CN101808378B - 异构网络移动终端快速垂直切换方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信技术领域的异构网络移动终端快速垂直切换方法，包括如下步骤：移动终端接入质量评分最高的网络；对所有网络进行质量评价；在除移动终端当前接入的网络之外的网络中选出质量评分最高的网络作为候选网络；移动终端对候选网络执行PPP连接第一阶段；当移动终端当前接入的网络满足切换触发条件且候选网络满足切换执行条件时，移动终端对候选网络执行PPP连接第二阶段，接入候选网络，并断开与原接入网络的连接。本发明解决了现有的异构网络移动终端垂直切换时重新建立PPP连接造成的切换延时较大的问题，克服其它快速切换方法不易实现、不适用于异构网络等缺点。

Description

异构网络移动终端快速垂直切换方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，特别是一种异构网络移动终端快速垂直切换方法。

背景技术

异构网络是由各种无线通信网络(如：GSM，WCDMA，CDMA2000，TDSCDMA，WLAN等)构成，对所有通信终端形成一个分布式的通信系统。由于无线接入技术发展的多元性和商业运营模式的多样性，异构网络必然成为未来无线通信网络的存在形式。出于对服务质量(QoS)的考虑，具有多种制式的移动终端在异构网络中漫游时需要根据所在位置的网络质量从一种网络漫游到另一种网络，即执行垂直切换，垂直切换的准确、快速是保证QoS的关键。

垂直切换过程一般包括网络发现、切换判决和切换执行三步。网络发现和切换判决影响垂直切换的准确性，现有的垂直切换技术多集中在这两发面。网络发现是检测移动终端所在位置处的网络构成及网络质量；切换判决是对移动终端所在位置处存在的各种网络进行质量评估后决定是否执行切换并确定切换的目的网络。切换执行是影响切换延时的主要因素，在主流2.5G、3G网络中，移动终端通过PPP协议(Point-to-Point Protocol，点对点协议)接入Internet。在执行垂直切换时移动终端需要断开与原网络的分组数据服务节点(Packet Data Serving Node，PDSN)之间PPP连接同时建立与目标网络的PDSN之间的PPP连接。建立新的PPP连接往往引入十几秒至几十秒的切换延时，严重影响QoS，所以从改进PPP连接入手缩短切换执行时间具有非常重要的意义。

经对现有技术文献的检索发现，作者为Kagalkar，A.；Mukherjee，S.；Rangarajan，S.；Guo，K.的“PPP migration：a technique for low-latency handoff in CDMA2000 network”，Proceedings of the Second Annual International Conference on Mobile and UbiquitousSystems：Networking and Services(MobiQuitous’05)(PPP迁移：一种CDMA2000网络中的低时延切换)表述了一种低延时切换方法：当移动终端执行切换时，不发起新的PPP连接建立过程，而在原PDSN与目的PDSN之间建立数据链路，原PDSN将需要转移的PPP连接的状态信息发送给目的PDSN，此后由目的PDSN给移动终端提供分组转发服务，完成切换。该方法大大缩短了切换执行时间，但是存在以下缺点：1、需要改变由网络运营商所管理的PDSN等网络设备，成本较大难以推广实现；2、不同网络的PDSN之间很难建立直接的数据链路进行数据交换，所以该方法仅对缩短同种网络内不同PDSN之间的切换延时有意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于分段式PPP连接的异构网络移动终端快速垂直切换方法。本发明解决了现有的异构网络移动终端垂直切换时重新建立PPP连接造成的切换延时较大的问题，克服其它快速切换方法不易实现、不适用于异构网络等缺点，把PPP连接建立过程分段，在切换执行前发起对候选网络的PPP连接，完成PPP连接第一阶段；当切换执行时，完成PPP连接第二阶段从而接入候选网络，从而实现了异构网络移动终端的快速垂直切换。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

