CN105611591A - 异构网络垂直切换方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异构网络垂直切换方法及其系统，所述方法根据多模终端当前连接网络的流量预测下一个时刻流量，基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络，再根据网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换，因此，本发明能够根据网络的实际负载状况，以及网络评价属性信息综合评估网络的性能，保证在复杂的异构网络环境下网络使用的负载均衡。

Description

异构网络垂直切换方法及其系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是一种异构网络垂直切换方法及其系统。

背景技术

随着通信技术的快速发展，一方面各种不同类型的无线接入技术不断涌现，现在较主流的无线接入技术主要包括无线个域网(如Bluetooth)、无线局域网(如Wi-Fi)、无线城域网(如WiMAX)、公众移动通信网(如2G、3G)以及AdHoc网络等。另一方面，随着智能设备的广泛普及，人们的通信方式不再局限于语音通话，更要求支持视频电话，多媒体游戏等业务，单一的网络架构逐渐不能满足用户的多种需求。异构网络逐步走向融合是下一代网络发展的大势所趋，在复杂的异构网络环境下，当用户从一个网络覆盖区域移动到另一个网络覆盖区域时，如何保持用户通信的连续性和通信的质量是一个重要的研究内容。实现异构网络无缝覆盖和保障用户QoS的重要技术之一是移动性管理技术，而移动性管理技术的关键技术首推垂直切换技术。在异构融合网络下发生网络切换，不再仅仅是传统的移动终端在同种技术的网络的不同基站间的切换，为了满足用户的多种通信需求，为用户提供最佳的通信体验，出现了更多的涉及不同技术和结构或者不同运营商之间的异构网络之间的切换，亦即垂直切换(VH，VerticalHandoff)。异构网络之间无缝的垂直切换是网络融合的基础，是异构网络移动性管理中的重要研究内容。

目前，提出的垂直切换算法有基于RSS(ReceivedSignalStrength)判决算法，该算法比较简单，易于实现，但只考虑接收信号强度，算法比较单一；还有基于人工智能判决算法，该算法在一定程度上判决的结果比较精确，但是算法的计算量和复杂度很大，导致其应用范围受到限制。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种异构网络垂直切换方法及其系统，能够根据网络的实际负载状况切换网络，保证在复杂的异构网络环境下网络使用的负载均衡。

本发明的异构网络垂直切换方法，技术方案如下，包括：

获取多模终端当前连接网络的流量，根据所述流量预测下一个时刻流量；

根据下一个时刻流量确定进入网络选择阶段，在网络选择阶段基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络；

获取当前连接网络、目标网络的网络评价属性信息，根据所述网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值；

根据当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换。

本发明的异构网络垂直切换系统，包括：

流量预测模块，用于获取多模终端当前连接网络的流量，根据所述流量预测下一个时刻流量；

网络筛选模块，用于根据下一个时刻流量确定进入网络选择阶段，在网络选择阶段基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络；

计算模块，用于获取当前连接网络、目标网络的网络评价属性信息，根据所述网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值；

网络切换模块，用于根据当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换。

本发明的异构网络垂直切换方法及其系统，根据多模终端当前连接网络的流量预测下一个时刻流量，基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络，再根据网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换，因此，本发明能够根据网络的实际负载状况，以及网络评价属性信息综合评估网络的性能，保证在复杂的异构网络环境下网络使用的负载均衡。

附图说明

图1为一个实施例的异构网络垂直切换方法的流程示意图；

图2为一个较佳实现方式的异构网络垂直切换方法的流程示意图；

图3为一个较佳实现方式的仿真主流的三种无线接入方式组成的异构无线环境图；

图4为一个实施例的异构网络垂直切换系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

请参阅图1中一个实施例的异构网络垂直切换方法的流程示意图，包括步骤S101至S104：

S101，获取多模终端当前连接网络的流量，根据所述流量预测下一个时刻流量。

所述多模终端为可以在不同技术标准的网络(如GSM和CDMA)之间使用的终端。本步骤通过多模终端当前连接网络的流量预测下一个时刻流量，使得能够根据网络的实际负载状况评估网络的性能，从而提高网络性能评估的准确性。

进一步地，所述根据所述流量预测下一个时刻流量可通过以下方式实现：根据所述流量创建时间序列，对所述时间序列进行平稳化处理，得到时间序列的自相关系数以及偏相关系数；根据所述自相关系数、偏相关系数以及自回归滑动平均模型对所述流量进行拟合，得到所述自回归滑动平均模型的参数；根据所述参数对自回归滑动平均模型进行有效性检验，得到下一个时刻流量。通过自回归滑动平均模型更准确地预测下一个时刻流量，从而进一步提高网络性能评估的准确性。

