CN105376821A - 一种无线异构网络的垂直切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线异构网络的垂直切换方法，属于通信技术领域；本发明利用当移动节点工作于UMTS或者WLAN时，通过接入控制单元连接Internet，控制单元通过控制网络条件参数，利用当前应用程序的代价函数对可接入网络进行评估与选择；自动调整切换执行时间，使移动节点能自适应进行垂直切换判决，在异构网络间进行垂直切换；可以在维持较小丢包率的情况下，有效地减少切换次数，消除“乒乓效应”，改善切换呼叫阻塞率，取得较好的切换性能。

Description

一种无线异构网络的垂直切换方法

技术领域

本发明公开一种无线异构网络的垂直切换方法，属于通信技术领域。

背景技术

随着WLAN和UMTS等网络技术的快速发展，网络在信号覆盖范围、带宽及收费等方面存在较大差异，融合它们能实现优势互补，而垂直切换是它们融合的关键技术之一。针对异构网络间的垂直切换，异构网络的融合结构有松耦合与紧耦合。紧耦合把WLAN看作是UMTS网络的子网，但实现紧耦合的复杂性较高，且投资大，难于应用到实际工程中。松耦合结构中每个网络独立操作，允许WLAN和UMTS分别进行业务管理，而基于松耦合的网络结构融合，仅以接收信号强度(RSS)为指标的垂直切换算法已经不能满足系统要求，需要考虑移动用户数量、设备投资、网络条件等，否则会导致切换次数太多，切换呼叫阻塞频繁，乒乓效应明显。本发明提供一种无线异构网络的垂直切换方法，基于UMTS和WLAN，当移动主机工作于UMTS时，接入基站后，经过无线网络控制器、GPRS服务支持节点及GPRS网关支持节点/家乡代理,或者当它工作于WLAN时，通过接入节点、接入网关节点和外地代理，然后都要通过接入控制单元接入Internet实现异构融合，通过控制网络条件参数，由传输层产生网络间的垂直切换；可以在维持较小丢包率的情况下，有效地减少切换次数，消除“乒乓效应”，改善切换呼叫阻塞率，取得较好的切换性能。

发明内容

本发明针对现有技术中以接收信号强度(RSS)为指标的垂直切换算法已经不能满足系统要求，需要考虑移动用户数量、设备投资、网络条件等，否则会导致切换次数太多，切换呼叫阻塞频繁，乒乓效应明显的问题，提供一种无线异构网络的垂直切换方法，可以在维持较小丢包率的情况下，有效地减少切换次数，消除“乒乓效应”，改善切换呼叫阻塞率，取得较好的切换性能。

本发明提出的具体方案是：

一种无线异构网络的垂直切换方法：

当移动节点工作于UMTS或者WLAN时，通过接入控制单元连接Internet，控制单元通过控制网络条件参数，利用当前应用程序的代价函数对可接入网络进行评估与选择；自动调整切换执行时间，使移动节点能自适应进行垂直切换判决，在异构网络间进行垂直切换。

根据稳定周期、移动节点的运动速度及所处位置来自动调整切换执行时间。

所述代价函数可以表示为：

式1V＝min{C₁，C₂}

式中： $C_1=N_1\left(r\right)M_1\left(d\right)\ln (1/B_1)=N_1\left(r\right)\frac{1}{\mathrm{sgn}(D_1-d_1)}\ln \frac{1}{B_1}$

$C_2=N_2\left(r\right)M_2\left(d\right)\ln (1/B_2)=N_2\left(r\right)\frac{1}{\mathrm{sgn}(D_2-d_2)}\ln \frac{1}{B_2}$

Ni(r)为RSS因子；Mi(d)为距离因子，指出移动台与当前网络之间的距离对代价函数的影响，d为当前距离；Di为距离门限；sgn(·)为符号函数；Bi为带宽因子，评价网络的信号带宽；

当C1>C2时，选择WLAN为接入网；当C2>C1时，选择UMTS为接入网。

在控制单元中引入一个切换计时器，通过计算在一个计时周期T，T＝LTs；接收信号强度累积量S来判决是否执行切换：

式(2) $S={\mathrm{\Σ}}_{m=1}^M\stackrel{\‾}{r_2\left(k_m\right)}$

式中，m为在一个计时周期内接收到的信号强度大于门限的次数且1≤M≤L；km(m＝1,2,…,M)为序列k的子列，即S为M个服从正态分布随机变量的和,用S来确定代价函数的RSS因子。

