CN107071839A - 一种基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，步骤如下：计算或获取切换判决参数，并做归一化处理，其中切换判决参数包括：终端向各个切换备选基站方向的移动趋势强度值、各个切换备选基站的可用带宽及从各个切换备选基站获得的接收信号强度；由各个切换判决参数归一化后的参数值得到各个切换判决参数对应的加权因子；将所得到的各个切换判决参数对应的加权因子和归一化后的切换判决参数通过乘法指数加权法进行计算，得到各切换备选基站的多属性判决值；终端从各切换备选基站的多属性判决值中选择多属性判决值最大值的备选基站进行切换。本发明减少了终端在异构网络中因参数抖动等造成的无效切换，提高切换准确率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法。
背景技术
随着通信网络的革新和终端设备的改进，新的无线接入技术不断被开发应用，人们对网络的要求也越来越高，在未来多种无线接入技术互补共用会成为移动通信的发展趋势。现在已经出现了各种各样的无线网络技术，但是不存在哪一种网络同时符合带宽高、时延短、覆盖范围广、资费低等要求，通常都是有各自的优缺点。例如UTMS网络的覆盖范围广，但是传输速率相对较低，而WLAN网络则拥有高传输速率的优势，但是网络覆盖范围较小。此外，逐渐智能化的终端设备也可以提供不同的接口以供网络接入，终端设备会处在不同网络覆盖的环境中。因此网络的异构融合十分有必要。如何在复杂的异构环境中，在恰当的时机选择接入的网络进行切换，是研究的重要方向也是难点所在，被称之为垂直切换算法。
由于异构网络的特殊性，即接入网络拥有不同特性，在此环境下为保证良好的用户体验，针对终端的移动性管理势必要提出更高标准。如上文所述，移动性管理主要针对终端的位置进行管理，为终端在移动下的业务连续性提高保证，垂直切换控制是其中最重要的一部分。移动终端的运动方式呈现出一定的规律，根据对移动终端运动状态的研究有助于提高切换判决算法的合理性以及实际切换的准确性。决定移动终端运动状态的因素有很多，移动速度无疑是比较重要的一个。所以，在异构网中将移动趋势列为切换判决因素是非常有必要的。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法。本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
本发明的首要目的是改进目前对终端移动性研究中存在的不足，本发明提出了一种可提高切换准确率，减小无效切换的垂直切换判决方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：包括如下步骤：
步骤S01计算或获取切换判决参数并做归一化处理，其中切换判决参数包括：终端向各个切换备选基站方向的移动趋势强度值、各个切换备选基站的可用带宽及从各个切换备选基站获得的接收信号强度；步骤S02由各个切换判决参数归一化后的参数值得到各个切换判决参数对应的加权因子；步骤S03将所得到的各个切换判决参数对应的加权因子和归一化后的切换判决参数通过乘法指数加权法进行计算，得到各切换备选基站的多属性判决值；步骤S04终端从各切换备选基站的多属性判决值中选择多属性判决值最大值的备选基站进行切换。
优选地，在所述步骤S01中计算终端到各个切换备选基站方向的移动趋势强度值的过程如下：步骤S011计算终端到某一切换备选基站的多普勒频移的值；步骤S012基于计算的多普勒频移根据多普勒频移公式来计算终端与该切换备选基站连线方向上的速度分量；步骤S013基于求取的速度分量对移动趋势强度值进行计算。
优选地，所述步骤S012中根据多普勒频移公式：|Vmcosθ|＝(fd/fc)Vc计算速度分量，其中，fd表示多普勒频移，fc为原始信号载波频率，Vc为电磁波传播速度，则计算移动趋势强度值V的具体过程如下：
其中dc表示用户移动方向，大于0时表明终端前往切换备选基站，反之表示远离切换备选基站。
优选地，所述步骤S013中，基于求取的速度分量对移动趋势强度值进行归一化处理的计算式为：
其中x表示终端的位置坐标，v(x)表示在此坐标下的终端与该切换备选基站连线方向上的速度分量。
优选地，在所述步骤S01中对所述各个切换备选基站可用带宽BW的归一化处理的计算式如下：
上式中，定义x为移动终端的位置坐标，而B(x)定义为各个切换备选基站的可用带宽，Bmax(x)为切换备选基站带宽的最大值。
优选地，在所述步骤S01对各个切换备选基站获得的接收信号强度进行归一化处理的具体过程如下：
上式中，x为终端的位置坐标，R(x)定义为终端获取的切换备选基站的接收信号强度，Rmax(x)为终端所能获得接收信号强度的最大值，Rth(x)为设置的接收信号强度门限值。
优选地，所述步骤S02包括：
步骤S021计算各个切换判决参数归一化后的对应参数的标准差：
其中n代表切换备选基站的个数，í取值T、B、R，分别代表终端向各个切换备选基站方向的移动趋势强度值，各个切换备选基站可用带宽BW，从各个切换备选基站获得的接收信号强度RSS的参数值，k表示取不同的切换备选基站；
步骤S022由所述标准差ωi得到各参数对应的加权因子：
优选地，所述步骤S03中，令备选基站为k，获得多属性判决值的函数为：
Ck＝ξTμT,k+ξBμB,k+ξRμR,k。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：在异构网络中减少了因参数抖动等造成的无效切换，提高切换准确率，进一步地改善终端在异构网络中的传输速率。
附图说明
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
图1为本申请发明的一实施例的方法步骤图。
图2为本申请发明的所述步骤S01的细化步骤图。
图3为本申请发明的所述步骤S02的细化步骤图。
图4为高速移动下MEW算法切换状态图。