预测下一个时刻流量之后，进入步骤S102，根据下一个时刻流量确定进入网络选择阶段，在网络选择阶段基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络。其中，所述备选网络包括LTE、WLAN以及WIMAX。

进一步地，根据所述下一个时刻流量以及当前连接网络的总带宽，得到下一个时刻的流量负载为：

$Load\left(i\right)=\frac{Traffic\left(i\right)}{Bandwidth}$

其中，Load(i)为下一个时刻的流量负载，Traffic(i)为下一个时刻流量，Bandwidth为总带宽；若所述流量负载大于设定的负载阈值，则进入网络选择阶段。

为了得到较高质量的目标网络，在网络选择阶段，获取备选网络的RSS以及当前连接网络的RSS，若备选网络的RSS与当前连接网络的RSS之差大于设定值，则将该备选网络设置为目标网络。

S103，获取当前连接网络、目标网络的网络评价属性信息，根据所述网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值。

其中，所述网络评价属性信息包括RSS、网络负载、带宽、时延、抖动、丢包率以及价格。选取用于垂直切换的参数，除了表征网络性能的RSS和网络负载，根据用户的主观喜好和业务要求，还包括业务的Qos性能：带宽、时延、抖动、丢包率，并且还包括用户在选择网络过程比较关注的价格因素，因此，基于多属性判决的垂直切换算法的判决结果较为精确，且具有较佳的用户体验，更容易受到广泛的应用。

进一步地，步骤S103中，所述根据所述网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值，包括通过层次分析法确定各网络评价属性信息的主观权重；通过熵权法确定各网络评价属性信息的客观权重；根据所述主观权重以及客观权重得到各网络评价属性信息的综合权重，并根据网络评价属性信息及其综合权重分别得到当前连接网络的效用函数值以及目标网络的效用函数值。从而进一步地提高垂直切换算法的判决结果的准确度。

S104，根据当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换。

进一步地，为了提高网络切换的判断当前连接网络的效用函数值是否小于目标网络的效用函数值，若是，执行从当前连接网络到目标网络的切换，否则，不执行网络切换。

由上述实施例的异构网络垂直切换方法可知，根据多模终端当前连接网络的流量预测下一个时刻流量，基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络，再根据网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换，从而能够根据网络的实际负载状况，以及网络评价属性信息综合评估网络的性能，保证在复杂的异构网络环境下网络使用的负载均衡。

以下为本发明的异构网络垂直切换方法的一个较佳实现方式，如图2的一个较佳实现方式的异构网络垂直切换方法的流程示意图，包括步骤S201至步骤S208：

S201，初始化网络。

S202，对网络流量进行建模及预测。

具体地，仿真主流的三种无线接入方式LTE(2G/3G)、WLAN、WIMAX组成的异构无线环境，如图3所示。选取用于垂直切换的参数，除了表征网络性能的RSS和网络负载，加入用户的主观喜好跟业务要求，引入业务的Qos性能：带宽(B)、时延(D)、抖动(J)以及丢包率(L)，并且加入用户在选择网络过程比较关注的价格(C)因素。

根据网络的历史流量数据建立时间序列模型，由于网络流量具有很强的自相似性特点，使用ARMA模型(自回归滑动平均模型)对流量进行预测，预测模型步骤如下：若时间序列是非平稳的，对时间序列进行平稳化处理，求出平稳化后时间序列的自相关系数(AC)和偏相关系数(PAC)；根据时间序列的AC值与PAC值，以及预设的ARMA模型，对流量数据进行拟合，求得ARMA模型参数；根据模型参数对ARMA模型进行有效性检验，得到下一个时刻流量数据。

S203，采集终端网络状态信息，得到下一个时刻流量负载。具体地，根据所述下一个时刻流量以及当前连接网络的总带宽，得到下一个时刻的流量负载为：

$Load\left(i\right)=\frac{Traffic\left(i\right)}{Bandwidth}$

其中，Load(i)为下一个时刻的流量负载，Traffi(ci)为下一个时刻流量，Bandwidth为总带宽。

S204，结合流量的负载状况和RSS对备选网络进行筛选。可获取备选网络的RSS以及当前连接网络的RSS，若备选网络的RSS与当前连接网络的RSS之差大于设定值，而且Load(i)＞80％时，则将该备选网络设置为目标网络。

