CN101605368A - 一种无线业务的异构网络及切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线业务的异构网络及切换方法，各个网络内具有节点i－Node，i－Node内包括：用于存储各种通信策略数据策略数据库；知识数据库，用于存储根据垂直切换行为统计形成的垂直切换行为模型及当前网络信道的占用率；认知层接口，用于收集各协议层参数；认知平台，用于接收到外网的切换信令后，判断当前信道空闲率是否大于阈值，如果大于，则触发连接的接入网内的无线节点，无线节点利用认知层接口的参数、及垂直切换模型执行切换过程；如果小于，则回复拒绝切换的信令。本发明还提供一种无线业务的异构网络切换方法。本发明通过知识数据库、策略数据库预先存储的策略和模型，可快速提高异构网络之间的业务切换过程，减少切换时延。

Description

一种无线业务的异构网络及切换方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是指一种无线业务的异构网络及切换方法。

背景技术

根据目前无线移动通信技术发展情况来看，未来的无线通信网络是一个泛在的、异构的全IP融合的复杂网络，应该具备支持不同程度的无缝移动特性，提供多种接入方式，允许多节点协同工作，保障安全性和高服务质量(QoS)等特征。同时它又应当是一个具备认知特性的无线通信网络，能够随时感知外界环境，并根据当前的网络状况自配置以动态自适应环境的改变。

当前占主导地位的无线移动通信技术蜂窝移动通信的国际联盟3GPP，在其演进型分组核心网EPC系统架构中提出了3GPP网络与其他无线移动通信技术如WLAN和WPAN等异构融合的方法，即采用中间网关来完成非3GPP系统与3GPP系统间的业务信令转接。但此方法只是简单通过中间网关实现异构网络业务信令的转接，缺乏灵活性，无法实现网络资源共享，且增加了信令转接节点，引起了额外的信令传输时延，没有真正实现异构无线网络的融合。

3GPP还提出了通用无线资源管理CRRM的概念，为各种业务选择最合适的无线承载，以增强网络的QoS管理能力。CRRM的主要优势包括：进行负载均衡从而提高系统资源利用率；为各种业务选择最合适的无线承载，以增强网络的服务质量QoS(Quality of Service)管理能力。然而，CRRM存在很大的局限性，这主要体现在：无论是呼叫建立还是系统间切换，接入网络选择主要考虑了负载因素，而没有考虑用户偏好等其他因素；CRRM仅针对UTRAN(UMTS TerrestrialRadio Access Network)、GERAN(GSM/EDGE Radio Access Network)等蜂窝网络，而不包括其他类型的网络，例如无线局域网WLAN、无线个域网WPAN等。

欧盟正在进行的异构蜂窝网络无线资源管理的研究工作，提出了一种基于紧耦合的联合无线资源管理JRRM方案，进行联合的接纳控制、资源调度和负载控制。JRRM在不同的无线接入网络上有一个集中的联合控制实体进行联合的接纳控制、资源调度和负载控制。JRRM将一个业务分成两个部分利用多个RAT的网络资源传输，在接收终端进行业务合并。这种技术实现起来复杂，并且不是所有的业务源都可以进行分流。JRRM的各种功能需要在接入网设立JRRM模块，对网络改动较大，实现复杂。

现有的异构无线网络架构和资源管理解决方案，只研究了异构蜂窝网络的环境，而且只考虑负载因素，没有考虑无线环境各种参数的时变特性，以及不同网络参数不可直接比较的特点，不可避免地造成了资源分配方案的偏颇和谬误。且当前的无线异构网络的研究不能及时地调整网络自身状态以适应复杂多变的环境和业务需求，缺乏自我感知、自我学习、自配置等能力，无法实时获知用户需求和网络状态，故而不能为网络配置做出智能判断和决策。尤其是切换过程中，异构网络不能自适应的对切换过程做出适应性控制，用户业务容易在切换过程中造成中断。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种无线业务的异构网络及切换方法，以解决上述异构网络不能自适应的对切换过程做出适应性控制，用户业务容易在切换过程中造成中断的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种无线业务的异构网络，包括：各个网络内具有节点i-Node，i-Node内包括：

