CN102711184A - 异构无线网络的分流系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异构无线网络的分流系统，包括：移动终端侧的分流客户端和互联网侧的分流服务器；分流客户端搜集移动终端的网络和用户的状态信息，将这些信息汇报给分流服务器；分流服务器集成大量移动终端的网络和用户状态信息，进行数据分析，对用户的分流提供分流控制信息；分流客户端根据分流服务器提供的分流控制信息，同时根据移动终端的网络和用户的当前状态进行分流，并根据网络和用户的状态变化，调整分流策略，从而完成异构无线网络的分流；缓解由于移动流量快速增长导致的蜂窝网络拥塞问题，将移动用户流量分流到WiFi网络中；针对现有技术建设成本高，灵活性差的缺点，提出灵活和轻量级的解决方案，利于快速部署和应用。
Description
技术领域
本发明涉及，尤其涉及的是一种异构无线网络的分流系统。
背景技术
近年来，随着移动终端的化和普及化，移动互联网取得了快速地发展。移动互联网以移动终端为载体，宽带移动网络为平台，为广大移动用户提供各种个性化的服务。移动互联网被认为是互联网经济发展的下一个热点。据预测，至2014年每个移动用户平均将产生7GB的移动流量，所有移动用户产生的总流量将是2009的39倍。按照这个发展趋势，移动运营商的无线蜂窝网络包括3G和LTE网络目前的发展规划，将无法满足移动用户流量增长的需求。同时，移动运营商也面临着运营成本按指数增加而收入按线性增加的矛盾，移动数据业务的收入的增加与建设及运营网络的成本不成正比。移动运营商亟需一种低成本而有效的网络解决方案。为了解决这一矛盾，最近国内各大移动运营商都在大量建设WiFi热点，例如，中国移动计划2012年底在全国建成100万个热点，中国电信和联通也有类似的计划。WiFi热点以其低廉的建设成本和为移动用户提供宽带无线接入而成为最有希望的解决方案之一。然而，WiFi热点的建设和运营也遇到了很多问题，例如，WiFi频率间干扰、利用效率低、不能很好地支持漫游、用户体验差等。从目前的WiFi的运营情况来看，大量的WiFi热点往往都是“热建冷用”，无线蜂窝网络的数据流量还不能有效地通过WiFi热点进行分流。因此，有必要对WiFi热点和无线蜂窝网络的融合和管理进行深入地研究。
国际标准化组织3GPP(第三代合作伙伴计划)已经制定了3G和WLAN融合的国际标准，包括紧耦合方案和松耦合方案。该技术的缺点是：该技术需要WiFi网络与现有的蜂窝网络进行集成和改造，建设成本高，周期长，复杂度高；该技术依赖现有蜂窝网络，扩展性和灵活性差；WiFi的数据流都通过无线蜂窝网的核心网络，而不是直接接入互联网(Internet)，不能有效地解决蜂窝网络拥塞的问题；该技术是网络侧的解决方案，没有考虑用户端的应用效果，不能根据用户不同要求的业务进行分流，例如如果将用户的电话等对时延和时延抖动要求高的实时业务分流到WiFi网络里，一方面分流的效果不明显，不能解决网络拥塞的问题，另一方面，可能由于WiFi网络的不稳定造成实时业务质量下降。同时，该技术不能根据移动用户的当前状态进行分流，容易造成用户体验差。
申请号为201010163109的中国专利，题目为”异构无线环境下多网协作传输的资源分配系统及方法”提出了一种异构无线环境下多网协作传输的资源分配系统及方法。该系统是将网络侧的一个业务流分流成多个子业务流，然后通过多个无线接入网发送到相应的识别设备终端，识别设备终端收到接收到子业务流后转发给接收终端，接收终端将多个子业务流合并成一个业务流。该技术的缺点是：系统复杂，在网络侧需要添加新的单元，即需要改造现有蜂窝网络，技术难度大；该技术只针对移动运营商提供的业务进行分流，而没有对移动用户普遍使用的互联网业务产生的流量提出解决方案，灵活性和扩展性差；该技术只解决了一个业务流的传送问题，对于多个业务流没有提出解决方案，灵活性和扩展性差；该技术也没有考虑移动用户的状态，容易造成用户体验差。
申请号为200810116383，题目为”一种生成业务分流策略的方法、装置及系统”提出了一种生成业务分流策略的方法。该技术的缺点是：系统复杂，在网络侧需要添加新的单元，即需要改造现有的蜂窝网络，技术难度大；该技术只针对移动运营商提供的业务进行分流，而没有对移动用户普遍使用的互联网业务提出解决方案，灵活性和扩展性差；该技术只提出了业务接入控制，对于网络和移动用户的动态特征，没有提出解决方案；该技术也没有考虑移动用户的状态，容易造成用户体验差。
