CN107809779A - 基于上网人群意图判断的异构网络中向下垂直切换控制算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于上网人群意图判断的异构网络中向下垂直切换控制算法，收到来自移动设备的切换请求时，对WLAN当前容量及移动设备的信息进行询问处理；根据询问处理的信息来判断该请求的类型，并根据划分的类型进行初步处理；在接受到初步处理的请求后，将信息中的速度与预设门限值进行对比从而标记分类，对第一类无效请求拒绝操作，如果是第二类则对第二类有效请求进行概率允许接入操作。本发明通过切换请求接纳控制算来判断用户终端发出向下垂直切换请求的用户终端，使得系统本身不是完全被动的接受所有无论是否有效的切换请求，而是使系统对请求进行合理的分辨，拒绝大量无效请求后可以减少非常多的资源占用，也能够减轻无线局域网的阻塞状况。

Description

基于上网人群意图判断的异构网络中向下垂直切换控制算法

技术领域

本发明涉及蜂窝网络切换至WLAN网络垂直向下切换(Down Vertical Handoff，DVHO)控制算法，特别涉及判断潜在需要切换网络的用户意图与控制算法的结合。

背景技术

关于异构网络的研究最早追溯到1995的美国加州大学伯克利分校发起的BARWAN(Bay Area Research Wireless Access Network)项目，该项目负责人R.H.Katz在文献(The case for wireless overlay networks)中首次将相互重叠的不同类型网络融合起来以构成异构网络，从而满足未来终端的业务多样性需求。为了可以同时接入到多个网络，移动终端应当具备可以接入多个网络的接口，这种移动终端被称为多模终端。由于多模终端可以接入到多个网络中，因此肯定会涉及到不同网络之间的切换，与同构网络(Homogeneous Wireless Networks)中的水平切换(Horizontal Handoff,HHO)不同，这里称不同通信系统之间的切换为垂直切换(Vertical Handoff，VHO)。在此后的十几年中，异构网络在无线通信领域引起了普遍的关注，也成为下一代无线网络的发展方向。很多组织和研究机构都对异构网络进行了深入广泛的研究，如3GPP、MIH、ETSI、Lucent实验室、Ericsson研究所、美国的Georgia理工大学和芬兰的Oulu大学等。

当前一代无线网络是无线个域网(如Bluetooth)、无线局域网(如Wi-Fi)、无线城域网(如WiMAX)、公众移动通信网(2G、3G、4G)以及Ad Hoc网络等多种接入网共存的异构无线网络。

而2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo，这也标志着未来我们的生活将迈入5G时代，未来5G网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及，面向2020年及以后，移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来5G网络中，减小小区半径，增加低功率节点数量，是保证未来5G网络支持1000倍流量增长的核心技术之一。因此，超密集异构网络成为未来5G网络提高数据流量的关键技术。

由国务院印发《“十三五”国家信息化规划》(发布时间：2016-12-27来源：中国政府网)第一部分发展现状与形式中的发展成就：

信息基础设施建设实现跨越式发展，宽带网络建设明显加速。截至2015年底，我国网民数达到6.88亿，互联网普及率达到50.3％，互联网用户、宽带接入用户规模位居全球第一。第三代移动通信网络(3G)覆盖全国所有乡镇，第四代移动通信网络(4G)商用全面铺开，第五代移动通信网络(5G)研发步入全球领先梯队，网络提速降费行动加快推进。三网融合在更大范围推广，宽带广播电视和有线无线卫星融合一体化建设稳步推进。北斗卫星导航系统覆盖亚太地区。

由上可知目前为止我国每年都在加大网络构架与普及的力度，而相应的移动通信网络用户的规模也是稳步提升，截止2015年异构网络的主要组成部分则是2G、3G和4G，而回望已经结束的2016年，4G通信网络基本全国普及，5G则也正在努力向商用前进，公共热点的推广普及也在各省市稳步进行中，也就是异构网络的组成部分变为2G、3G、4G，WLAN以及即将要加入的5G。

基于上述背景、技术、国家发展规划等方面的资料不难得知未来的网络正走向超密集异构网络，在异构网络中最常见的就是水平切换，且技术非常成熟，其次则是模间垂直切换(DVHO)，而垂直切换的研究目前仅有的是例如以一定的概率拒绝速度过高的用户终端；设置用户终端偏好网络参数以及对异构网络进行资源分配的推导等方法。