移动节点接收到WLAN的信号强度大于它的门限，则切换计时器就触发开始计时，从UMTS切换到WLAN；

当移动节点接收到的WLAN信号强度低于门限时，切换计时器开始计时，从WLAN切换到UMTS。

本发明的有益之处是：

本发明利用当移动节点工作于UMTS或者WLAN时，通过接入控制单元连接Internet，控制单元通过控制网络条件参数，利用当前应用程序的代价函数对可接入网络进行评估与选择；自动调整切换执行时间，使移动节点能自适应进行垂直切换判决，在异构网络间进行垂直切换；可以在维持较小丢包率的情况下，有效地减少切换次数，消除“乒乓效应”，改善切换呼叫阻塞率，取得较好的切换性能。

附图说明

图1UMTS和WLAN网络融合结构示意图；

图2UMTS和WLAN异构网络之间的切换模式示意图。

具体实施方式

一种无线异构网络的垂直切换方法：

当移动节点工作于UMTS或者WLAN时，通过接入控制单元连接Internet，控制单元通过控制网络条件参数，利用当前应用程序的代价函数对可接入网络进行评估与选择；自动调整切换执行时间，使移动节点能自适应进行垂直切换判决，在异构网络间进行垂直切换。

根据上述方法及发明内容，参照附图，对本发明做进一步说明。

一种无线异构网络的垂直切换方法：

当移动节点工作于UMTS或者WLAN时，通过接入控制单元连接Internet，控制单元通过控制网络条件参数，利用当前应用程序的代价函数对可接入网络进行评估与选择；根据稳定周期、移动节点的运动速度及所处位置来自动调整切换执行时间自动调整切换执行时间，使移动节点能自适应进行垂直切换判决，在异构网络间进行垂直切换。

其中移动节点工作于UMTS时，接入基站(BS)后，经过无线网络控制器(RNC)、GPRS服务支持节点(SGSN)及GPRS网关支持节点/家乡代理(GGSN/HA)；

移动节点工作于WLAN时，通过接入节点(AP)、接入网关节点(APGN)和外地代理(FA)；

控制单元是在指定时刻计算进行垂直切换代价的，对不同的网络条件具有不同的代价参数。代价函数的值越小，则该网络的条件越好，即低代价网络是首选网络。为了便于表示，假设UMTS是网络1，WLAN是网络2，则代价函数可以表示为：

式1V＝min{C₁，C₂}

式中： $C_1=N_1\left(r\right)M_1\left(d\right)\ln (1/B_1)=N_1\left(r\right)\frac{1}{\mathrm{sgn}(D_1-d_1)}\ln \frac{1}{B_1}$

$C_2=N_2\left(r\right)M_2\left(d\right)\ln (1/B_2)=N_2\left(r\right)\frac{1}{\mathrm{sgn}(D_2-d_2)}\ln \frac{1}{B_2}$

Ni(r)为RSS因子；Mi(d)为距离因子，指出移动台与当前网络之间的距离对代价函数的影响，d为当前距离；Di为距离门限；sgn(·)为符号函数；Bi为带宽因子，评价网络的信号带宽；

当C1>C2时，选择WLAN为接入网；当C2>C1时，选择UMTS为接入网。

其中WLAN网络采用的接收信号强度模型为

r(d)＝P_t-P_L(d)+X_σ式a

P_L(d)＝s+10nlogd式b

即

r(d)＝(P_t-s)-10nlogd+X_σ＝P₀-10nlogd+X_σ式c

式中：P_t为发射功率；P_L(d)为在传输距离d处的路径损耗；X_σ为一个零均值、标准方差为σ的高斯随机变量；s为由传输环境决定的固定路径损耗；n为路径损耗指数，约为2～4；P₀为发射功率和固定路径损耗确定的实际发射功率。

移动台在WLAN的接入点(AP)和UMTS的BS之间保持固定方向匀速运动，处于位置x时接收到WLAN的平均接收信号强度服从对数正态分布，即假设WLAN的AP为运动的起始点，则移动台与AP之间的距离d₂服从正太分布，即d₂～N[d，(cσ_tdn)²]。其中：为噪声延迟时间的标准差；c为光速。

