CN102118763A - 一种基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，在蜂窝移动网和无线局域网互通系统中，当业务处于轻载状态下，设定时间门限值并根据时间门限值对蜂窝移动网和无线局域网双重覆盖区域的在线蜂窝语音呼叫进行优先级定义，当单蜂窝覆盖区内呼叫要求抢占信道时，根据优先级判断双重覆盖区的在线蜂窝语音呼叫是否实施垂直切换。本发明在保持系统高信道利用率、低呼叫丢失率和阻塞率性能的同时，能避免双重覆盖区内优先级蜂窝语音呼叫因下行垂直切换而引起分组传输时延增加、分组丢失甚至呼叫掉话，有效提高蜂窝语音业务的通信质量。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法。
技术背景
当前，随着人们对移动接入业务需求的不断增长，下一代无线通信技术正朝着实现异种无线网络互通的方向发展。蜂窝移动网络和无线局域网络（WLAN）是现代无线通信中两大主要的无线通信网络。蜂窝移动网络的特点是大覆盖和低带宽，与此相反，WLAN 则具有小覆盖和高带宽的特征。而蜂窝移动网络与WLAN的互通，则能使两者的优势互补，增强所提供业务的服务质量（QoS）。
网络间交换连接的过程称为切换。相同接入技术的网络如WLAN之间的切换称为水平切换，而不同接入技术网络如蜂窝移动网与WLAN间的切换称为垂直切换。垂直切换可进一步分成下行垂直切换（DVH）和上行垂直切换（UVH）。DVH是移动用户从低带宽大覆盖向高带宽有限覆盖网络的切换过程，而UVH 则是移动用户从高带宽有限覆盖向低带宽大覆盖网络的切换过程。对于蜂窝移动网络与WLAN互通的系统而言，DVH是指从蜂窝移动网络到WLAN的垂直切换，而UVH是指从WLAN到蜂窝移动网络的垂直切换。不同接入技术网络间的垂直切换是下一代移动网络实现无缝移动性所面临的重要挑战。近年来，出现了许多针对不同接入技术的无线网络垂直切换方法，但这些方法极少涉及信道抢占的垂直切换。 T. –L. Sheu等人2010年在 “Wireless Networks”期刊发表的论文“A channel preemption model for vertical handoff in a WLAN-embedded cellular network”中提出了一种适用于蜂窝移动网络与WLAN互通的信道抢占垂直切换方案（简称：PMV方案），其核心思想是：如果蜂窝移动网络中的有效信道全部被占用，只处于单一蜂窝移动网络覆盖范围的新增呼叫或执行了UVH过程切换到单一蜂窝移动网络覆盖区的切换呼叫发现蜂窝移动网络与WLAN双重覆盖区域内有蜂窝信道存在，可对该类信道进行抢占。被抢占的在线蜂窝呼叫被迫执行DVH过程，由蜂窝移动网络向WLAN 进行垂直切换。PMV方案有效地减少了蜂窝移动网络内新增呼叫阻塞率和UVH切换呼叫丢失率。然而，在线呼叫的垂直切换会引起分组传输时延增加、分组丢失甚至呼叫掉话，从而导致业务通信的QoS下降。 I. Canadan等人在ISCN'2006上发表的论文“A Time-Threshold Based Multi-Guard Bandwidth Allocation Scheme for Cellular Networks”中指出：对于一个在线的蜂窝语音呼叫，如果通话持续时间很短就出现掉话，用户将非常愤怒，而当通话持续一定时间后出现掉话，用户的不满情绪就不会那么强烈。由此，I. Canadan等人在上述论文中提出了一种适用于蜂窝网络间的基于时间门限的水平切换方案。在该方案中将通话持续时间小于一定门限值的语音呼叫定义为优先级呼叫，而通话持续时间不小于该门限值的语音呼叫定义为非优先级呼叫。其目的是要改善优先级语音呼叫通信质量。然而，PMV方案将导致许多处于双重覆盖区域内通话持续时间很短的蜂窝语音呼叫因信道被抢占而被迫执行DVH过程，并由此可能引起分组传输时延增加、分组丢失甚至呼叫掉话。
本发明克服现有技术的以上缺陷，提供一种基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，具有在保持系统高信道利用率、低呼叫丢失率和阻塞率性能的同时，改善蜂窝语音业务通信质量的有益效果。
发明内容