策略数据库，用于存储各种通信策略数据；

知识数据库，用于存储根据垂直切换行为统计形成的垂直切换行为模型及当前网络信道的占用率；

认知层接口，用于收集各协议层参数；

认知平台，用于接收到外网的切换信令后，执行所述策略数据库内的通信策略数据中的切换策略数据，判断当前信道空闲率是否大于阈值，如果大于，则触发连接的接入网内的无线节点，无线节点利用认知层接口的参数、及垂直切换模型执行切换过程；如果小于，则回复拒绝切换的信令；

或，当接收到外网回复的拒绝切换的信令后，调用所述策略数据库内的通信策略数据中的业务优先策略数据，降低各个业务所对应的优先级，调整各个业务的信道占用率；

协议适配单元，用于在网络的内网和外网数据交互中，按照协议转换数据。

优选的，所述异构网络为WLAN、GSM、WCDMA或TD-SCDMA。

优选的，所述异构网络为GSM，所述无线节点为基站；所述异构网络为WLAN，所述无线节点为AP；所述异构网络为WCDMA或TD-SCDMA，所述无线节点为Node-B。

优选的，所述认知平台还用于按照策略数据库中的乒乓切换控制策略，判断同一业务的网络切换的时间间隔小于阈值时，回复拒绝切换的信令。

本发明还提供一种无线业务的异构网络切换方法，各个网络内具有节点i-Node，i-Node内包括：策略数据库，知识数据库，认知层接口，认知平台，协议适配单元；

所述认知平台接收到外网的切换信令后，执行所述策略数据库内存储的通信策略数据中的切换策略数据，判断所述知识数据库统计的当前信道空闲率是否大于阈值，如果大于，则触发连接的接入网内的无线节点，无线节点利用认知层接口的参数、及知识数据库根据垂直切换行为统计形成的垂直切换行为模型执行切换过程；如果小于，则回复拒绝切换的信令；

或，所述认知平台接收到外网回复的拒绝切换的信令后，调用所述策略数据库内的通信策略数据中的业务优先策略数据，降低各个业务所对应的优先级，调整各个业务的信道占用率；

所述认知平台与外网的数据交互过程中，通过协议适配单元转换所述内网和外网之间的通信数据协议。

优选的，所述认知层接口的参数包括物理层的误码率和信噪比、数据链路层的丢包率和传输速率、网络层的路由信息、传输层的流量信息以及应用层的QoS要求。

优选的，该方法之后还包括：

所述认知平台还用于按照策略数据库中的乒乓切换控制策略，判断同一业务的网络切换的时间间隔小于阈值时，回复拒绝切换的信令。

本发明的架构和行为模型实现方法能够最佳地融合各类异构无线网络，通过知识数据库、策略数据库预先存储的策略和模型，可快速提高异构网络之间的业务切换过程，减少切换时延。能够及时地调整网络自身状态以适应复杂多变的环境和业务需求，具有自我感知、自我学习、自配置等能力，能够实时获知用户需求和网络状态，故而为网络配置做出智能判断和决策，能提高网络整体性能，系统资源利用率也较高。

附图说明

图1是实施例异构无线网络示意图；

图2是认知异构无线网络架构图；

图3是智能节点框架图；

图4是认知异构无线网络的认知过程示意图；

图5是认知异构无线网络的行为模型实现示意图。

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。

本发明应用在异构无线网络环境下，例如：如图1所示的异构无线网络的示意图，在图1中的异构无线网络环境下，如图2所示的认知异构无线网络CHNet的智能节点i-Node完成智能终端在UMTS和WLAN无线网络间的智能切换管理。

