CN101808379B - 基于网络接收信号强度稳定度的自适应垂直切换方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信技术领域的基于网络接收信号强度稳定度的自适应垂直切换方法，本发明利用网络RSS瞬时变化信息和RSS的稳定度，自适应地选取一段时长作为网络RSS特征信息的提取周期，根据该周期内RSS特征满足不同的筛选条件选出备选网络，并最终按照RSS判定度量确定切换目标网络。本发明减少了不必要切换的次数，有效改善了传统垂直切换方法在网络频繁波动的情况下对乒乓效应的抑制作用，并且提高了对有益切换的响应速度，方法简便，对终端计算能力没有过多要求，适合于低能耗移动设备的应用。

Description

基于网络接收信号强度稳定度的自适应垂直切换方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的方法，具体是一种基于网络接收信号强度稳定度的自适应垂直切换方法。 

背景技术

未来4G的网络不再由单一的接入方式构成，而是采用不同无线接入技术的多种网络的融合，进而实现为用户提供随时随地的网络连接。垂直切换作为无线异构网络融合的基础，其步骤大致可分为网络的发现、切换判定和切换执行。其中切换判定环节决定了切换时机的选择和切换目标网络的选择，是整个垂直切换过程的关键步骤。传统的垂直切换方法主要是通过对一个或多个具体参数设置阈值来进行切换触发，最常用的参数是接收信号强度(Received SignalStrength，RSS)、载波干扰比(Carrier to Interference Ratio，CIR)、信号干扰比(Signalto Interference Ratio，SIR)、比特误码率(Bit Error Rate，BER)等。在无线异构网络中，虽然不同网络的无线接入技术不同，但是所有的网络都使用以恒定发射功率发射的分离信号来进行RSS测量。因此绝大多数现有的垂直切换方法都将RSS作为基本的判定指标。 

垂直切换判定环节现有的方法是，事先为每个网络RSS设定两个阈值，λ_L和λ_H。若当前网络RSS低于λ_L，且备选网络RSS高于λ_H时，触发切换，并将该备选网络设定为目标切换网络。如果移动终端在异构网络之间不断来回切换，即意味着发生了乒乓效应，这会严重影响终端的正常通信。传统的垂直切换方法通过引入迟滞电平和驻留定时器来克服乒乓效应。迟滞电平是在λ_H的基础上设置一个余量Δλ，只有当备选网络RSS大于λ_H+Δλ才能触发切换。驻留定时器是一个定时时间为t的计时器，当备选网络RSS大于λ_H时，并不立即触发切换，而是等待t时长再触发切换。引入迟滞电平和驻留定时器的方法，虽然能一定程度上缓解乒乓效应，但效果并不理想，尤其是当备选网络RSS频繁地剧烈变化时，并不能克服乒乓效应。 

经过对现有技术文献的检索发现，Gamini Senarath等人在IEEE第48届VTC大会第2期1603至1607页发表的文章“Adaptive Handoff Algorithms Using Absolute and Relative Thresholds for Cellular Mobile Communication Systems(蜂窝移动通信系统中利用绝对和相对门限的自适应切换算法)”提出了相对门限和绝对门限的自适应切换方法。该方法以传统的RSS阈值判定为基础触发切换，并在RSS阈值的设置过程中加入对RSS历史变化的度量，使阈值设置能一定程度上反映RSS变化趋势，通过动态地设置阈值实现切换触发对环境变化的自适应。该方法虽然能够有效地减少不必要的切换，抑制乒乓效应的发生，但对于必要的切换产生了过大的切换延迟，使有益的切换难以得到迅速地响应。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于网络接收信号强度稳定度的自适应垂直切换方法。本发明根据RSS的瞬时变化设置判定步长，统计判定步长时间内RSS的稳定度，并由RSS稳定度动态地设置RSS阈值，根据环境变化实现自适应切换，有效减少切换响应时间。 