发明内容

本发明的目的是通过切换请求接纳控制算来判断用户终端发出向下垂直切换(由移动通信蜂窝网络切换至无线局域网)请求的用户终端是因为终端本身WLAN功能没有关闭从而发起没必要的切换请求，或是真正需要切换网络的有效请求，从而使得系统本身不是完全被动的接受所有无论是否有效的切换请求，而是使系统对请求进行合理的分辨，拒绝大量无效请求后可以减少非常多的资源占用，也能够减轻无线局域网的阻塞状况，尽可能避免了用户终端用户想连连不上，不需要连却连上的问题。

为此目的本发明采用的技术方案为基于上网人群意图判断的异构网络中向下垂直切换控制算法，包含以下步骤：

步骤1：收到来自移动设备的切换请求时，对WLAN当前容量及移动设备的信息进行询问处理；

步骤2：根据步骤1询问处理的信息来判断该请求的类型，并根据划分的类型进行初步处理；

步骤3：接受到来自步骤2初步处理的请求后，将信息中的速度与预设门限值进行对比从而标记分类，对第一类无效请求拒绝操作，如果是第二类则进行下一步；

步骤4：对第二类有效请求进行概率允许接入操作。

进一步，上述步骤1具体包括：当新的切换请求携带其速度及位置信息到达时，先对WLAN网络进行询问，询问无线局域网中的用户数量是否已经达到网络承载上限N₁，此时系统的状态为S，如果网络中用户数量已经满员，则直接拒绝此切换请求，用户数量未满则用户终端的请求进行下一步处理，假设移动终端的移动性是均匀的，则它们分别使用的总资源如下：

V∈(0,12.22)(m/s)

R_ω(S)＝(n_K+1+n_ω)r_ω。

进一步，上述步骤2具体包括：判断请求的类型，如果是一个新的切换请求，则接受这个请求，如果是向下垂直切换，则进行下一步；

进一步，上述步骤3具体包括：当携带信息的请求到达后，将信息中的速度值与第一门限阈值进行比较，当速度大于第一门限阈值时，就可以标记该请求属于第一类请求；当信息中的速度小于第一门限阈值时，则标记此请求为第二类请求。

进一步，上述步骤4具体包括：基于用户终端切换请求的附带信息来进行切换请求的处理，其接入概率表达式为：

P＝0.7×(-0.2624V+0.9308)+0.3×(-0.01×l₂+1)。

进一步，可以根据布设WLAN的目的或场所由布设方自行修改参数。

上述布设WLAN的目的或场所的异构网络模型可以是：GSM/WLAN、GPRS/WLAN、EDGE/WLAN、UMTS/WLAN、PHS/WLAN、CDMA2000/WLAN、TD-SCDMA/WLAN、WCDMA/WLAN、HSDPA/WLAN、4G/WLAN、UMTS/WLAN、WiMAX/WLAN、DECT/WLAN、5G/WLAN以及后续演进通信技术/WLAN。

布设WLAN的目的或场所可以分为私人热点、半公共热点和公共热点。

自行修改参数时可以将上网人群的主要行为特征以及地理位置作为参考要素来建立判断请求有效性的算法。

自行修改参数时可以通过设置多个门限阈值来对切换请求的类别及有效性进行逐步判断。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1，本发明提出了全新的由上网人群的行为特征反向来判断异构网络中的切换请求是否是有效请求，在一定程度上实现了请求判断智能化，从而提升对无效请求的阻塞率来减少非要的VHO处理资源占用；

2，本发明在保证WLAN网络中带宽利用率的同时，提升了异构网络的系统性能，也降低了乒乓效应产生的可能。

附图说明

图1为理想状态下半径R为4D的WLAN覆盖范围平面投影图；

图2为异构网络模型示意图；

图3为切换请求接纳控制流程图；

图4为速度和接入概率关系示意图；

图5为位置与接入概率的关系图。

具体实施方式

现结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示就是一个理想状态下半径R为4D的WLAN覆盖范围平面投影图，根据信号强度每衰减25％则划分一个环状区域，同样的蜂窝通信小区也划分为同心圆环状进行分析。

