CN102186219A - 一种异种网络间优先级信道分配与抢占的上行垂直切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异种网络间优先级信道分配与抢占的上行垂直切换方法，所述异种网络间是指蜂窝移动网与无线局域网间。该方法充分考虑上行垂直切换（UVH）的强制切换特征和语音业务对实时性的要求，通过对单蜂窝覆盖区内有蜂窝移动信道占用和抢占要求的UVH呼叫和新增蜂窝呼叫的优先级定义，提出以优先级为基础的蜂窝移动信道分配与抢占的上行垂直切换方法。本发明方法具有在保持系统高蜂窝移动信道利用率和较低新增蜂窝呼叫阻塞率性能的同时，进一步改善具有强制切换特征的UVH呼叫丢失率性能的有益效果，从而有效地保证蜂窝移动网与无线局域网（WLAN）互通系统业务有较高的通信服务质量。

Description

一种异种网络间优先级信道分配与抢占的上行垂直切换方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体地说是一种异种网络间优先级信道分配与抢占的上行垂直切换方法。

背景技术

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。蜂窝移动网和无线局域网（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。相同接入技术网络（如WLANs之间）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）。对于蜂窝移动网络与WLAN互通系统而言，DVH是指从蜂窝移动网到WLAN的垂直切换，而UVH是指从WLAN到蜂窝移动网的垂直切换。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。对垂直切换呼叫的处理方式将直接影响到提供给移动用户业务的服务质量（QoS）及互通系统的性能。Bejaoui， T.和 Nasser，N. 2008年在“IEEE AICCSA 08” 国际会议上发表的论文“Handover and class-based call admission control policy for 4G-heterogeneous mobile networks”中将UVH切换称为“强制切换”，而DVH切换称为“非强制切换”，并指出强制切换的优先级应高于非强制切换。其理由是：移动用户从蜂窝移动网进入WLAN区域时如不执行DVH切换，其仍能通过保持与蜂窝移动网的连接而使通信不中断，但对于从WLAN到蜂窝移动网的UVH切换过程，情况则完全不同。此时，移动用户离开了WLAN覆盖区域，进入只有蜂窝移动网络单一覆盖的区域，如UVH切换不能及时进行，用户的通信过程将被迫中断。

异种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，出现了许多针对异种无线网络垂直切换的切换方法，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法（简称：PMV方法），其核心思想是：如果蜂窝移动网络中的有效移动信道全部被占用，只处于单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双重覆盖区域内有可抢占的蜂窝移动信道存在，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 进行下行垂直切换。PMV方法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，在对于只处于单蜂窝覆盖范围的新增呼叫和执行UVH过程切换到单蜂窝覆盖区的切换呼叫如何进行蜂窝移动信道抢占的设计中，PMV方法并没有考虑UVH切换的强制切换性，而是赋予UVH切换呼叫与新增蜂窝呼叫同等的竞争和抢占蜂窝移动信道的权利，其结果使UVH切换呼叫的呼叫丢失率性能不能得到进一步改善。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种异种网络间优先级信道分配与抢占的上行垂直切换方法，该方法具有在保持系统高蜂窝移动信道利用率和较低新增蜂窝呼叫阻塞率性能的同时，进一步改善具有强制切换特征的上行垂直切换呼叫丢失率性能的有益效果。

本发明的互通系统中有三类蜂窝移动信道：空闲蜂窝移动信道，可抢占蜂窝移动信道和非抢占蜂窝移动信道。其中，可抢占蜂窝移动信道是指处于双重覆盖区域的呼叫所占用的蜂窝移动信道；非抢占蜂窝移动信道是指处于单蜂窝覆盖区的呼叫所占用的蜂窝移动信道。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种异种网络间优先级信道分配与抢占的上行垂直切换方法，所述异种网络间是指蜂窝移动网与无线局域网间，该方法包括：

a）定义优先级

对于单蜂窝覆盖区内有蜂窝移动信道占用和抢占要求的上行垂直切换呼叫和新增蜂窝呼叫而言，由于上行垂直切换具有强制特征，故上行垂直切换呼叫占用和抢占蜂窝移动信道的优先级应高于新增蜂窝呼叫；同时考虑到语音业务对实时性的要求，上行垂直切换语音呼叫的优先级应高于上行垂直切换宽带数据呼叫；因此定义上行垂直切换语音呼叫优先级最高，上行垂直切换宽带数据呼叫优先级次之，新增蜂窝呼叫优先级最低；