智能节点i-Node的框架图如图3所示，它由各协议层、认知层接口CLI、策略数据库PR、知识数据库KR、协议适配模块PA和认知平台CP等功能模块组成。

其中，知识数据库KR用于存储之前根据垂直切换行为形成的数据，并统计形成的垂直切换行为模型，及存储的网络的信道容量使用情况，如信道的占用、频点的使用信息、网络的链路占用情况等。

认知平台用于预先完成垂直切换流程中鉴权和物理层链路的搭建工作，策略数据库PR中的优先保证现有业务的策略执行相应的操作，如：调整无线接收节点AP的发射功率，降低覆盖范围；降低部分低优先级用户的带宽，保证优先级较高用户的业务需求及QoS保障等。

认知层接口CLI收集各协议层的相关参数，

协议适配单元PA，用于在认知平台所在的内网与外网的数据交换过程中，按照通信协议转换传输的数据。

无线接入技术按照覆盖范围(半径)的大小分为了两类无线技术C₁，C₂，即C₁以高带宽、低覆盖多以孤岛形式分布在热点地区的WLAN为例，C₂以低带宽高覆盖的UMTS蜂窝网络为例。其中，两种无线技术的覆盖半径r形成两种不同大小的覆盖范围，即C₁＜C₂。图1中终端位于位置A、B、C，分别处于各种无线技术所覆盖的小区内，位置A处于WLAN和蜂窝的重叠覆盖范围内，位置B处于WLAN和蜂窝的边缘覆盖范围内，位置C仅处于蜂窝的覆盖范围内。

认知异构无线网络的认知过程示意图如图4所示。

认知异构无线网络的行为模型实现示意图如图5所示。

优选地，

当智能终端处于位置A时，终端将同时接收到两种无线网络WLAN和蜂窝网的信号，此时终端通常选择高带宽的WLAN网络作为服务网络，以更好地实现各种业务需求。此时由于WLAN网络信号较强，通常不会产生由于信号强度不足导致的异构无线网络间的垂直切换。

但当智能终端处于位置A时，如果WLAN网络的信道容量(无线信道或网络信道)全部被占用，将导致异构网络间的垂直切换，具体步骤如下：

步骤一，WLAN网络的智能节点i-Node将根据策略数据库PR中的优先切换话音业务的策略，将本网络中实时性要求高的话音业务准备切换到同覆盖区的蜂窝网络。

步骤二，通过协议适配模块PA向同覆盖区的蜂窝网络的智能节点i-Node发出垂直切换初始化请求信令。

步骤三，接收到WLAN网络的垂直切换初始化请求信令后，蜂窝网络的智能节点i-Node认知平台将根据知识数据库中存储的本地网络的信道容量使用情况执行不同的后续步骤：

如果空闲信道容量超过总信道容量的20％，则执行步骤四。

步骤四，返回垂直切换初始化应答信令，执行垂直切换流程，一部分正在进行话音业务的智能终端将从WLAN网络平滑切换到蜂窝网络。

在执行垂直切换过程中，智能节点i-Node将通过认知平台CP调用知识数据库KR中存储的根据之前垂直切换行为统计形成的垂直切换行为模型，通过认知层接口CLI收集各协议层的相关参数，如物理层的误码率和信噪比、数据链路层的丢包率和传输速率、网络层的路由信息、传输层的流量信息以及应用层的QoS要求等，预先完成垂直切换流程中鉴权和物理层链路的搭建工作，从而减少了切换时延，改进了切换性能。

如果蜂窝网络自身空闲信道容量不足总信道容量的20％，则执行步骤五和步骤六。

步骤五，蜂窝网络的智能节点i-Node向WLAN网络的智能节点i-Node返回垂直切换拒绝信令。

步骤六，WLAN网络的智能节点i-Node将重新根据策略数据库PR中的优先保证现有业务的策略执行相应的操作，如：调整无线接收节点AP的发射功率，降低覆盖范围；降低部分低优先级用户的带宽，保证优先级较高用户的业务需求及QoS保障等。