图5为高速移动下本文算法切换状态图。
图6低速移动下MEW算法切换状态图
图7低速移动下本文算法切换状态图
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
本申请发明的一实施例中的一种基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，包括如下步骤：
步骤S01计算或获取切换判决参数并做归一化处理，其中切换判决参数包括：终端向各个切换备选基站方向的移动趋势强度值、各个切换备选基站的可用带宽及从各个切换备选基站获得的接收信号强度；
步骤S02由各个切换判决参数归一化后的参数值得到各个切换判决参数对应的加权因子；
步骤S03将所得到的各个切换判决参数对应的加权因子和归一化后的切换判决参数通过乘法指数加权法进行计算，得到各切换备选基站的多属性判决值；
步骤S04终端从各切换备选基站的多属性判决值中选择多属性判决值最大值的备选基站进行切换。
进一步地，在所述步骤S01中计算终端到各个切换备选基站方向的移动趋势强度值的过程如下：
步骤S011计算终端到某一切换备选基站的多普勒频移的值；
步骤S012基于计算的多普勒频移根据多普勒频移公式来计算终端与该切换备选基站连线方向上的速度分量；
步骤S013基于求取的速度分量对移动趋势强度值进行归一化处理。
需要说明一下地是，所述步骤S011的具体计算方法为：
OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)正交频分复用技术，是一种无线环境下的高速传输技术，主要是在频域内将所给信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，且各个子载波并行传输。OFDM可视为一种调变技术及一种多任务技术，为多载波的传送方式。
首先，根据OFDM系统，一般会在相邻的OFDM符号间插入间隔信号，由此，OFDM符号长度表示Ts为：Ts＝(G+N)*T，其中，G为保护间隔信号数，N为有效信号数，T为单个信号的持续时间，令信道存在的噪声均为高斯白噪声，其均值为N0，方差为σ；
然后，结合由多普勒频移所引起的信道时间选择性衰落，时变多径信道的冲激响应函数为：
式中的N代表路径的数目，αR代表均值为0、方差为σ2的复高斯随机变量，τR代表R径上传输产生的时延，δ(*)代表冲激响应函数；
接着，在对应信道上，对接收信号进行离散采样，采样函数为：
ri(k)与rq(k)是接收信号的同相分量与正交分量，令z(k)表示最初的发送信号，所以s(k)表示在实际多径时延干扰环境下的发送信号，所以(1)式简化为：r(k)＝s(k)+m(k)＝[si(k)+mi(k)]+j[sq(k)+mq(k)]，上式中的si(k)与sq(k)分别是s(k)的实部与虚部；
再接着，计算噪声m(k)的平均功率，计算式为：
实际发送信号s(k)的平均功率，计算式为：
最后，根据中心极限定理的理论，子载波的数目大过一定值时，接收信号可以看作所有零均值随机变量的和，其中每个随机变量是互相独立并且均服从同一数量分布，由此，接收信号的分布服从零均值的高斯分布，得到实际接收信号的自相关函数为：
上式中δ(*)代表冲激响应函数，J0(*)则代表第一类零阶贝塞尔函数。
设i'＝(i-1)(N+G)T，对接收端接收到的OFDM符号与间隔NT个时隙的OFDM信号之间的归一化自相关函数可以表示为：
在样本数量足够多，且实际发送信号s(k)与噪声信号n(k)相互独立的情况下，令：
将(2)式的结果代入(3)式中，得出下式：
上式的左边部分，也就是接收端接收到的OFDM符号与间隔NT个时隙的OFDM信号之间的归一化自相关函数C(fd,NT)，可以利用接收端的相关器对其进行自相关函数计算来获取，而上式右边的σ2/N0为通过在接收端检测出的接收信号的信噪比(SignaltoNoiseRatio,SNR)，上式中的其他量均已知，可以求解贝塞尔函数，最后通过计算反向贝塞尔函数，求解得出多普勒频移fd。
进一步地，所述步骤S012根据多普勒频移公式：|Vm cosθ|＝(fd/fc)Vc计算速度分量，其中，fd表示多普勒频移，fc为原始信号载波频率，Vc为电磁波传播速度，则计算移动趋势强度值V的具体过程如下：
其中dc表示用户移动方向，大于0时表明终端前往切换备选基站，反之表示远离切换备选基站。
进一步地，所述步骤S013中，基于求取的速度分量对移动趋势强度值进行归一化处理的计算式为：
令(4)式中T为μΤ，x表示终端的位置坐标，v(x)则是表示在此坐标下的终端向各个切换备选基站方向的移动趋势强度。
进一步地，在所述步骤S01中对所述各个切换备选基站可用带宽BW的归一化处理的计算式如下：
上式中，定义x为移动终端的位置坐标，而B(x)定义为各个切换备选基站的可用带宽，Bmax(x)为切换基站带宽的最大值。
进一步地，在所述步骤S01中对从各个切换备选基站获得各个终端的接收信号强度RSS的参数值归一化处理的计算式如下：
上式中，x为移动终端的位置坐标，R(x)定义为终端在切换备选基站的接收信号强度，Rmax(x)为移动终端所能获得接收信号强度的最大值；Rth(x)为设置的接收信号强度门限值。
进一步地，所述步骤S02的步骤包括：
步骤S021计算各个切换判决参数归一化后的对应参数的标准差ωi：
其中n代表切换备选基站的个数，í取值T、B、R，分别代表终端在各个切换备选基站方向的移动趋势强度值；各个切换备选基站可用带宽BW；从各个切换备选基站获得各个终端的接收信号强度RSS的参数值；k表示取不同的切换备选基站。
步骤S022由所述标准差ωi得到各参数对应的加权因子：
进一步地，所述步骤S03中，令备选基站k，获得多属性判决值的函数为：
Ck＝ξTμT,k+ξBμB,k+ξRμR,k。
本发明的实景操作：考虑终端高速移动和低速移动情况下对网络的选择结果，对网络场景的仿真参数设置如下表：
表1参数设置
结合表1的参数设置，应用所述的切换算法与传统的切换算法的对比仿真。