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括如下步骤： 

步骤一，分别为每个网络设置RSS稳态阈值和RSS稳态稳定度。 

所述的RSS稳态阈值是网络过去n次RSS瞬时值的期望值。 

所述的RSS稳态稳定度是网络过去n次RSS瞬时值的标准方差。 

步骤二，提取当前服务网络的RSS瞬时值λ_S瞬，当λ_S瞬满足切换报警条件时，设置判定步长时间为N秒；否则，继续监控当前网络的RSS瞬时值λ_S瞬。 

所述的切换报警条件，具体是： 

λ_S瞬＜kλ_S稳， 

其中：λ_S瞬是当前服务网络的RSS瞬时值，λ_S稳是当前服务网络的RSS稳定阈值，k是正整数。 

所述的判定步长时间，具体是： 

其中：λ_S瞬表示当前服务网络的RSS瞬时值，λ_S稳表示当前服务网络RSS稳态阈值，σ_S稳表示当前服务网络RSS稳态稳定度，k₁和k₂都为比例系数，[]表示取不小于计算结果的 整数。 

步骤三，在判定步长时间N秒内，分别为每个网络设置RSS暂态稳定度。 

所述的RSS暂态稳定度是过去N秒该网络RSS瞬时值的标准方差，其中N为步骤二中设置的判定步长时间。 

步骤四，当网络的RSS暂态稳定度满足首轮备选网络条件时，将该网络作为首轮备选网络，用RSS暂态稳定度更新RSS稳态稳定度，并设置该网络的RSS暂态阈值；否则，淘汰该网络； 

当没有任何网络满足首轮备选网络条件时，返回步骤二。 

所述的首轮备选网络条件，具体是： 

σ_X暂＜k′σ_S暂， 

其中：σ_X暂是第X个首轮备选网络的RSS暂态稳定度，σ_S暂是当前服务网络的RSS暂态稳定度，k′是正整数。 

所述的网络的RSS暂态阈值是该网络过去N秒内RSS瞬时值的期望值，其中N为步骤二中设置的判定步长时间。 

步骤五，当首轮备选网络的RSS稳态阈值满足次轮备选网络条件时，将该网络进一步作为次轮备选网络，用RSS暂态阈值更新RSS稳态阈值，并设置该网络的RSS判定度量；否则，淘汰该网络； 

当没有任何首轮备选网络满足次轮备选网络条件时，返回步骤二。 

所述的次轮备选网络条件，具体是： 

λ_Y暂≥kλ_Y稳， 

其中：λ_Y暂是第Y个次轮备选网络的RSS暂态阈值，λ_Y稳是第Y个次轮备选网络的RSS稳态阈值，k是正整数。 

所述的网络的RSS判定度量，具体是： 

H_Y＝w₁λ_Y稳-w₂σ_Y稳， 

其中：H_Y是第Y个次轮备选网络的RSS判定度量，λ_Y稳是第Y个次轮备选网络的RSS稳态阈值，σ_Y稳是第Y个次轮备选网络的RSS稳态稳定度，w₁和w₂为比例权重，w₁+w₂＝1，且w₁，w₂∈(0，1)。 

步骤六，从次轮备选网络中选出RSS判定度量最大的网络，并将当前服务网络切换成该网络，切换完毕后，返回步骤二。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够随着网络环境RSS的变化，自适应地调整切换时机，并在各个网络RSS同时剧烈变化的情况下，有效地抑制乒乓效应。同时，对于需要迅速响应的有益切换，能有效减少切换响应时间。此外，本发明复杂度低，适合于低能耗移动设备的应用。 

附图说明

图1是实施例网络切换前两个网络的RSS波动示意图； 

其中：(a)是网络切换前A网络的RSS波动示意图；(b)是网络切换前B网络的RSS波动示意图。 

图2是实施例中两个网络切换时的RSS波动示意图； 

其中：(a)是网络切换时A网络的RSS波动示意图；(b)是网络切换时B网络的RSS波动示意图。 

图3是实施例方法与现有技术方法平均切换次数性能对比图。 

具体实施方式

下面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具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 