令n_k是蜂窝网络中第k个环中的移动用户数(k＝1,...,K)，n_K+1是在WLAN中服务的蜂窝用户的数量。系统状态S表示为(n₁,...,n_k,n_K+1)。首先A_c表示的是蜂窝小区总的覆盖的区域面积，A_c,k表示的是划分为同心圆环环区中的第k个环的面积，A_ω,k表示的是与第k个环重叠的WLAN的面积。我们可以定义P_c,k和P_ω,k分别作为用户位于划分为同心圆环状的蜂窝小区和WLAN小区中的第k个环的概率，这些概率不包括蜂窝小区同WLAN小区的重叠区域以及在第k个环蜂窝小区和WLAN的相交的部分。假设用户终端的移动性是均匀的，这些概率可以写为：

对于k＝1,...,K,和因此有P_c+P_ω＝1。

令λ_c是蜂窝网络的小区中的新切换请求到达速率，λ_h是用户进入划分为环状蜂窝小区时的切换速率。并且用户的平均切换请求保持时间被表示为1/μ_c。由于WLAN用户倾向于保持静止，因此假设没有WLAN用户的切换请求。在WLAN中，为了简单起见，假定所有用户需要相同的资源量。然而，对于蜂窝网络，用户所需的资源根据其与相应基站(BS)的距离而变化，并且保留信道被预留用于切换和移动性。因此，我们考虑简单的CBR(Constants BitRate，固定比特率)流量，但将分析扩展到多种流量类型是直接的。当切换请求到达蜂窝网络中的第k个环时，其需要占用C_k的资源，而WLAN中的用户需要占C_o的资源。

C_c和C_ω分别是蜂窝网络和WLAN的资源容量最大值，C_g是蜂窝网络保留的最低资源的量。固定数量的资源C_f被分配给WLAN用户，并且C_ω-C_f的剩余资源可以被分配给请求到WLAN的连接的蜂窝用户。

当系统处于状态S时，R_c(S)和R_ω(S)分别是在蜂窝网络和WLAN中使用的总资源。它们计算方式由下式给出：

R_ω(S)＝n_K+1C_o+C_f

首先，考虑用户在相邻环之间的移动性。当用户终端进入给定的环时，假定其驻留在那里的剩余时间服从指数分部，其平均值为1/γ。在该时间周期结束时，第k个环中的用户可分别移动到具有P_k,into(即向相邻内环移动)或P_k,out(即向相邻外环移动)的概率的第(k-1)或第(k+1)个环(参见图1)。或者，用户可以以概率P_k,stay(即停留在当前环内)停留在第k个环内，这可以等效地看作用户在特定剩余时间之后在环内移动。假设用户的移动方向是均匀分布的，我们可以得到P_k,into和P_k,out根据第k个环的内圆周和外圆周l_k,into和l_k,out确定。对于k>1，参数由下式给出：

这些结果与移动性的结果一致，其中已经通过使用平衡方程计算出了概率和以满足平均向内速率应等于平均值在每个环边界处的外向速率。其中的特殊情况是：对于最内侧的“环”(即k＝1)，用户总是在某个剩余时间之后移出环，因此P_1,out总是1，其他的概率变为0。

现在考虑在蜂窝和WLAN区域之间移动的概率。当用户移出WLAN的覆盖范围时，它可以移动到扇区中的第k个环，或者它可以移动到相邻小区。相应的概率表示为β₁和β_k+1。假设用户终端的方向在[0,2π]上是均匀的，这些概率分别与位于第k个环或相邻小区内的WLAN边界的长度成一定比例。一般来说，我们需要在接收信号强度(RSS)中具有一定程度的冗余量以用于切换，以防止发生来回切换。假设冗余量为ξdB，可以假设给定的路径损耗来计算β₁和β_k+1。也就是说，对于第一环和第k环，如果用户离开WLAN并且从WLAN边界到相应的圆环区/环边界的路径损耗差小于余量，则用户移动到第一环或者相邻小区。例如，考虑一个简单的3环情况，其中半径R＝100m，其中路径损耗(dB)由(d是无线信号传播的距离，单位为m)和ξ_th＝1dB给出。然后，β₁＝0.11，β₂＝0.31，β₃＝0.37，β₄＝0.21。

接下来考虑蜂窝网络和WLAN之间的平衡方程。第k个环中的用户以α_k的概率移动到WLAN中。在每个环内的WLAN覆盖的边界上，从蜂窝网络到WLAN的平均移入速率应该等于从WLAN到蜂窝网络的平均移出速率，即：