实施例一
高速移动下网络属性值与切换状态
根据本发明提出的算法，选择多属性判决值最大的备选网络进行网络切换。从图4与图5的对比分析，可以很直观的得到在高速移动环境下，采用MEW切换算法，发生切换次数较多，而且频繁，表明有明显的乒乓效应；采用本文提出的基于移动趋势感知的多属性垂直切换算法后，切换次数明显减少，证明此算法确实有改进性能，得到良好的切换结果。
实施例二
低速移动下网络属性值与切换状态
根据本发明提出的算法，选择多属性判决值最大的备选网络进行网络切换。从图6与图7的对比分析，可以很直观的得到在低速移动环境下，采用MEW切换算法，发生切换次数较多，而且频繁，表明有明显的乒乓效应；采用本文提出的基于移动趋势感知的多属性垂直切换算法后，切换次数明显减少，证明此算法确实有改进性能，得到良好的切换结果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S01计算或获取切换判决参数并做归一化处理，其中切换判决参数包括：终端向各个切换备选基站方向的移动趋势强度值、各个切换备选基站的可用带宽及从各个切换备选基站获得的接收信号强度；
步骤S02由各个切换判决参数归一化后的参数值得到各个切换判决参数对应的加权因子；
步骤S03将所得到的各个切换判决参数对应的加权因子和归一化后的切换判决参数通过乘法指数加权法进行计算，得到各切换备选基站的多属性判决值；
步骤S04终端从各切换备选基站的多属性判决值中选择多属性判决值最大值的备选基站进行切换。
2.如权利要求1所述基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，其特征在于，在所述步骤S01中计算终端到各个切换备选基站方向的移动趋势强度值的过程如下：
步骤S011计算终端到某一切换备选基站的多普勒频移的值；
步骤S012基于计算的多普勒频移根据多普勒频移公式来计算终端与该切换备选基站连线方向上的速度分量；
步骤S013基于求取的速度分量对移动趋势强度值进行归一化处理。
3.如权利要求2所述基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，其特征在于，所述步骤S012根据多普勒频移公式：|Vmcosθ|＝(fd/fc)Vc计算速度分量，其中，fd表示多普勒频移，fc为原始信号载波频率，Vc为电磁波传播速度，则计算移动趋势强度值V的具体过程如下：
<mrow>
<mi>V</mi>
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<mi>V</mi>
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<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
<mo><</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
其中dc表示用户移动方向，大于0时表明终端前往切换备选基站，反之表示远离切换备选基站。
4.如权利要求2所述基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，其特征在于，所述步骤S013中，基于求取的速度分量对移动趋势强度值进行归一化处理的计算式为：
<mrow>
<mi>T</mi>
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<mi>x</mi>
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</mrow>
</mrow>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中x表示终端的位置坐标，v(x)表示在此坐标下的终端与该切换备选基站连线方向上的速度分量。
5.如权利要求1所述基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，其特征在于，在所述步骤S01中对所述各个切换备选基站可用带宽BW的归一化处理的计算式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
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<mfenced open = "{" close = "">
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<mi>x</mi>
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</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
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</mrow>
上式中，定义x为终端的位置坐标，B(x)为各个切换备选基站的可用带宽，Bmax(x)为切换备选基站带宽的最大值。
6.如权利要求1所述基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，其特征在于，在所述步骤S01对各个切换备选基站获得的接收信号强度进行归一化处理的具体过程如下：
<mrow>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>R</mi>
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<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>x</mi>