本发明提供一种基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，将时间门限思想应用到蜂窝移动网与无线局域网的异种网络互通系统中，当蜂窝移动网络负荷处于相对轻载时，在保持系统高信道利用率、低呼叫丢失率和阻塞率性能的同时，能避免双重覆盖区内通话持续时间很短的蜂窝语音呼叫因信道被抢占而被迫执行DVH过程，进一步提高蜂窝语音业务的通信质量。
本发明提出一种基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法：在蜂窝移动网和无线局域网互通系统中，当业务处于轻载状态下，设定时间门限值并根据所述时间门限值对蜂窝移动网和无线局域网双重覆盖区域的在线蜂窝语音呼叫进行优先级定义；当单蜂窝覆盖区内呼叫要求抢占信道时，根据优先级判断双重覆盖区的在线蜂窝语音呼叫是否实施垂直切换。其中，所谓单蜂窝覆盖区是指该区域内只有蜂窝移动网络覆盖，而没有无线局域网覆盖的区域。
本发明提出的基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法在蜂窝语音业务处于轻载条件下有明显优势。其中，业务处于轻载状态是指在蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统中新增蜂窝语音呼叫的阻塞率不大于10-3数量级，且由无线局域网络向蜂窝移动网络执行上行垂直切换的呼叫丢失率不大于10-3数量级。时间门限值是大于蜂窝移动语音用户所能接受的最小通话持续时间，为120~150秒范围。
优先级定义是指：将通话持续时间小于时间门限值的双重覆盖区域内在线蜂窝语音呼叫定义为优先级蜂窝语音呼叫；将通话持续时间大于或等于时间门限值的双重覆盖区域内在线蜂窝语音呼叫定义为非优先级蜂窝语音呼叫。
在蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统中，当单蜂窝覆盖区内呼叫要求抢占信道时，根据优先级判断双重覆盖区内在线蜂窝语音呼叫是否实施垂直切换。具体而言，当不存在空闲蜂窝语音信道的情况下，单蜂窝覆盖区内有抢占要求的呼叫根据所述双重覆盖区内在线蜂窝语音呼叫的优先级判断是否抢占所述在线蜂窝语音呼叫占用的蜂窝语音信道。当蜂窝语音信道正被优先级蜂窝语音呼叫所占用时，禁止单蜂窝覆盖区内有抢占要求的呼叫对该信道实施抢占，垂直切换将不发生；而当蜂窝语音信道正被非优先级蜂窝语音呼叫所占用时，则允许单蜂窝覆盖区内有抢占要求的呼叫抢占该信道，被抢占后的非优先级蜂窝语音呼叫将执行由蜂窝移动网络向无线局域网络的下行垂直切换。
本发明提出的基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法在蜂窝语音业务处于轻载条件下有明显优势。
附图说明
图1为蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统的结构示意图；
图2为蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统的优先级蜂窝语音呼叫被抢占率与蜂窝语音呼叫到达率的关系曲线仿真图；
图3为蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统新增蜂窝语音呼叫阻塞率与蜂窝语音呼叫到达率的关系曲线仿真图；
图4为蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统执行UVH过程的呼叫丢失率与蜂窝语音呼叫到达率的关系曲线仿真图；
图5为蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统的信道利用率与蜂窝语音呼叫到达率的关系曲线仿真图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步详细阐述本发明。以下实施例并不是对本发明的限制。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。
图1为蜂窝移动网和WLAN互通系统的结构示意图，该互通系统为蜂窝移动终端提供语音业务，为WLAN覆盖区内的宽带数据终端，如笔记本电脑等，提供宽带数据业务。