申请号为200680045986，题目为”用户终端起始的从无线局域网到蜂窝网络的硬越区切换”提供一种用于支持从无线局域网(WLAN)到蜂窝电话网络的呼叫的多模式便携式用户终端(UT)硬越区切换程序的系统及方法。该技术的缺点是：该技术只针对电话呼叫类业务，而且只针对从WLAN到蜂窝网络的硬切换过程，对于蜂窝网络的拥塞问题没有涉及，所以无法解决网络拥塞的问题；该技术只针对移动运营商提供的业务进行分流，而没有对移动用户普遍使用的互联网业务提出解决方案，灵活性和扩展性差；该技术只提出了业务接入控制，对于网络和移动用户的动态特征，没有提出解决方案，容易造成用户体验差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种异构无线网络的分流系统。
本发明的技术方案如下：
异构无线网络的分流系统，包括：移动终端侧的分流客户端和互联网侧的分流服务器；分流客户端搜集移动终端的网络和用户的状态信息，将这些信息汇报给分流服务器：分流服务器集成大量移动终端的网络和用户状态信息，进行数据分析，对用户的分流提供分流控制信息；分流客户端根据分流服务器提供的分流控制信息，同时根据移动终端的网络和用户的当前状态进行分流，并根据网络和用户的状态变化，调整分流策略，从而完成异构无线网络的分流；支持异构无线网络的分流，包括蜂窝网络和WLAN之间，以及WLAN和WLAN之间的分流。
采用本发明的技术方案，缓解由于移动流量快速增长导致的蜂窝网络拥塞问题，将移动用户流量分流到WiFi网络中；针对现有技术建设成本高，灵活性差的缺点，提出灵活和轻量级的解决方案，利于快速部署和应用；现有技术只对传统移动运营商提供的服务提出分流方案，对普遍的互联网业务没有分流方案；现有技术没有考虑用户的动态特性，不能根据用户的状态进行分流，用户体验差。
附图说明
图1为本发明分流系统原理框图；
图2为本发明分流客户端原理框图；
图3为本发明分流服务器原理框图；
图4为本发明分流服务器接收请求的处理过程；
图5为本发明分流服务器对分流数据的处理过程；
图6为本发明客户端分流机制。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
图1所示为本发明的分流系统，该系统包括：移动终端侧的分流客户端和互联网侧的分流服务器；分流客户端搜集移动终端的网络和用户的状态信息，将这些信息汇报给分流服务器；分流服务器集成大量移动终端的网络和用户状态信息，进行数据分析，对用户的分流提供分流控制信息；分流客户端根据分流服务器提供的分流控制信息，同时根据移动终端的网络和用户的当前状态进行分流，并根据网络和用户的状态变化，调整分流策略，从而完成异构无线网络的分流。该系统支持异构无线网络的分流，包括蜂窝网络和WLAN之间，以及WLAN和WLAN之间的分流。
图2为分流客户端，包括以下部分：
用户状态搜集器，搜集用户状态信息，包括用户所处位置、用户移动速度和移动方向、用户使用移动应用的行为习惯等；用户状态搜集器将用户状态信息存储到分流客户端的分流数据库中；用户状态搜集器可以采用通用的机制对用户状态信息进行过滤，减少信息的冗余；用户状态搜集器可以通过一定的配置进行可控的用户状态信息搜集，例如，可以定义用户状态搜集器在何种情况下进行数据搜集以及搜集信息的周期和频率等；
终端系统状态搜集器，搜集移动终端的系统状态信息，包括终端的存储器资源、CPU资源、剩余电池量等；终端状态搜集器将终端状态信息存储到分流客户端的分流数据库中；终端状态搜集器可以采用通用的机制对状态信息进行过滤，减少信息的冗余；终端状态搜集器可以通过一定的配置进行可控的终端状态信息搜集，例如，可以定义终端状态搜集器在何种情况下进行数据搜集以及搜集信息的周期和频率等；
网络状态搜集器，搜集移动终端当前网络状态信息，包括蜂窝网络或WLAN网络无线接口信号强度、数据链路传输速度、数据包丢包率等；网络状态搜集器将网络状态信息存储到分流客户端的分流数据库中；网络状态搜集器可以采用通用的机制对网络状态信息进行过滤，减少信息的冗余；网络状态搜集器可以通过一定的配置进行可控的状态信息搜集，例如，可以定义网络状态搜集器在何种情况下进行数据搜集以及搜集信息的周期和频率；