优选地，

当智能终端在处于位置C时，终端只能接收到无线网络UMTS蜂窝网的信号，此时终端只能选择低带宽的UMTS蜂窝网络作为其服务网络，以基本满足各种业务的需求。此时不会发生异构无线网络间的垂直切换。

优选地，

当智能终端处于WLAN和UMTS蜂窝网的边缘覆盖范围内的位置B时，其业务切换的实现过程如下，包括：

终端将同时接收到两种无线网络WLAN和UMTS蜂窝网的信号，此时如果接收到的WLAN网络的无线信号能够满足业务需求，终端通常选择高带宽的WLAN网络作为服务网络，以更好地实现各种业务需求。但此时由于WLAN网络信号较弱，如果信号强度变差，不足以满足业务需求，则将导致异构无线网络间的垂直切换。

当智能终端处于位置B并正通过WLAN网络进行业务应用时，如果WLAN网络的无线信号强度较差，不足以满足业务的QoS保障，则WLAN网络的智能节点i-Node将通过协议适配模块PA向蜂窝网络的智能节点i-Node发出垂直切换初始化请求信令。蜂窝网络的智能节点i-Node将根据知识数据库中存储的本地网络的信道容量使用情况作出相应的响应，如果空闲信道容量超过总信道容量的20％，则返回垂直切换初始化应答信令，执行垂直切换流程，智能终端将从WLAN网络平滑切换到蜂窝网络，且业务将不会中断。

如果蜂窝网络自身空闲信道容量不足总信道容量的20％，则向WLAN网络的智能节点i-Node返回垂直切换拒绝信令，WLAN网络的智能节点i-Node将控制可重配置节点AP采用认知无线电技术，借用感知到的非授权频段信道，继续为用户提供业务和相应的QoS服务保障，从而避免用户正在使用中的业务中断。

如果B点处WLAN网络的无线信号强度逐渐增强，达到可以满足智能终端业务的QoS需求，则UMTS蜂窝网络的智能节点i-Node将通过协议适配模块PA向WLAN网络的智能节点i-Node发出垂直切换初始化请求信令。WLAN网络的智能节点i-Node将根据知识数据库中存储的本地网络的信道容量使用情况做出相应的响应，返回垂直切换初始化应答信令，执行垂直切换标准流程，智能终端将从蜂窝网络平滑切换到WLAN网络，且业务将不会中断。

为避免智能终端在两个异构无线网络间的乒乓切换，智能节点i-Node认知平台将根据策略数据库PR中的乒乓切换控制策略，设定同一业务切换的阈值，规定同一业务在两个异构无线网络间切换的时间间隔不能少于1分钟，否则智能节点i-Node将拒绝接受该垂直切换请求。

本发明无线业务的异构网络内具有节点i-Node，i-Node内包括：

策略数据库，用于存储各种通信策略数据；

知识数据库，用于存储根据垂直切换行为统计形成的垂直切换行为模型及当前网络信道的占用率；

认知层接口，用于收集各协议层参数；

认知平台，用于接收到外网的切换信令后，执行所述策略数据库内的通信策略数据中的切换策略数据，判断当前信道空闲率是否大于阈值，如果大于，则触发连接的接入网内的无线节点，无线节点利用认知层接口的参数、及垂直切换模型执行切换过程；如果小于，则回复拒绝切换的信令；

或，当接收到外网回复的拒绝切换的信令后，调用所述策略数据库内的通信策略数据中的业务优先策略数据，降低各个业务所对应的优先级，调整各个业务的信道占用率；

协议适配单元，用于在网络的内网和外网数据交互中，按照协议转换数据。

优选的，所述异构网络为WLAN、GSM、WCDMA或TD-SCDMA。

优选的，所述异构网络为GSM，所述无线节点为基站；所述异构网络为WLAN，所述无线节点为AP；所述异构网络为WCDMA或TD-SCDMA，所述无线节点为Node-B。