移动台在AP和BS之间以匀速v运动，对式c以周期T_s进行抽样，移动台的单位移动距离ds＝vT_s，可得：

r₂(k)＝r(kds)＝P₀-10nlog(kds)+X_σ式d

在ACU中引入一个切换计时器(HT)，采用通过计算在一个计时周期T(T＝LTs)内接收信号强度累积量S的方法(S-RSS)，来判决是否执行切换：

式2 $S={\mathrm{\Σ}}_{m=1}^M\stackrel{\‾}{r_2\left(k_m\right)}$

式中，m为在一个计时周期内接收到的信号强度大于门限的次数且1≤M≤L；km(m＝1,2,…,M)为序列k的子列，即S为M个服从正态分布随机变量的和。用S来确定代价函数的RSS因子，为越区切换提供一定的迟滞时间以避免“乒乓效应”。

从UMTS切换到WLAN：如果移动台接收到WLAN的信号强度大于它的门限R₂，则HT就触发开始计时。ACU需要判断在HT的一个计时周期T₀内，的和是否大于能量门限R_s。其中，为大于R₂的接收信号强度，R_s＝R₂L/2，L＝T₀/T_s。如果在一个计时周期T₀内，的和大于R_s，则执行从UMTS到WLAN的切换；否则将HT置零，等待下次触发。当满足以下条件时，发生从UMTS到WLAN的切换：

$\stackrel{\‾}{r_2\left(k\right)}\≥R_2$ 且 ${\mathrm{\Σ}}_{m=1}^M\stackrel{\‾}{r_2\left(k_m\right)}\≥R_s$ 式e

(2)从WLAN切换到UMTS：切换计时器的触发方式为当移动台接收到的WLAN信号强度低于门限R₂时，HT开始计时，切换机制表示为

$\stackrel{\‾}{r_2\left(k\right)}\≤R_2$ 且d₂≥D₂且 ${\mathrm{\Σ}}_{m=1}^M\stackrel{\‾}{r_2\left(k_m\right)}\≤R_s$ 式f

对于两种异构网络之间的切换参照附图2。

本发明可以在维持较小丢包率的情况下，有效地减少切换次数，消除“乒乓效应”，改善切换呼叫阻塞率，取得较好的切换性能；发明中运用的算法有效地减少了切换延迟、分组丢失及切换次数，提高了系统的切换性能，改善了业务的QoS。

Claims (5)

1.一种无线异构网络的垂直切换方法，其特征是

当移动节点工作于UMTS或者WLAN时，通过接入控制单元连接Internet，控制单元通过控制网络条件参数，利用当前应用程序的代价函数对可接入网络进行评估与选择；自动调整切换执行时间，使移动节点能自适应进行垂直切换判决，在异构网络间进行垂直切换。

2.根据权利要求1所述的一种无线异构网络的垂直切换方法，其特征是根据稳定周期、移动节点的运动速度及所处位置来自动调整切换执行时间。

3.根据权利要求2所述的一种无线异构网络的垂直切换方法，其特征是所述代价函数可以表示为：

式1V＝min{C₁，C₂}

式中：

Ni(r)为RSS因子；Mi(d)为距离因子，指出移动台与当前网络之间的距离对代价函数的影响，d为当前距离；Di为距离门限；sgn(·)为符号函数；Bi为带宽因子，评价网络的信号带宽；

当C1>C2时，选择WLAN为接入网；当C2>C1时，选择UMTS为接入网。

4.根据权利要求1或3任一项所述的一种无线异构网络的垂直切换方法，其特征是在控制单元中引入一个切换计时器，通过计算在一个计时周期T，T＝LTs；接收信号强度累积量S来判决是否执行切换：

式(2)

式中，m为在一个计时周期内接收到的信号强度大于门限的次数且1≤M≤L；k_m(m＝1,2,…,M)为序列k的子列，即S为M个服从正态分布随机变量的和,用S来确定代价函数的RSS因子。

5.根据权利要求4所述的一种无线异构网络的垂直切换方法，其特征是移动节点接收到WLAN的信号强度大于它的门限，则切换计时器就触发开始计时，从UMTS切换到WLAN；

当移动节点接收到的WLAN信号强度低于门限时，切换计时器开始计时，从WLAN切换到UMTS。