分流信息发送/接收器，从分流客户端的分流数据库中提取各种信息包括用户状态信息、终端系统状态信息、网络状态信息以及用户的查询请求，并将这些信息发送到网络侧的分流服务器，同时，接收分流服务器提供的分流控制信息，控制信息中包括分流策略信息；分流信息接收器可以按照一定的机制进行可控的信息发送，例如可以定义在何种情况下发送数据以及发送数据的周期和频率；分流信息接收器接收分流服务器的分流控制信息，同时将这些信息存储到分流数据库中；
数据分析引擎，提取分流客户端的分流数据库中的数据，对用户状态信息、终端系统状态信息和网络状态信息进行分析，同时考虑由分流服务器提供的分流控制信息，为本地分流提供控制信息，将分析结果存储到分流客户端的分流数据库中；
分流策略配置器，接收分流服务器的分流策略信息，同时允许移动用户进行分流策略的配置，比如允许用户设置分流模式；
分流控制模块用于处理各种移动应用的数据，根据分流服务器提供的分流控制信息以及当前用户状态信息、终端系统状态信息和网络状态信息，对各种不同的移动应用数据进行分流和数据缓存；分流控制器可以对某一个或某一类移动应用进行分流；分流控制器可以根据网络状态信息选择分流的接口；如图6所示，分流控制模块查询当前应用及数据传输队列，判断是否有适合分流的应用；如果有，继续查询当前用户状态是否适合分流(例如用户没有在高速移动，即适合分流)；如果是，继续查询当前终端系统状态是否适合分流(例如终端的剩余电池量等，剩余电量不足即适合分流)；如果是，继续查询本地分流数据库或远端分流服务器，根据应用的业务质量请求等信息，查找最优的WLAN网络；如果找到适合分流的网络，客户端执行WiFi分流；客户端监视网络、终端、用户及应用的状态；如果状态发生变化并不再适合分流，则结束WiFi分流。
数据缓存器，用于缓存各种应用的数据，根据分流控制器的控制，进行数据缓存，从而支持分流，提供最佳的用户体验。例如用户从WLAN切换到蜂窝网络中，数据缓存器将保障用户的体验平滑过渡。
图3为分流服务器，包括以下部分：
分流信息发送/接收器，负责接收分流客户端发送的信息。包括用户状态信息、终端系统状态信息和网络状态信息以及用户查询请求，并将各种状态信息存储到分流数据库中，同时将分流服务器的分流控制信息发送给分流客户端；如图4所示流程图，分流信息发送/接收器模块接收到分流客户端发送的信息，判断信息类型；如果是状态信息，分类存储到分流数据库中；如果是查询请求，则根据用户的位置、使用的业务等信息寻找最优的WLAN，并将处理结果发送回分流客户端。
其中，寻找最优的WLAN网络可以采用不同的算法，例如：
Qreq：代表用户的QoS(业务质量请求)；
S＝(S1，S2，...，Sk)：代表用户周围可用的WLAN集合，Sk代表第k个WLAN；
Q＝(Q1，Q2，...，Qk)：代表WLAN的业务质量集为，k代表第k个WLAN，Qk代表第k个WLAN的业务质量参数；
那么，最优的WLAN网络为x，whereQx＝max(Q1，Q2，...，Qk)&Qx≥Qreq；
服务器端的分流数据库，存储分流数据信息包括用户状态信息、终端系统状态信息和网络状态信息；
分流系统管理器提供系统管理接口；
数据分析引擎，提取分流数据库中的各种信息，对海量用户数据进行分析和汇总，通过数据挖掘，形成WLAN网路图信息，从而提供分流控制信息，同时将分析的结果存储在分流数据库中；如图5所示，数据分析引擎模块定期扫描服务器端的分流数据库中的分流数据，包括网络和用户信息；过滤掉无用和冗余的数据；形成WLAN网络图，包括WLAN的位置及其业务质量参数等；同时将分析的结果存储到数据库中。
网络管理接口，用于与蜂窝网络和WLAN网络的管理服务器直接接口，从而得到各个网络的内部状态信息，以提供更加精确的分流。该接口可以帮助网络的内部资源的优化，但该接口属于可选项，分流系统可以不依赖于该接口而独立工作。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种异构无线网络的分流系统，其特征在于，包括：移动终端侧的分流客户端和互联网侧的分流服务器；分流客户端搜集移动终端的网络和用户的状态信息，将这些信息汇报给分流服务器；分流服务器集成大量移动终端的网络和用户状态信息，进行数据分析，对用户的分流提供分流控制信息；分流客户端根据分流服务器提供的分流控制信息，同时根据移动终端的网络和用户的当前状态进行分流，并根据网络和用户的状态变化，调整分流策略，从而完成异构无线网络的分流；支持异构无线网络的分流，包括蜂窝网络和WLAN之间，以及WLAN和WLAN之间的分流。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分流客户端包括：