b）单蜂窝覆盖区内优先级蜂窝移动信道分配

异种网络间，蜂窝小区信道总容量为B个基本带宽单位，                                                

、

和分别为上行垂直切换语音呼叫、上行垂直切换宽带数据呼叫和新增蜂窝呼叫各自允许占用蜂窝移动信道的信道门限值；若蜂窝小区当前已占用信道数低于

个基本带宽单位，上行垂直切换语音呼叫直接完成上行垂直切换，占用蜂窝移动信道；若蜂窝小区当前已占用信道数低于个基本带宽单位，上行垂直切换宽带数据呼叫直接完成上行垂直切换，占用蜂窝移动信道；若蜂窝小区当前已占用信道数低于个基本带宽单位，新增蜂窝呼叫占用蜂窝移动信道；信道门限值

、

和

间满足关系式：B ≥

 ＞ ＞

；

c）单蜂窝覆盖区内优先级蜂窝移动信道抢占

异种网络间，若不存在空闲蜂窝移动信道的情况下，单蜂窝覆盖区内有抢占要求的呼叫按优先级次序抢占双重覆盖区内已占用的可抢占蜂窝移动信道；若有多个呼叫同时要求抢占可抢占的蜂窝移动信道，上行垂直切换语音呼叫抢占权限最高，上行垂直切换宽带数据呼叫抢占权限次之，新增蜂窝呼叫抢占权限最低。

在蜂窝移动网络和无线局域网络互通系统中，进入双重覆盖区域的在线语音呼叫不主动执行DVH下行垂直切换过程，除非单蜂窝覆盖区内有其它呼叫对其提出抢占申请。而进入双重覆盖区域的在线宽带数据呼叫则应尽可能的执行DVH过程，即只要有空闲的WLAN无线信道存在，该类呼叫就放弃蜂窝移动信道，转而占用WLAN无线信道。但是，如果此时无WLAN空闲无线信道，在没有蜂窝移动信道抢占发生的情形下允许进入双重覆盖区域的在线宽带数据呼叫暂时仍继续占用蜂窝移动信道，以免增加不必要的呼叫丢失和通信中断。

本发明在执行上行垂直切换中对进一步改善具有强制切换特征的上行垂直切换（UVH）呼叫丢失率性能有明显优势。

附图说明

图1为蜂窝移动网和无线局域网互通系统结构图,图中：1-单蜂窝覆盖区；2-垂直切换；3-双重覆盖区；

图2为上行垂直切换语音呼叫丢失率与蜂窝语音负荷的关系曲线仿真图，横坐标为蜂窝语音呼叫到达率；纵坐标为UVH语音呼叫丢失率；曲线B为本发明、A为PMV；

图3为上行垂直切换宽带数据呼叫丢失率与蜂窝语音负荷的关系曲线仿真图，横坐标为蜂窝语音呼叫到达率；纵坐标为UVH宽带数据呼叫丢失率；曲线B为本发明、A为PMV；

图4为新增蜂窝语音呼叫阻塞率与蜂窝语音负荷的关系曲线仿真图，横坐标为蜂窝语音呼叫到达率；纵坐标为新增蜂窝语音呼叫阻塞率；曲线B为本发明、A为PMV；

图5为蜂窝移动信道利用率与蜂窝语音负荷的关系曲线仿真图，横坐标为蜂窝语音呼叫到达率；纵坐标为蜂窝移动信道利用率；曲线B为本发明、A为PMV。

具体实施方式

下面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示出了蜂窝移动网/WLAN互通系统结构，该结构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。实施例仿真中各蜂窝小区信道容量B为20BBUs（基本带宽单位），各WLAN覆盖区信道容量为54 BBUs。用于优先级蜂窝移动信道分配的信道门限

、

和 

分别为20BBUs、19BBUs 和 18 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，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0.04call/s），本发明中涉及的呼叫阻塞率和丢失率性能主要受λc变化影响。各呼叫的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。