步骤一：移动终端开始运行时没有接入任何一种网络，采用现有的网络质量评价方法给出每种网络的质量评分，移动终端接入质量评分最高的X网络。

步骤二：当移动终端接入X网络后，再次采用现有的网络质量评价方法给出此时每种网络的质量评分。

步骤三：根据步骤二得到的每种网络的质量评分，选出其中质量评分最高的X′网络，当X′网络就是X网络时，重新在余下的网络中选择质量评分最高的Y网络作为候选网络；否则X′网络作为候选网络。

步骤四：当移动终端完成对候选网络的PPP连接的第一阶段时，执行步骤五；当移动终端未接入候选网络时而完成对Z网络的PPP连接的第一阶段时，移动终端首先终止与Z网络的PPP连接，然后移动终端对候选网络发起PPP连接并执行PPP连接第一阶段。

所述的执行PPP连接第一阶段是移动终端首先安装协议过滤器，然后与候选网络的PDSN建立物理链路、进行连接控制协议(LCP)协商、完成认证、进行压缩控制协议(CCP)协商，在IP控制协议(IPCP)协商开始后移动终端向候选网络的PDSN发送IPCP保活数据帧，停留在IPCP协商阶段。

所述的协议过滤器捕获所有候选网络的PDSN发给移动终端的IPCP协商数据帧并将其丢弃，以阻碍移动终端与候选网络的PDSN之间IPCP协商的进行。

所述的发送IPCP保活数据帧是移动终端向候选网络的PDSN周期性的发送IPCP请求配置(Configure-Request)数据帧，以确保候选网络的PDSN不会终止IPCP协商，使得PPP连接停留在IPCP协商阶段。

步骤五：当移动终端当前接入的X网络满足切换触发条件时，执行步骤六；否则，返回步骤所述的切换触发条件是当前接入的X网络的质量评分小于切换触发阈值，具体是：

score_{当前接入的X网络}＜threshold₁，

其中：score_{当前接入的X网络}是当前接入的网络的质量评分，threshold₁是切换触发阈值。

步骤六：当移动终端的候选网络满足切换执行条件时，移动终端对候选网络执行PPP连接的第二阶段，PPP连接的第二阶段完成后移动终端与候选网络即建立起PPP连接，即网络切换结束，移动终端接入候选网络，移动终端断开与原接入X网络的连接，并返回步骤二；否则，直接返回步骤二。

所述的切换执行条件是候选网络的质量评分大于切换执行阈值，具体是：

score_候选网络＞threshold₂，

其中：score_候选网络是候选网络的质量评分，threshold₂是切换执行阈值。

所述的执行PPP连接第二阶段是移动终端拆除协议过滤器以放行候选网络的PDSN发送给移动终端的IPCP协商数据帧，完成与候选网络的PDSN之间的IPCP协商。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、有效地缩短了垂直切换执行时间，保证了QoS；

2、不局限于单一网络，适用于GSM、WCDMA、CDMA-1X-EVDO、TDSCDMA等主流2.5G、3G网络所构成的异构网；

3、保持原有网络架构不变，不需要网络运营商修改其网络设备，只需要在移动终端上安装相应的软件，简单、易行，容易推广；

4、主流的2.5G、3G网络中，移动终端与目标网络的PDSN完成IPCP协商之后，运营商才对移动用户计费，所以移动终端执行PPP连接第一阶段时停留在IPCP协商中并没有给移动用户带来资费上的负担，所以切换时不会给用户带来额外的资费负担。

附图说明

图1是实施例中的分段式PPP连接示意图；

图2是实施例中的网络切换示意图；

图3是实施例方法与现有技术的切换时延比较示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例在某大学校园内施行，该校园有WiFi、CDMA-1X-EVDO、WCDMA等多个无线网络的覆盖，是典型的异构网络环境。本实施例使用笔记本电脑连接多个无线网卡形成异构网络移动终端，所连接的无线网卡包括：D-Link公司的WiFi无线网卡DWL-G122、中兴移动通信有限公司的CDMA-1X-EVDO无线数据卡AC 560和中兴移动通信有限公司的WCDMA无线数据卡MF637U。

本实施例包括如下步骤：

步骤一：移动终端开始运行时没有接入任何一种网络，采用现有的网络质量评价方法给出每种网络的质量评分，将质量评分最高的网络记作A网络，A网络的质量评分记为score_A，移动终端接入A网络。