用户状态搜集器，搜集用户状态信息，包括用户所处位置、用户移动速度和移动方向、用户使用移动应用的行为习惯；用户状态搜集器将用户状态信息存储到分流客户端的分流数据库中；
终端系统状态搜集器，搜集移动终端的系统状态信息，包括终端的存储器资源、CPU资源、剩余电池量；终端状态搜集器将终端状态信息存储到分流客户端的分流数据库中；
网络状态搜集器，搜集移动终端当前网络状态信息，包括蜂窝网络或WLAN网络无线接口信号强度、数据链路传输速度、数据包丢包率；网络状态搜集器将网络状态信息存储到分流客户端的分流数据库中；
分流信息发送/接收器，从分流客户端的分流数据库中提取各种信息包括用户状态信息、终端系统状态信息、网络状态信息以及用户的查询请求，并将这些信息发送到网络侧的分流服务器，同时，接收分流服务器提供的分流控制信息，控制信息中包括分流策略信息；
数据分析引擎，提取分流客户端的分流数据库中的数据，对用户状态信息、终端系统状态信息和网络状态信息进行分析，同时考虑由分流服务器提供的分流控制信息，为本地分流提供控制信息，将分析结果存储到分流客户端的分流数据库中；
分流策略配置器，接收分流服务器的分流策略信息，同时允许移动用户进行分流策略的配置；
分流控制模块用于处理各种移动应用的数据，根据分流服务器提供的分流控制信息以及当前用户状态信息、终端系统状态信息和网络状态信息，对各种不同的移动应用数据进行分流和数据缓存；
数据缓存器，用于缓存各种应用的数据，根据分流控制器的控制，进行数据缓存，从而支持分流，提供最佳的用户体验。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述分流控制模块查询当前应用及数据传输队列，判断是否有适合分流的应用；如果有，继续查询当前用户状态是否适合分流；如果是，继续查询当前终端系统状态是否适合分流；如果是，继续查询本地分流数据库或远端分流服务器，根据应用的业务质量请求等信息，查找最优的WLAN网络；如果找到适合分流的网络，客户端执行WiFi分流；客户端监视网络、终端、用户及应用的状态；如果状态发生变化并不再适合分流，则结束WiFi分流。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分流服务器包括：
分流信息发送/接收器，负责接收分流客户端发送的信息，包括用户状态信息、终端系统状态信息和网络状态信息以及用户查询请求，并将各种状态信息存储到分流数据库中，同时将分流服务器的分流控制信息发送给分流客户端；
服务器端的分流数据库，存储分流数据信息包括用户状态信息、终端系统状态信息和网络状态信息；
数据分析引擎，提取分流数据库中的各种信息，对海量用户数据进行分析和汇总，通过数据挖掘，形成WLAN网路图信息，从而提供分流控制信息，同时将分析的结果存储在分流数据库中；
网络管理接口，用于与蜂窝网络和WLAN网络的管理服务器直接接口，从而得到各个网络的内部状态信息，以提供更加精确的分流。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分流信息发送/接收器模块接收到分流客户端发送的信息，判断信息类型；如果是状态信息，分类存储到分流数据库中；如果是查询请求，则根据用户的位置、使用的业务等信息寻找最优的WLAN，并将处理结果发送回分流客户端。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述寻找最优的WLAN网络，采用的算法为：
用户的QoS：Qreq
根据用户所处的位置，分流服务器查询周围可用的WLAN集为：S＝(S1，S2，...，Sk)，k为可用的WLAN数量；
WLAN的业务质量集为：Q＝(Q1，Q2，...，Qk)，k为可用的WLAN数量；
最优的WLAN网络为x，whereQx＝max(Q1，Q2，...，Qk)&Qx≥Qreq。
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