由于垂直切换是本发明关注的重点，因此本实施例的仿真将不涉及水平切换，其仿真结果不会对本发明研究结果产生影响。
本实施例中仿真的蜂窝移动网和WLAN互通系统各蜂窝小区信道容量为30BBUs，BBU为基本带宽单位，各WLAN覆盖区信道容量为54 BBUs。为满足业务QoS要求，单个语音呼叫需占用一个基本带宽单位的信道，而单个宽带数据呼叫需占用两个基本带宽单位的信道。蜂窝小区内产生新增语音呼叫的过程服从均值为λc的Poisson过程，λc在仿真过程中是随业务量的变化而变化的，本发明中的各呼叫阻塞率和丢失率性能主要受λc影响。而WLAN覆盖区内产生新增宽带数据呼叫的过程服从均值为λw的Poisson过程，这里λw取0.6呼叫/秒。由于本发明关注的是采用本发明提出的切换方法后λc变化对系统性能的影响。而λc和λw不能同时改变，故固定λw。蜂窝移动终端和宽带数据终端的各呼叫通信持续时间服从均值为6分钟的负指数分布。在线呼叫用户在单个蜂窝小区和单个WLAN覆盖区内的逗留时间分别服从均值为2分钟和4分钟的负指数分布。
本实施例中所设定的时间门限值为120秒，大于蜂窝移动语音用户所能接受的最小通话持续时间。通常，时间门限值可以是120~150秒。
根据时间门限值120秒对蜂窝移动网和无线局域网双重覆盖区域的在线蜂窝语音呼叫进行优先级定义：将通话持续时间小于120秒的双重覆盖区域内在线蜂窝语音呼叫定义为优先级蜂窝语音呼叫；将通话持续时间大于或等于120秒的双重覆盖区域内在线蜂窝语音呼叫定义为非优先级蜂窝语音呼叫。
本发明的互通系统中有三类蜂窝语音信道：空闲蜂窝语音信道，可抢占蜂窝语音信道和非抢占蜂窝语音信道。其中，可抢占蜂窝语音信道是指处于双重覆盖区域的非优先级蜂窝语音呼叫所占用的蜂窝移动信道。非抢占蜂窝语音信道是指处于双重覆盖区域的优先级蜂窝语音呼叫和处于单蜂窝移动覆盖区蜂窝语音呼叫所占用的蜂窝移动信道。
在蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统中，进入蜂窝移动网络与无线局域网络双重覆盖区域的蜂窝语音呼叫不主动执行DVH过程。当系统无空闲蜂窝语音信道的情况下，单蜂窝覆盖区内有抢占要求的呼叫根据双重覆盖区内在线蜂窝语音呼叫的优先级判断是否抢占在线蜂窝语音呼叫所占用的蜂窝语音信道。
当蜂窝语音信道正被优先级蜂窝语音呼叫所占用时，则禁止有抢占要求的呼叫抢占蜂窝语音信道，从而保证优先级蜂窝语音呼叫不发生下行垂直切换；当蜂窝语音信道正被非优先级蜂窝语音呼叫所占用时，允许有抢占要求的呼叫抢占蜂窝语音信道，被抢占后的非优先级蜂窝语音呼叫将执行由蜂窝移动网向无线局域网的下行垂直切换。由于针对处于双重覆盖区域的优先级蜂窝语音呼叫的抢占被禁止，因此通话持续时间很短的蜂窝语音呼叫将不会发生下行垂直切换。
图2为优先级蜂窝语音呼叫被抢占率与蜂窝语音呼叫到达率的关系曲线仿真图。由图2仿真结果可知：当蜂窝语音负荷处于相对轻载时，PMV方案的优先级蜂窝语音呼叫被抢占率达到16%～21%，即近乎五分之一的通话持续时间很短的蜂窝语音呼叫被迫执行DVH过程，从而导致语音通信的QoS下降。而本发明提出的抢占垂直切换方法的优先级蜂窝语音呼叫被抢占率为0，有效地增强了蜂窝语音业务的QoS。
图3为蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统的新增蜂窝语音呼叫阻塞率与蜂窝语音呼叫到达率的关系曲线仿真图；如图3所示，在不同蜂窝语音呼叫到达率下，本发明提出的抢占垂直切换方法和PMV方案的新增蜂窝语音呼叫阻塞率皆为0。
图4为蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统执行UVH过程的呼叫丢失率与蜂窝语音呼叫到达率的关系曲线仿真图；如图4所示，在不同蜂窝语音呼叫到达率下，本发明提出的抢占垂直切换方法和PMV方案的执行UVH过程的呼叫丢失率皆为0。
由图3和图4的仿真结果可以看出：本实施例中的互通系统，其新增蜂窝语音呼叫的阻塞率为0，由无线局域网络覆盖区执行UVH过程进入单蜂窝移动覆盖区的呼叫丢失率为0，均不大于10-3数量级，因此该互通系统确实处于轻载状态，符合本发明基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法的应用前提。同时比较图中本发明和PMV两仿真曲线可知，在蜂窝语音负荷处于相对轻载时，本发明提出的抢占垂直切换方法并不会使系统新增蜂窝语音呼叫阻塞率和执行UVH过程的呼叫丢失率性能下降。