S205，利用层次分析法和熵权法综合确定各网络属性的权值。

利用层次分析法确定各网络属性的主观权重，具体步骤为：选择其中带宽(B)、时延(D)、抖动(J)以及丢包率(L)以及价格(C)等网络评价属性构建层次分析结构模型，如图3；构建判决矩阵C＝(c_ij)_5×5，其中i∈(B、D、J、L、C)，j为备选网络，c_ij为属性i相对于网络j的重要程度；通过C*u＝λ_max*u计算各网络属性的主观权重，其中，λ_max为判决矩阵C的最大特征根，u是对应的特征向量，将得到的特征向量u进行归一化处理得到各网络属性的主观权重u_i；为防止出现前后不一致的情况，还需进行一致性检验。

通过熵权法确定各网络评价属性信息的客观权重，具体步骤为：通过得到网络评价属性的信息熵X(i)，其中，r_ij为备选网络j的状态信息i的归一化值，n是备选网络的数量，k为设定的常数；根据所述信息熵X(i)计算各状态信息的差异度为Y(i)＝1-X(i)；根据所述差异度Y(i)计算得到各网络评价属性信息的客观权重为

根据所述主观权重以及客观权重得到备选网络各网络属性的权值为：w_i＝α×u_i+(1-α)u_i'，其中，w_i为各网络属性的权值，α为调整系数、且0＜α＜1。

S206，计算网络效用函数值为：

U＝w_B×r_B+w_D×r_D+w_J×r_J+w_L×r_L+w_C×r_C，其中，U为各个备选网络的效用函数值、w_B为带宽对应的权值、r_B为设定的带宽数值、w_D为时延对应的权值、r_D为设定的时延数值、w_J为抖动对应的权值、r_J为设定的抖动数值、w_L为丢包率对应的权值、r_L为设定的丢包率数值、w_C为价格对应的权值、r_C为设定的价格数值。

S207，判断当前网络效用值是否小于目标网络，若是，则返回步骤S203，否则，进行下一步骤。

S208，网络切换。根据当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换。

由上述较佳实现方式的异构网络垂直切换方法可知，根据多模终端当前连接网络的流量预测下一个时刻流量，基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络，再根据网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换，从而能够根据网络的实际负载状况，以及网络评价属性信息综合评估网络的性能，保证在复杂的异构网络环境下网络使用的负载均衡。

本发明还提供一种异构网络垂直切换系统，如图4所示，包括流量预测模块401、网络筛选模块402、计算模块403以及网络切换模块404。

所述流量预测模块401，用于获取多模终端当前连接网络的流量，根据所述流量预测下一个时刻流量；所述网络筛选模块402，用于根据下一个时刻流量确定进入网络选择阶段，在网络选择阶段基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络；所述计算模块403，用于获取当前连接网络、目标网络的网络评价属性信息，根据所述网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值；所述网络切换模块404，用于根据当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换。

由上述实施例的异构网络垂直切换系统可知，根据多模终端当前连接网络的流量预测下一个时刻流量，基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络，再根据网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换，从而能够根据网络的实际负载状况，以及网络评价属性信息综合评估网络的性能，保证在复杂的异构网络环境下网络使用的负载均衡。

在其中一个实施例中，所述网络切换模块404包括网络切换子模块，用于判断当前连接网络的效用函数值是否小于目标网络的效用函数值，若是，执行从当前连接网络到目标网络的切换，否则，不执行网络切换。

在其中一个实施例中，所述流量预测模块401包括流量预测子模块，用于根据所述流量创建时间序列，对所述时间序列进行平稳化处理，得到时间序列的自相关系数以及偏相关系数；根据所述自相关系数、偏相关系数以及自回归滑动平均模型对所述流量进行拟合，得到所述自回归滑动平均模型的参数；根据所述参数对自回归滑动平均模型进行有效性检验，得到下一个时刻流量。

在其中一个实施例中，所述网络筛选模块402包括网络筛选子模块，用于根据所述下一个时刻流量以及当前连接网络的总带宽，得到下一个时刻的流量负载为：

$Load\left(i\right)=\frac{Traffic\left(i\right)}{Bandwidth}$

其中，Load(i)为下一个时刻的流量负载，Traffic(i)为下一个时刻流量，Bandwidth为总带宽；若所述流量负载大于设定的负载阈值，则进入网络选择阶段。