所述的质量评价是使用任何一种存在的网络评价方法综合考虑网络的信号强度(RSSI)、往返时延(RTT)、信噪比(SNR)和带宽(Band)等等因素对网络质量做出评价以反映网络提供服务的能力，使用的网络评价方法必须能够给出质量评分以定量衡量网络质量的好坏。具体的网络评价方法不属于本发明的内容。

步骤二：当移动终端接入A网络后，再次采用现有的网络质量评价方法给出此时WiFi、CDMA-1X-EVDO、WCDMA的质量评分，且分别记为：score_WiFi、score_CDMA-1X-EVDO和score_WCDMA。

步骤三：经比较步骤二得到的score_WiFi、score_CDMA-1X-EVDO、score_WCDMA三者大小，选出质量评分最高的A′网络，当A′网络就是A网络时，重新在余下的网络中选择质量评分最高的Y网络作为候选网络；否则A′网络作为候选网络，候选网络的质量评分记为scor_候选网络。

步骤四：当移动终端完成对候选网络的PPP连接的第一阶段时，执行步骤五；当移动终端未接入候选网络时而完成对Z网络的PPP连接的第一阶段时，移动终端首先终止与Z网络的PPP连接，然后移动终端对候选网络发起PPP连接并执行PPP连接第一阶段。

如图1所示，所述的执行PPP连接第一阶段是移动终端首先安装协议过滤器，然后与候选网络的PDSN建立物理链路、进行连接控制协议协商、完成认证、进行压缩控制协议协商，在IP控制协议协商开始后移动终端向候选网络的PDSN发送IPCP保活数据帧，停留在IPCP协商阶段。

所述的协议过滤器捕获所有候选网络的PDSN发给移动终端的IPCP协商数据帧并将其丢弃，以阻碍移动终端与候选网络的PDSN之间IPCP协商的进行。

所述的发送IPCP保活数据帧是移动终端向候选网络的PDSN周期性的发送IPCP请求配置数据帧，以确保候选网络的PDSN不会终止IPCP协商，使得PPP连接停留在IPCP协商阶段。

步骤五：当移动终端当前接入的A网络满足切换触发条件时，执行步骤六；否则，返回步骤二；

所述的切换触发条件是当前接入的A网络的质量评分小于切换触发阈值，具体是：

score_{当前接入的X网络}＜threshold₁，

其中：score_{当前接入的X网络}是当前接入的网络的质量评分，threshold₁是切换触发阈值。

本实施例中threshold₁设为60。

步骤六：当移动终端的候选网络满足切换执行条件时，移动终端对候选网络执行PPP连接的第二阶段，PPP连接的第二阶段完成后移动终端与候选网络即建立起PPP连接，即网络切换结束，移动终端接入候选网络，移动终端断开与原接入A网络的连接，如图2所示，并返回步骤二；否则，直接返回步骤二。

所述的切换执行条件是候选网络的质量评分大于切换执行阈值，具体是：

score_候选网络＞threshold₂，

其中：score_候选网络是候选网络的质量评分，threshold₂是切换执行阈值。

本实施例中threshold₂设为75。

所述的执行PPP连接第二阶段是移动终端拆除协议过滤器以放行候选网络的PDSN发送给移动终端的IPCP协商数据帧，完成与候选网络的PDSN之间的IPCP协商。

依次重复上述步骤，进行网络的10次垂直切换，统计得到的每次切换中各网络质量评分、切换前移动终端接入的网络、切换后移动终端接入的网络和切换延时如表1所示，平均切换时延等于3409.6(ms)。

表1

如表1所示，移动终端开始运行时接入质量评分最高的网络WiFi；在CDMA-1X-EVDO、WCDMA两种网络中选择质量评分最高的网络作为候选网络，候选网络为CDMA-1X-EVDO；移动终端对候选网络发起PPP连接，完成PPP连接第一阶段；使用信号屏蔽方法使移动终端当前接入的网络的网络质量下降促使移动终端执行垂直切换；移动终端完成PPP连接第二阶段从而接入候选网络实现了垂直切换。切换时延记录在表1的第6列。平均切换时延3409.6ms，对于浏览网页等数据业务用户基本不会感觉到通信有间断，有效地保证了QoS。