P_c,1γ₁α₁＝P_ωγ_ωβ₁

P_c,2γα₂＝P_ωγ_ωβ₂

P_c,Kγα_K＝P_ωγ_ωβ_ω

γ_Rα_K+1＝P_ωγ_ωβ_K+1

其中1/γ_ω和1/γ₁分别是WLAN和最内环中业务持续的平均剩余时间。α_K+1是来自相邻小区的切换切换请求向VHO请求VHO的概率。假设剩余时间与区域的尺寸成比例，即1/γ_R＝αR，1/γ₁＝αD和1/γ＝αD/2，其中1/γ_R是环区中的平均剩余时间，R是小区半径，α为常数(由用户的移动特性确定)。

在WLAN中，C_f为WLAN用户分配固定量的资源，并且可以将WLAN的剩余资源C_ω-C_f分配给新出现在双覆盖区域中或请求向下VHO的蜂窝用户。然而，对于蜂窝网络，用户终端使用的资源取决于用户终端的位置，保留保护资源以支持切换和移动性。

当新切换请求出现在WLAN覆盖区域和第k个环的交集中时，它由蜂窝网络以1-ω_k的概率服务。新切换请求尝试以ω_k概率连接到WLAN。如果在WLAN中没有可用的资源，则用户终端尝试连接到蜂窝网络；只有当蜂窝网络和WLAN中的资源不可用时，切换请求才被阻塞。

对于在第k个环中的用户终端的向下VHO请求，它们在WLAN中以概率ω_k被处理。而请求概率为1-ω_k的VHO将继续停留在蜂窝网络中。当切换请求成功地切换到WLAN时，蜂窝网络释放C_k的资源，并且在WLAN中占用一定的资源。如果ΔC＝C_k-C_o＞0，则启动VHO以减少总体资源使用是有益的。较大的ΔC值表示由于VHO有更有效的资源使用。来自相邻小区的用户以α_k+1的概率进入重叠覆盖区域，并以概率ω_k向WLAN请求向下VHO。如果在WLAN中没有资源可用，则它们的请求会被拒绝，并且它们尝试接入蜂窝网络。

使用切换请求阻塞概率P_B和切换失败概率P_f来测量系统性能。新切换请求可以在蜂窝网络或WLAN中分别具有概率P_B,c和P_B,ω以及P_B＝P_B,c+P_B,ω的阻塞率。类似地，P_f＝P_f,c+P_f,ω，其中P_f,c和P_f,ω分别是到蜂窝小区和WLAN的切换失败的概率。CAC的目标是为WLAN选择概率的向量找到最佳值，使得P_B和P_f最小化。引入两个新的概率P'_B和P'_f作为成本测量。P'_B是新的切换请求尝试失败概率，P'_f是切换尝试失败概率。当新切换请求或VHO切换请求尝试连接到WLAN时，如果WLAN中没有可用资源，则其尝试将失败。然而，它不被阻止或丢弃，除非在蜂窝网络中没有可用的资源。这些尝试失败导致在控制平面中浪费资源；因此减少这些故障概率以使成本和复杂性最小化也是重要的。

关于网络状态的转换：

1.WLAN之外的新切换请求到达：当切换请求以λ_c,k＝λ_cP_c,k，n_k→n_k+1的速率到达非重叠的第k个环时，如果R_c(S)+C_k≤C_c-C_g。否则，它将被阻止。2..双重覆盖区域中的新切换请求到达：当新切换请求以λ_cP_ω,k的速率出现在第k个环中时，它尝试分别以ω_k或1-ω_k的概率连接到WLAN或蜂窝网络。当新切换请求使用WLAN时，如果R_ω(S)+C_o≤C_ω，则n_K+1→n_K+1。否则，如果R_c(S)+C_k≤C_c-C_g，则n_k→n_k+1。

当切换请求终止时，蜂窝网络或WLAN的资源释放如下:

1.当切换请求在第k个环中以n_kμ_c,n_k→n_k-1的速率终止时,k＝1,...,K。

2.当切换请求在WLAN中以n_K+1μ_c,n_K+1→n_K+1-1的速率终止时，来自相邻小区的切换可以分为几种情况。到达该小区的嵌入式WLAN外部的到相邻小区的切换以1-α_K+1的概率发生；以α_k+1的概率发生到相邻小区的双覆盖区域的切换。正在切换到双覆盖区域的用户终端以概率ω_k请求VHO。否则，存在水平切换，其以概率1-ω_k发生。

a.切换请求以(1-α_K+1)λ_h的速率进入蜂窝区域；当发生这种切换时，如果R_c(S)+C_k≤C_c，则。

b.切换请求以双重覆盖区域中的WLAN执行VHO，速率为ω_Kα_K+1λ_h；当这种情况发生时，如果R_ω(S)+C_o≤C_ω，则n_K+1→n_K+1+1，或者如果R_c(S)+C_k≤C_c，则n_K→n_K+1。

c.切换请求以(1-ω_K)α_K+1λ_h的速率从双覆盖区域执行到蜂窝网络的水平切换；当这些中的一个发生时，如果R_c(S)+C_k≤C_c，则n_K→n_K+1。

在向下VHO期间，在第k个环中的切换请求以ω_k的概率尝试VHO到WLAN。在接受请求后，必须保证WLAN中具有R_ω(S)+C_o≤C_ω。在VHO完成之后，在蜂窝网络中释放C_k资源。因此，ΔC越大，ω_k应越大。对于向上VHO，C_o的资源在WLAN中释放，并且资源在蜂窝小区环中被占用。

切换请求第k个环(k＝2，...，K)以n_kα_kω_kγ的速率移动到双覆盖区域，并改变S如下：如果R_ω(S)+C_o≤C_ω，则n_k→n_k-1和n_ω→n_ω+1。

第一次提出时切换请求时，用户终端以n₁α₁ω₁γ₁的速率移动到双覆盖区域，S的变化与上述相同。

用户终端以n_K+1γ_kβ_k,k＝1,...,K的速率移出到第k个环，如果R_c(S)+C_k≤C_c，则S改变如下：n_K+1→n_K+1-1和n_k→n_k+1。

用户终端以n_K+1γ_ωβ_K+1的速率切换到相邻小区，并且S改变如下：n_K+1→n_K+1-1。

当用户在蜂窝网络中的环之间向外或向内移动时，它需要更多的资源或更少的资源。

当第k个环(k＝1,...,K-1)中的用户向外移动时，需要更多的资源，状态S随着第k个环中的用户减少和与之相邻的外一个环中用户对应增加，此时如果，则用户可以保持其连接，其中是用户所需的附加资源。在最外环(第k个环)中，用户可以切换到相邻小区，即n_k→n_k-1，速率为n_KP_K,outγ。

对于环(k＝2,...,K)，当用户向内移动时，n_k-1→n_k-1+1和n_k→n_k-1的速率为n_KP_K,intoγ。

状态转换速率可从上述研究中获得。然后可以利用归一化条件∑_allπ(S)＝1获得表示为π(S)的稳态概率。

在以上部分中，λ_c,k是呼叫的到达速率，λ_c是蜂窝网络的环中的新呼叫到达速率，P_c,k是用户位于第K个环的概率，C_c是蜂窝网络的容量，C_g是蜂窝网络保留的保护资源量，ω_k是尝试连接到无线局域网的概率，1-ω_k是尝试连接到蜂窝网络的概率，1-ω_K是水平切换的概率，ω_K是用户终端进行垂直切换的概率，β_k和β_K+1表示的是用户终端在蜂窝网络和无线局域网之间移动的概率，α_k是表示蜂窝网络中第k个环中的用户移动到无线局域网中的概率，A_c是蜂窝小区的覆盖面积，A_c,k是划分为环状的蜂窝小区中第k个环的面积，A_ω,k是与第k个环重叠的WLAN的面积，P_c,k和P_ω,k为用户位于第k个环的概率，不包括与WLAN的重叠区域以及在第k个环和WLAN的交集中，P_k,into和P_k,stay分别是用户终端向内环或向外环移动的概率，l_k,into和l_k,out分别是内圆和外圆周长，ξ_th是指在RSS中的冗余量，β₁等指的是电磁波在不同介质中的衰减系数，1/γ_ω和1/γ₁分别是WLAN和最内环中的平均残留时间，α_K+1是来自相邻小区的切换呼叫向VHO请求VHO的概率，P_B是呼叫阻塞概率，P_f是请求切换失败概率。