图5为蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统的信道利用率与蜂窝语音呼叫到达率的关系曲线仿真图。由图5仿真结果可知：本发明提出的抢占垂直切换方法与PMV方案在系统的信道利用率性能方面基本相近。本发明提出的抢占垂直切换方法在蜂窝小区信道利用率方面比PMV方案略高，而在WLAN信道利用率方面则比PMV方案略低。
通过附图与实施例分析证明：本发明提出的基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，当蜂窝移动网络负荷处于相对轻载时，在保持系统高信道利用率、低呼叫丢失率和阻塞率性能的同时，能有效避免双重覆盖区内通话持续时间很短的蜂窝语音呼叫因信道被抢占而被迫执行DVH过程，进一步提高蜂窝语音业务的通信质量。
综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应属于本发明的技术范畴。
Claims (7)
1.一种基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，其特征在于，在蜂窝移动网和无线局域网互通系统中，当业务处于轻载状态下，设定时间门限值并根据所述时间门限值对蜂窝移动网和无线局域网双重覆盖区域的在线蜂窝语音呼叫进行优先级定义；当单蜂窝覆盖区内呼叫要求抢占信道时，根据优先级判断所述双重覆盖区的在线蜂窝语音呼叫是否实施垂直切换。
2.如权利要求1所述的基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，其特征在于，所述时间门限值是大于蜂窝移动语音用户所能接受的最小通话持续时间，为120~150秒。
3.如权利要求1所述的基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，其特征在于，所述优先级定义是指：将通话持续时间小于时间门限值的所述双重覆盖区域的在线蜂窝语音呼叫定义为优先级蜂窝语音呼叫；将通话持续时间大于或等于时间门限值的所述双重覆盖区域的在线蜂窝语音呼叫定义为非优先级蜂窝语音呼叫。
4.如权利要求1所述的基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，其特征在于，所述当单蜂窝覆盖区内呼叫要求抢占信道时，根据优先级判断所述双重覆盖区的在线蜂窝语音呼叫是否实施垂直切换是指：在所述蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统中，当不存在空闲蜂窝语音信道的情况下，单蜂窝覆盖区内有抢占要求的呼叫根据所述双重覆盖区在线蜂窝语音呼叫的优先级判断是否对其蜂窝语音信道进行抢占以迫使其执行下行垂直切换。
5.如权利要求4所述的基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法 ，其特征在于，当蜂窝语音信道正被优先级蜂窝语音呼叫所占用时，禁止单蜂窝覆盖区内有抢占要求的呼叫对所述蜂窝语音信道实施抢占，垂直切换将不发生。
6.如权利要求4所述的基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，其特征在于，当蜂窝语音信道正被非优先级蜂窝语音呼叫所占用时，允许单蜂窝覆盖区内有抢占要求的呼叫抢占所述蜂窝语音信道，被抢占后的非优先级蜂窝语音呼叫将执行由蜂窝移动网络向无线局域网络的下行垂直切换。
7.如权利要求1所述的基于时间门限的蜂窝语音信道抢占垂直切换方法，其特征在于，所述业务处于轻载状态是指在蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统中新增蜂窝语音呼叫的阻塞率不大于10-3数量级，且由无线局域网络向蜂窝移动网络的上行垂直切换的呼叫丢失率不大于10-3数量级。
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