图2和图3分别示出了UVH语音和宽带数据呼叫丢失率与蜂窝语音负荷的关系曲线仿真图。由仿真结果可知：与PMV方法相比，随着蜂窝语音负荷的增加，本发明提出的优先级蜂窝移动信道分配与抢占的上行垂直切换方法使系统UVH语音和宽带数据呼叫丢失率明显下降。这是由于通过本发明方法的优先级蜂窝移动信道分配和抢占的设计，使UVH语音和宽带数据呼叫竞争蜂窝移动信道的能力增强了。由图2可知：当蜂窝小区新增语音呼叫的平均到达率λc为0.07call/s时，本发明方法和PMV方法的UVH语音呼叫丢失率分别为8.0E-3和2.7E-2，本发明方法相对于PMV方法的改善度为70.37%。同样，观察图3可知：当蜂窝小区新增语音呼叫的平均到达率λc达到0.08call/s时，本发明方法和PMV方法的UVH宽带数据呼叫丢失率分别为2.7E-2和4.0E-2，此时本发明方法相对于PMV方法的改善度为32.50%。

图4示出了新增蜂窝语音呼叫阻塞率与蜂窝语音负荷的关系曲线仿真图。由图4仿真结果可以看出：当蜂窝移动网络负荷处于相对轻载时，本发明提出的优先级蜂窝移动信道分配与抢占的上行垂直切换方法并不会使系统新增蜂窝呼叫阻塞率性能有太大的下降。但当蜂窝移动网络负荷较重时，新增蜂窝呼叫阻塞率有较明显的上升。因此，本发明方法中UVH呼叫丢失率的下降是以牺牲系统新增蜂窝呼叫阻塞率性能为代价的。但考虑到UVH呼叫丢失率性能在蜂窝移动网/WLAN互通系统中的重要性，这种牺牲是值得的。

图5示出了蜂窝移动信道利用率与蜂窝语音负荷的关系曲线仿真图。由图5仿真结果可知：本发明提出的方法与PMV方法相比在蜂窝移动信道利用率性能方面基本相近。

因此，通过附图与实施例分析证明：本发明提出的优先级蜂窝移动信道分配与抢占的上行垂直切换方法，在保持系统高蜂窝移动信道利用率和较低新增蜂窝呼叫阻塞率性能的同时，进一步改善了具有强制切换特征的UVH呼叫丢失率性能的有益效果。

Claims (1)

1.一种异种网络间优先级信道分配与抢占的上行垂直切换方法，所述异种网络间是指蜂窝移动网与无线局域网间，其特征在于该方法包括：

a）定义优先级

对于单蜂窝覆盖区内有蜂窝移动信道占用和抢占要求的上行垂直切换呼叫和新增蜂窝呼叫，根据上行垂直切换所具有的强制特征和语音业务对实时性的要求，定义：上行垂直切换语音呼叫优先级最高，上行垂直切换宽带数据呼叫优先级次之，新增蜂窝呼叫优先级最低；

b）单蜂窝覆盖区内优先级蜂窝移动信道分配

异种网络间，蜂窝小区信道总容量为B个基本带宽单位，                                                

、

和

分别为上行垂直切换语音呼叫、上行垂直切换宽带数据呼叫和新增蜂窝呼叫各自允许占用蜂窝移动信道的信道门限值；若蜂窝小区当前已占用信道数低于

个基本带宽单位，上行垂直切换语音呼叫直接完成上行垂直切换，占用蜂窝移动信道；若蜂窝小区当前已占用信道数低于

个基本带宽单位，上行垂直切换宽带数据呼叫直接完成上行垂直切换，占用蜂窝移动信道；若蜂窝小区当前已占用信道数低于个基本带宽单位，新增蜂窝呼叫占用蜂窝移动信道；信道门限值

、

和

间满足关系式：B ≥ 

 ＞ 

 ＞ 

；

c）单蜂窝覆盖区内优先级蜂窝移动信道抢占

异种网络间，若不存在空闲蜂窝移动信道的情况下，单蜂窝覆盖区内有抢占要求的呼叫按优先级次序抢占双重覆盖区内已占用的可抢占蜂窝移动信道；若有多个呼叫同时要求抢占可抢占的蜂窝移动信道，上行垂直切换语音呼叫抢占权限最高，上行垂直切换宽带数据呼叫抢占权限次之，新增蜂窝呼叫抢占权限最低。

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