在现在的城市中无线局域网(WLAN)覆盖场所越来越多的一个重要原因就是因为时下流行趋势，越来越多的人无论是上班路上，工作中，锻炼身体，饮食，泡吧，逛街等等行为过程，都越发的依赖手机，而相应的在饮品店、酒店、饭馆、银行乃至医院等一类共同特点就是需要一定等待时间的公共场所为了吸引顾客也好，为了适应潮流又或者为了缓解等待人群的心情等原因，基本都设立了无线局域网来供人群使用，而也是与之相对应的人群的典型行为方式也就体现出来，无论是排队，等待，处于无线局域网信号覆盖范围内连上或者正在提出切换请求的用户终端的状态都基本处于静止或者相对静止或者是极低速(行为趋于静止)的运动，也就是可以将用户终端的速度作为其提出切换请求是否有效的参考要素。接下来将周围环境放大后观察，又可以发现，大部分布设了中小型无线局域网的场所例如饮品店，饭店一类经营性质的，都是临街，也就是出了门面就是人行道，再向外则是非机动车道(单车，电动自行车道)，再外围则是机动车道，每天从早上学生上学，单位上班到夜深后大部分人都休息了的这个期间内，各种形式的人流量非常巨大，从步行到乘坐各种交通工具的，以当下我国用户终端的持有量完全可以假设为这些通过了临街WLAN信号覆盖范围内的人都是携带了用户终端的，当短时间内的人流量超过500人时，假设其中有10％的用户终端没有关闭WLAN功能，而路过信号覆盖范围时便会自动选择迁移到无线局域网中从而向无线局域网发出了向下垂直切换请求，然后系统正在对请求进行处理或正准备开始处理时，用户终端就已经离开了信号覆盖范围或者是请求刚被接受设备却在几十秒或者几秒内就离开了网络，这样的模式条件下不仅仅是造成了VHO的严重阻塞，也会导致资源被完全无必要的占用，仔细观察这一类无效请求的共同特征，依旧是体现在速度上，而且这个速度相对于正在正常使用无线局域网的用户的速度来说明显高出了非常多，这就使得速度可以成为甄别请求的有效性重要依据。

其次，再观察有效请求用户与无效请求用户处在中小型无线局域网信号覆盖范围内时所处位置，鉴于无线路由器的拥有者属于经营性质，因此无线路由器只会选择布置在建筑物内自己所属的场所，而不会选择布设在室外，反向由上网用户的用户终端的WLAN信号检测功能可以轻易的将热点信号划分出四个强度等级不同范围。

为了使上述行为分析结果能在新的异构网络呼叫接纳控制算法中得到应用，因此我提出一种门限结合概率的方法来实现：

第一步：当新的切换请求携带其速度及位置信息到达时，先对WLAN网络进行询问，询问无线局域网中的用户数量是否已经达到网络承载上限，如果网络中用户数量已经满员，则直接拒绝此切换请求，用户数量未满则用户终端的请求进行下一步处理；

第二步：判断呼叫的类型，如果是一个新的请求，则接受这个请求，如果是向下垂直切换(DVHO)，则进行下一步；

第三步：当携带信息的请求到达后，将信息中的速度值与第一门限阈值进行比较，，当速度大于第一门限阈值时，就可以标记该请求属于第一类请求(即请求发起处于移动中的交通工具上，这类切换请求都划分为无效请求)，而信息中的速度小于第一门限阈值时，则标记此请求为第二类请求(潜在有效请求，发起请求时处于WLAN网络覆盖范围内，且不处于交通工具上)，标记为第一类请求的请求将会被直接拒绝切换，使其保持在发出切换请求前的网络中(CDMA2000)，而标记为第二类请求的则进行下一步处理；

第四步：基于用户终端切换请求的附带信息来进行切换请求的处理，整体而言就是用户终端速度越高，距离WLAN中心越远，则允许切换的概率越低，反之用户终端移动速度越低，离WLAN中心越近则允许切换的概率越高。

第五步：根据热点布设的目的或场所来进行参数修改，即N₂，N₂是由布设WLAN时设备所有者按最大并发接入用户的50％-70％来计算，这个值可以理解为可以保证WLAN网络中已有用户的上网体验的阈值，超过这个值后依旧有新用户接入同样会使WLAN的体验下降，以RD-W25AP型号为例场景速率以及单AP推荐值如下表1：