实施例 

本实施例中共有两种网路，即：A网络和B网络，当前服务网络为A网络，两种网络RSS均归一化到0～100之间，连续记录A、B网络同时段内1500次RSS采样值，得到如1所示的网络RSS波动示意图，其中：图1(a)是A网络的RSS波动示意图；图1(b)是B网络的RSS波动示意图。 

本实施例包括如下步骤： 

步骤一：分别为A网络和B网络设置RSS稳态阈值和RSS稳态稳定度，具体为： 

A网络的RSS稳态阈值λ_A稳为A网络前100次RSS瞬时值的期望值，即： 

其中：λ_Ai是A网络前第i次RSS瞬时值。 

B网络的RSS稳态阈值λ_B稳为B网络前100次RSS瞬时值的期望值，即： 

其中：λ_Bi是B网络前第i次RSS瞬时值的期望值。 

A网络的RSS稳态稳定度σ_A稳为A网络前100次RSS瞬时值的标准方差值，即： 

B网络的RSS稳态稳定度σ_B稳为B网络前100次RSS瞬时值的标准方差值，即： 

步骤二：当前服务网络为A，其RSS瞬时值为λ_Ai，其中i∈[101，1500]，当λ_Ai满足(公式一)时，满足切换报警条件，并按照(公式二)设置判定步长时间N；否则，继续监控网络A的RSS瞬时值λ_Ai是否满足(公式一)，其中： 

λ_Ai＜kλ_A稳    (公式一) 

其中：本实施例中取k＝0.8。 

(公式二) 

其中：本实施例中取k₁＝1，k₂＝2。 

步骤三：在判定步长时间N内，分别为A、B网络设置RSS暂态稳定度，具体为： 

A网络的RSS暂态稳定度σ_A暂为A网络[i+1，i+N]次RSS采样的标准方差，即： 

B网络的RSS暂态稳定度σ_B暂为B网络[i+1，i+N]次RSS采样的标准方差，即： 

步骤四：当B网络的RSS暂态稳定度满足首轮备选网络条件(见公式三)时，将B网络作为首轮备选网络，用σ_B暂更新σ_B暂，并按照(公式四)设置B网络的RSS暂态阈值，其中： 

σ_B暂＜k′σ_A暂    (公式三) 

(公式四) 

本实施例中k′＝0.7。 

当B网络的RSS暂态稳定度不满足首轮备选网络条件时，返回步骤二。 

步骤五：当网络B的RSS稳态阈值满足次轮备选网络条件(见公式五)时，将网络B进一步作为次轮备选网络，用λ_B暂更新λ_B稳，并按照(公式六)设置B网络的RSS判定度量，其中： 

λ_B暂≥kλ_B稳           (公式五) 

H_B＝w₁λ_B稳-w₂σ_B稳     (公式六) 

本实施例中k＝0.8，w₁＝0.7，w₂＝0.3。 

当B网络不满足次轮备选网络条件时，返回步骤二。 

步骤六：由于只有B网络一个次轮备选网络，所以B网络是判定度量最大的网络，将当前服务网络切换成B网络，切换完毕后，返回步骤二。 

本实施例两个网络切换时的A网络的RSS波动示意图如图2(a)所示，B网络的RSS波动示意图如图2(b)所示，其中的切换执行点用竖直线标记，实线表示切换目标网络为该标记网络，虚线表示切换离开网络为该标记网络。从图2中可以看出，在A、B网络同时剧烈波动的情况下，仅仅发生了两次有效的垂直切换，避免了乒乓效应；在波动曲线的末端，当A网络变差后，有益的切换也能立即触发，切换至B网络，不会对有益切换造成延迟。 