在其中一个实施例中，所述网络筛选模块402还用于在网络选择阶段，获取备选网络的RSS以及当前连接网络的RSS，若备选网络的RSS与当前连接网络的RSS之差大于设定值，则将该备选网络设置为目标网络。

在其中一个实施例中，所述网络评价属性信息包括RSS、网络负载、带宽、时延、抖动、丢包率以及价格。

在其中一个实施例中，计算模块403包括：主观权重计算子模块，用于通过层次分析法确定各网络评价属性信息的主观权重；客观权重计算子模块，用于通过熵权法确定各网络评价属性信息的客观权重；以及效用函数值计算子模块，用于根据所述主观权重以及客观权重得到各网络评价属性信息的综合权重，并根据网络评价属性信息及其综合权重分别得到当前连接网络的效用函数值以及目标网络的效用函数值。

在其中一个实施例中，所述备选网络包括LTE、WLAN以及WIMAX。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.异构网络垂直切换方法，其特征在于，包括：

获取多模终端当前连接网络的流量，根据所述流量预测下一个时刻流量；

根据下一个时刻流量确定进入网络选择阶段，在网络选择阶段基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络；

获取当前连接网络、目标网络的网络评价属性信息，根据所述网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值；

根据当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换。

2.根据权利要求1所述的异构网络垂直切换方法，其特征在于，所述根据当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换，包括：

判断当前连接网络的效用函数值是否小于目标网络的效用函数值，若是，执行从当前连接网络到目标网络的切换，否则，不执行网络切换。

3.根据权利要求1所述的异构网络垂直切换方法，其特征在于，根据所述流量预测下一个时刻流量，包括：

根据所述流量创建时间序列，对所述时间序列进行平稳化处理，得到时间序列的自相关系数以及偏相关系数；

根据所述自相关系数、偏相关系数以及自回归滑动平均模型对所述流量进行拟合，得到所述自回归滑动平均模型的参数；

根据所述参数对自回归滑动平均模型进行有效性检验，得到下一个时刻流量。

4.根据权利要求1所述的异构网络垂直切换方法，其特征在于，所述根据下一个时刻流量确定进入网络选择阶段，包括：

根据所述下一个时刻流量以及当前连接网络的总带宽，得到下一个时刻的流量负载为：

$Load\left(i\right)=\frac{Traffic\left(i\right)}{Bandwidth}$

其中，Load(i)为下一个时刻的流量负载，Traffic(i)为下一个时刻流量，Bandwidth为总带宽；

若所述流量负载大于设定的负载阈值，则进入网络选择阶段。

5.根据权利要求1所述的异构网络垂直切换方法，其特征在于，所述在网络选择阶段基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络，包括：

在网络选择阶段，获取备选网络的RSS以及当前连接网络的RSS，若备选网络的RSS与当前连接网络的RSS之差大于设定值，则将该备选网络设置为目标网络。

6.根据权利要求1所述的异构网络垂直切换方法，其特征在于，所述网络评价属性信息包括RSS、网络负载、带宽、时延、抖动、丢包率以及价格。

7.根据权利要求1所述的异构网络垂直切换方法，其特征在于，所述根据所述网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值，包括：

通过层次分析法确定各网络评价属性信息的主观权重；

通过熵权法确定各网络评价属性信息的客观权重；

根据所述主观权重以及客观权重得到各网络评价属性信息的综合权重，并根据网络评价属性信息及其综合权重分别得到当前连接网络的效用函数值以及目标网络的效用函数值。

8.根据权利要求1所述的异构网络垂直切换方法，其特征在于，所述备选网络包括LTE、WLAN以及WIMAX。

9.异构网络垂直切换系统，其特征在于，包括：

流量预测模块，用于获取多模终端当前连接网络的流量，根据所述流量预测下一个时刻流量；

网络筛选模块，用于根据下一个时刻流量确定进入网络选择阶段，在网络选择阶段基于RSS对备选网络进行筛选，得到目标网络；

计算模块，用于获取当前连接网络、目标网络的网络评价属性信息，根据所述网络评价属性信息得到当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值；

网络切换模块，用于根据当前连接网络的效用函数值和目标网络的效用函数值进行网络切换。

10.根据权利要求9所述的异构网络垂直切换系统，其特征在于，所述网络切换模块包括：

网络切换子模块，用于判断当前连接网络的效用函数值是否小于目标网络的效用函数值，若是，执行从当前连接网络到目标网络的切换，否则，不执行网络切换。