将映射后的网络性能参数输入到多接入选择模块；将获得的业务QoS参数输入到匹配策略表中；

切换触发模块，用于获得链路测量模块内的切换消息，触发多接入选择模块；

策略匹配表用于预先定义了业务QoS对应的网络类型；

多接入选择模块，用于通过业务测量模块获得应用业务的QoS参数映射到的网络性能参数，并判断当前检测到的网络是否满足当前QoS；通过网络测量模块获得当前检测到的网络的性能参数；通过策略匹配表判断当前业务QoS应选择的网络类型；通过用户测量模块获得终端在各个网络覆盖范围内的位置信号，通过所述位置信号是否满足检测到网络的接入门限值、及终端在网络的移动方向判断出需要软切换后，如果判断出满足策略匹配表内的业务QOS的网络存在两个以上，则触发软切换模块，如果判断出满足策略匹配表内的业务QOS的网络存在一个，则触发非软切换模块；

软切换模块，用于进行转交地址COA配置，获得S_BU信令，并通过所述策略匹配表内的网络进行软切换；

非软切换模块，用于进行转交地址COA配置，获得BU信令，并按照所述策略匹配表内的网络进行切换。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述用户测量模块，还用于获得用户的网络偏好信息；

所述多接入选择模块，还用于如果判断出满足策略匹配表内的业务QOS的网络存在两个以上，从所述用户测量模块获得网络偏好信息按照AHP层次分析法确定各个网络内参数的权重，选择加权最大的预定数量的网络作为接入的网络。

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