优选的，所述认知平台还用于按照策略数据库中的乒乓切换控制策略，判断同一业务的网络切换的时间间隔小于阈值时，回复拒绝切换的信令。

上述方法实施例的垂直切换过程可在设备中完全实现，不再一一赘述，对于本发明各个实施例中所阐述的架构和行为模型实现方法，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。

对于本发明各个实施例中所阐述的网络架构和方法，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 (9)

1、一种无线业务的异构网络，其特征在于，各个网络内具有节点i-Node，i-Node内包括：

策略数据库，用于存储各种通信策略数据；

知识数据库，用于存储根据垂直切换行为统计形成的垂直切换行为模型及当前网络信道的占用率；

认知层接口，用于收集各协议层参数；

认知平台，用于接收到外网的切换信令后，执行所述策略数据库内的通信策略数据中的切换策略数据，判断当前信道空闲率是否大于阈值，如果大于，则触发连接的接入网内的无线节点，无线节点利用认知层接口的参数、及垂直切换模型执行切换过程；如果小于，则回复拒绝切换的信令；

或，当接收到外网回复的拒绝切换的信令后，调用所述策略数据库内的通信策略数据中的业务优先策略数据，降低各个业务所对应的优先级，调整各个业务的信道占用率；

协议适配单元，用于在网络的内网和外网数据交互中，按照协议转换数据。

2、根据权利要求1所述的无线业务的异构网络，其特征在于，所述异构网络为WLAN、GSM、WCDMA或TD-SCDMA。

3、根据权利要求2所述的无线业务的异构网络，其特征在于，所述异构网络为GSM，所述无线节点为基站；所述异构网络为WLAN，所述无线节点为AP；所述异构网络为WCDMA或TD-SCDMA，所述无线节点为Node-B。

4、根据权利要求1所述的无线业务的异构网络，其特征在于，所述认知平台还用于按照策略数据库中的乒乓切换控制策略，判断同一业务的网络切换的时间间隔小于阈值时，回复拒绝切换的信令。

5、一种无线业务的异构网络切换方法，其特征在于，各个网络内具有节点i-Node，i-Node内包括：策略数据库，知识数据库，认知层接口，认知平台，协议适配单元；

所述认知平台接收到外网的切换信令后，执行所述策略数据库内存储的通信策略数据中的切换策略数据，判断所述知识数据库统计的当前信道空闲率是否大于阈值，如果大于，则触发连接的接入网内的无线节点，无线节点利用认知层接口的参数、及知识数据库根据垂直切换行为统计形成的垂直切换行为模型执行切换过程；如果小于，则回复拒绝切换的信令；

或，所述认知平台接收到外网回复的拒绝切换的信令后，调用所述策略数据库内的通信策略数据中的业务优先策略数据，降低各个业务所对应的优先级，调整各个业务的信道占用率；

所述认知平台与外网的数据交互过程中，通过协议适配单元转换所述内网和外网之间的通信数据协议。

6、根据权利要求5所述的无线业务的异构网络切换方法，其特征在于，所述异构网络为WLAN、GSM、WCDMA或TD-SCDMA。

7、根据权利要求6所述的无线业务的异构网络切换方法，其特征在于，所述异构网络为GSM，所述无线节点为基站；所述异构网络为WLAN，所述无线节点为AP；所述异构网络为WCDMA或TD-SCDMA，所述无线节点为Node-B。

8、根据权利要求5所述的无线业务的异构网络切换方法，其特征在于，所述认知层接口的参数包括物理层的误码率和信噪比、数据链路层的丢包率和传输速率、网络层的路由信息、传输层的流量信息以及应用层的QoS要求。

9、根据权利要求5所述的无线业务的异构网络切换方法，其特征在于，该方法之后还包括：

所述认知平台还用于按照策略数据库中的乒乓切换控制策略，判断同一业务的网络切换的时间间隔小于阈值时，回复拒绝切换的信令。

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