表1

场景	无线AP型号	频率(GHz)	速率(Mbps)	单AP推荐值(人)
					普通应用	RD-W25P	2.4	300	10～15
普通应用	RD-W25P	2.4	300	30～35
					普通应用	RD-W25P	2.4	300	34～40
普通应用	RD-W25P	2.4	300	40～45
					高密度应用	RD-W25P	2.4/5.8	1200	100～120
普通应用	RD-W25P	2.4	300	40～45
					室外应用	RD-W25P	2.4	300	40～45

关于带宽计算或AP数量的计算：

1.可以根据AP数量、最大并发用户数、每个用户分配的带宽，来得到出口带宽。WLAN容量带宽＝最大并发用户数×每用户带宽。

2.最大并发用户数可以根据覆盖场景的人数进行50％～70％估计。

3.为了让每个无线终端有足够的带宽可利用，一般建议一个无线AP接入10～15个无线(以RD-W25AP为例，根据上表中的推荐接入数量)。

4.AP数量＝最大并发用户数/15(单AP容纳用户数)。

5.每个用户分配的带宽一般可以自行设置一个中间值，进行计算估计，如100kbps。

预设方案：

①私人热点：为家庭热点类型，既要保证用户上网体验的同时又要防止私人热点被外人蹭，因此应当在热点拥有者预设最大同时链接热点用户数，超过这个预设值则以100％的概率拒绝新的切换请求；(作为私人热点不参与讨论)

②半公共热点：为书店，茶馆，饭店，咖啡馆，KFC等一类需要保证链接热点的用户上网体验的热点类型，当热点内已有的热点用户数量已经接近或超过最优体验时用户数量时，则以60％至70％的概率拒绝新的切换请求；

③公共热点：为学校食堂、宿舍、校区等一类型的公用无线热点并不是特别需要保证用户体验而是需要尽可能的保证大部分人都能接入公共热点，而此时则以极低或较低的1％至10％的概率拒绝新的切换请求。算法流程图如图3所示。

关于门限阈值的确定：

N₁为热点能容纳的用户上限，V₁定义为常见交通工的速度较低速度(城市中通常为轿车，公交车，非机动车，取非机动车低速为第一门限值，作用是将完全不需要切换的用户请求从收到的所有请求中剔除)，当一个新的来自用户的用户终端网络切换请求到达时，首先由用户终端内置GPS功能得到提出切换网络请求的用户终端的移动速度V以及第一次提出切换请求的位置距离热点发射源的距离记作，然后由热点信号强度划分出四个信号强度区域圆环，半径由内向外依次是：r₁,r₂,r₃,r₄，信号强度向外依次衰减。

当用户终端的移动速度关系为时V＞V₁，此时可以将该用户终端提出的切换请求视为无效的请求并将其拒绝，因为发出切换请求的用户终端处于快速移动的交通工具上，并不需要切换至WLAN网络也不会长时间的停留在WLAN网络范围内。

接下来引入第二个门限值V₂，V₂定义为行人正常散步或行走速度(取正常步行速度为第二门限值，作用是将收到的剩余请求中不太可能需要切换至WLAN的用户请求以一定的概率拒绝)，当提出切换请求的用户终端的移动速度为V＜V₁时，则认为该切换请求是潜在有效请求，从而进入下一步的判别，我们知道的是离热点越近，信号强度也就越强，上网的体验也就会越好，而在半公共以及公共热点覆盖区域内，需要链接至热点的用户都是出于潜意识的寻找热点信号强的区域而不是选择热点信号弱的区域，例如当你处在信号最弱的区域时，连上了热点，但是由于处在热点信号的边缘，可能因为一次信号的不稳定而导致掉网，变成数据状态看电影或下载，这就会造成用户不必要的损失，也因为这样的原因，用户更多情况下会选择由区域向信号更强也更稳定的其他三个区域移动，直观的表达就是由第一次定位获得的l₁，r₃＜l₁＜r₄，当间隔5到10秒左右后的第二定位获得的l₂，当l₂＜r₃且V＜V₂，这时基本可以判别用户的切换请求是有效的；而存在的另一种情况则是l不断的趋近于r₁但是V≈V₂，这种情形则可以判别为行人，而其用户终端所发出的切换请求很有可能是无效的。经过上述的一系列筛选判别后留下请求基本都是有效请求了。