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</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
上式中，x为终端的位置坐标，R(x)定义为终端获取的切换备选基站的接收信号强度，Rmax(x)为终端所能获得接收信号强度的最大值，Rth(x)为设置的接收信号强度门限值。
7.如权利要求1所述基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，其特征在于，所述步骤S02包括：
步骤S021计算各个切换判决参数归一化后的对应参数的标准差ωi：
<mrow>
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<mi>&omega;</mi>
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<mo>,</mo>
<mi>k</mi>
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<mo>-</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mi>n</mi>
</mfrac>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>k</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>k</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
</msqrt>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中n代表切换备选基站的个数，取值T、B、R，分别代表终端向各个切换备选基站方向的移动趋势强度值，各个切换备选基站可用带宽BW，从各个切换备选基站获得的接收信号强度RSS的参数值，k表示取不同的切换备选基站；
步骤S022由所述标准差ωi得到各参数对应的加权因子：
<mrow>
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>&xi;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mrow>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>T</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>R</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mi>T</mi>
<mo>,</mo>
<mi>B</mi>
<mo>,</mo>
<mi>R</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
<mo>.</mo>
</mrow>
8.如权利要求8所述基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法，其特征在于，所述步骤S03中，令备选基站为k，获得多属性判决值的函数为：
Ck＝ξTμT,k+ξBμB,k+ξRμR,k。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710233378.XA CN107071839A (zh) | 2017-04-11 | 2017-04-11 | 一种基于移动趋势感知的多属性垂直切换的方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107071839A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112469093A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-09 | 上海擎昆信息科技有限公司 | 在混合网络中进行切换的方法和装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104093177A (zh) * | 2014-06-27 | 2014-10-08 | 南京邮电大学 | 一种基于移动趋势的多属性判决垂直切换方法 |
| CN105491611A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-04-13 | 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 | 无线网络切换方法和系统 |
| CN105611591A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-05-25 | 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 | 异构网络垂直切换方法及其系统 |
-
2017
- 2017-04-11 CN CN201710233378.XA patent/CN107071839A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| CN104093177A (zh) * | 2014-06-27 | 2014-10-08 | 南京邮电大学 | 一种基于移动趋势的多属性判决垂直切换方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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