图3是实施例方法与现有技术方法平均切换次数性能对比图，图中：横坐标表示RSS相对稳定度，是RSS稳定度与RSS阈值的比值取百分比，代表了RSS波动的剧烈程度；纵坐标是对RSS进行1500次采样时间周期内，平均切换次数。从图3中可以看出，现有技术方法在RSS剧烈变化时，平均切换次数单调递增，且增幅较大。本实施例方法在RSS抖动不断增加时，平均切换次数先增后减，当RSS剧烈变动后，平均切换次数保持在一个较低的水平，从而有效地减少不必要的切换，抑制了乒乓效应。 

Claims (1)

1.一种基于网络接收信号强度稳定度的自适应垂直切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：分别为异构网络设置各自的RSS稳态阈值和RSS稳态稳定度；

步骤一中所述的RSS稳态阈值是网络过去n次RSS瞬时值的期望值；

步骤一中所述的RSS稳态稳定度，具体是指网络过去n次RSS瞬时值与稳态阈值之差的平方和的算术平方根；

步骤二，提取当前服务网络的RSS瞬时值λ_S瞬，当λ_S瞬满足切换报警条件时,设置判定步长时间为N秒；

否则，继续监控当前网络的RSS瞬时值；

步骤二中所述的切换报警条件，具体是：

λ_S瞬＜kλ_S稳，

其中：λ_S瞬是当前服务网络的RSS瞬时值，λ_S稳是当前服务网络的RSS稳定阈值，k＝0.8；

步骤二中所述的判定步长时间，具体是：

其中，λ_S瞬表示当前服务网络RSS瞬时值，λ_S稳表示当前服务网络RSS稳态阈值，σ_S稳表示当前服务网络RSS稳态稳定度，k₁，k₂为比例系数，k₁=1，k₂=2，方括号表示取不小于计算结果的整数；

步骤三，在判定步长时间N秒内，分别为每个网络设置RSS暂态稳定度；

步骤三中所述的RSS暂态稳定度，是指过去N次RSS瞬时值与过去N次RSS瞬时值的平均值之差的平方和的算术平方根，其中N为步骤二中设置的判定步长时间；

步骤四，当网络的RSS暂态稳定度满足首轮备选网络条件时，将该网络纳入首轮备选网络，用RSS暂态稳定度更新RSS稳态稳定度，并设置该网络的RSS暂态阈值；

否则，淘汰该网络；

当没有任何网络满足首轮备选网络条件，则返回步骤二；

步骤四中所述的首轮被选网络条件，具体是：

σ_X暂＜k′σ_S暂，

其中：σ_X暂是第X个首轮备选网络的RSS暂态稳定度，σ_S暂是当前服务网络的RSS暂态稳定度，k′＝0.7；

所述的网络的RSS暂态阈值是该网络过去N秒内RSS瞬时值的期望值，其中N为步骤二中设置的判定步长时间；

步骤五：当首轮备选网络的RSS暂态阈值满足次轮备选网络条件时，将该网络进一步作为次轮备选网络，用RSS暂态阈值更新RSS稳态阈值，并设置该网络的RSS判定度量；

否则，淘汰该网络；

当没有任何网络满足次轮备选网络条件时，则返回步骤二；

步骤五中所述的次轮被选网络条件，具体是：

λ_Y暂≥kλ_Y稳，

其中：λ_Y暂是第Y个次轮备选网络的RSS暂态阈值，λ_Y稳是第Y个次轮备选网络的RSS稳态阈值，k＝0.8；

步骤五中所述的网络的RSS判定度量，具体是：

H_Y＝w₁λ_Y稳-w₂σ_Y稳，

其中：H_Y是第Y个次轮备选网络的RSS判定度量，λ_Y稳是第Y个次轮备选网络的RSS稳态阈值，σ_Y稳是第Y个次轮备选网络的RSS稳态稳定度，w₁和w₂为比例权重，w₁+w₂＝1，且w₁，w₂∈(0，1)；

步骤六，从次轮备选网络中选出RSS判定度量最大的网络，并将当前服务网络切换成该网络，切换完毕后，返回步骤二。

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