分别采用本实施例方法和现有的垂直切换方法得到的切换时延对比图如图3所示，其中：横坐标为测试序号，纵坐标为切换时延，针对每个测试序号：第一个垂直条形代表现有垂直切换方法，第二个条形代表本实施例方法。从图3中可以看出，在所有10次测量中，本实施例方法的垂直切换时延均远小于现有技术的垂直切换时延，使用现有技术方法的切换时延平均值为10814.1ms，是本实施例方法切换时延平均值的3倍。本实施例通过分段式PPP连接技术，有效地解决了现有的异构网络移动终端垂直切换时重新建立PPP连接造成切换时延较大的问题。

Claims (5)

1.一种异构网络移动终端快速垂直切换方法，其特征在于，包括如下步骤

步骤一：移动终端开始运行时没有接入任何一种网络，采用现有的网络质量评价方法给出每种网络的质量评分，移动终端接入质量评分最高的X网络；

步骤二：当移动终端接入X网络后，再次采用现有的网络质量评价方法给出此时每种网络的质量评分；

步骤三：根据步骤二得到的每种网络的质量评分，选出其中质量评分最高的X′网络，当X′网络就是X网络时，重新在余下的网络中选择质量评分最高的Y网络作为候选网络；否则X′网络作为候选网络；

步骤四：当移动终端完成对候选网络的PPP连接的第一阶段时，执行步骤五；当移动终端未接入候选网络时而完成对Z网络的PPP连接的第一阶段时，移动终端首先终止与Z网络的PPP连接，然后移动终端对候选网络发起PPP连接并执行PPP连接第一阶段；

步骤五：当移动终端当前接入的X网络满足切换触发条件时，执行步骤六；否则，返回步骤二；

步骤六：当移动终端的候选网络满足切换执行条件时，移动终端对候选网络执行PPP连接的第二阶段，PPP连接的第二阶段完成后移动终端与候选网络即建立起PPP连接，即网络切换结束，移动终端接入候选网络，移动终端断开与原接入X网络的连接，并返回步骤二；否则，直接返回步骤二；

所述的执行PPP连接第一阶段是移动终端首先安装协议过滤器，然后与候选网络的PDSN建立物理链路、进行连接控制协议协商、完成认证、进行压缩控制协议协商，在IP控制协议协商开始后移动终端向候选网络的PDSN发送IPCP保活数据帧，停留在IPCP协商阶段；

所述的执行PPP连接第二阶段是移动终端拆除协议过滤器以放行候选网络的PDSN发送给移动终端的IPCP协商数据帧，完成与候选网络的PDSN之间的IPCP协商。

2.根据权利要求1所述的异构网络移动终端快速垂直切换力法，其特征是，所述的协议过滤器捕获所有候选网络的PDSN发给移动终端的IPCP协商数据帧并将其丢弃，以阻碍移动终端与候选网络的PDSN之间IPCP协商的进行。

3.根据权利要求1所述的异构网络移动终端快速垂直切换方法，其特征是，所述的发送IPCP保活数据帧是移动终端向候选网络的PDSN周期性的发送IPCP请求配置数据帧，以确保候选网络的PDSN不会终止IPCP协商，使得PPP连接停留在IPCP协商阶段。

4.根据权利要求1所述的异构网络移动终端快速垂直切换方法，其特征是，所述的切换触发条件是当前接入的X网络的质量评分小于切换触发阈值，具体是：

score_{当前接入的X网络}＜threshold₁，

其中：score_{当前接入的X网络}是当前接入的网络的质量评分，threshold₁是切换触发阈值。

5.根据权利要求1所述的异构网络移动终端快速垂直切换方法，其特征是，所述的切换执行条件是候选网络的质量评分大于切换执行阈值，具体是：

score_候选网络＞threshold₂，

其中：score_候选网络是候选网络的质量评分，threshold₂是切换执行阈值。

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