以一个室外公共无线热点，其信号覆盖半径100m为例，当城市内道路限速为40Km/h时，根据《中华人民共和国道路交通安全法》可以知道：

大部分机动车的速度为：12.22m/s，而城市内自行车一般情况速度为：4.17m/s国家的标准电动车时速为：5.56m/s，由此可得第一门限值也就是用以区分用户是否处在交通工具上的速度为：4m/s，

小孩10岁左右4km/h＝1.11m/s

成人男30岁左右4.5km/h＝1.25m/s

成人女30岁左右4km/h＝1.11m/s

60岁以上老人3到3.5km/h＝0.97m/s

成人行走速度(5.2±0.4)km/h]＝1.44±0.11m/s

慢跑的自然步频平均(8.5±1.4)km/h＝2.36±0.39m/s

以上数据对照整理后如表2所示：

表2

以上数据关系通过辅助软件生成的拟合函数以及对应的函数图像如图4所示。接下来则是由假设的覆盖半径为100m的WLAN四个信号强度环型区域与接入关系如下表3以及软件辅助生成的函数和函数图像图5所示(关于信号强度范围划分可以按照室外AP覆盖范围推算出半径，然后每25％的距离向外依次划分出四个强度范围；相对室外开放环境，室内的由于多重障碍物的原因，则需要以路径传输损耗公式：来计算)

表3

根据算法需要，对两者进行加权整合后允许切换网络的概率关系如下：

P＝0.7×(-0.2624V+0.9308)+0.3×(-0.01×l₂+1)

关于权重的问题：

当前根据计算权重的原始数据的来源区别，可以权重分配的方法分为一下几种：

1.主观赋权法

主观赋权法是根据决策者个人主观上对不同参考要素的偏重程度来确定属性权重的方法，其原始数据由决策者根据经验主观判断从而得到；常用的主观赋权法有Delphi法、AHP法、二项系数法、环比评分法、最小平方法等。

2.客观赋权法

由于主观赋权法的缺点，后来又提出了客观赋权法，即其原始数据由各参考要素在赋权方案中的实际数据形成，原理为：参考要素权重必须是各参考要素在参考要素集合中的改变状况和对别的参考要素的影响程度的度量，赋权的原始数据必须来源于客观环境，处理数据的过程必须是充分挖掘不同参考要素之间的相互联系及影响，然后依据各参考要素的联系程度或各要素所提供的数据量大小来决定属性权重。

3.组合赋权法。

鉴于主、客观赋权法各自的优点和不足,为兼顾决策者对参考要素的偏好,同时需要降低赋权主观随意性,使得对参考要素的赋权达到主观与客观的有机结合，进而使决策者的结果更加可靠，后又发明了结合主、客观赋权结果的赋权方法,也就是组合赋权法。

上述行为判别公式采用的是主观赋权法。

而在论文中由于使用的是由上网人群的共性行为来作为行为判断意图的依据，且需要上网和不需要上网的两类人群在相对速度的差距是非常明显的，因此主观赋权时速度占了0.6的分配权重，而用户所处的位置占了其中的0.3的权重，但是考虑到对用户设备自带GPS的测速精度以及定位精度的误差，而对于用户终端的速度还有其他四种方式可以获取，是由Abdi等人讨论的四类估计器，其中最简单的是利用从用户终端接受的信号的最大多普勒效应来计算用户终端速度(四种方式的本质是基于交叉技术，基于协方差技术，基于功率谱技术以及最大似然技术)因此将速度在公式中的权重+0.1，而用户终端相对于WLAN信号源的距离的权重-0.1，因此采用了0.7的速度和0.3的位置权重分配关系。

Claims (10)

1.基于上网人群意图判断的异构网络中向下垂直切换控制算法，其特征在于包含以下步骤：

步骤1：收到来自移动设备的切换请求时，对WLAN当前容量及移动设备的信息进行询问处理；

步骤2：根据步骤1询问处理的信息来判断该请求的类型，并根据划分的类型进行初步处理；

步骤3：接受到来自步骤2初步处理的请求后，将信息中的速度与预设门限值进行对比从而标记分类，对第一类无效请求拒绝操作，如果是第二类则进行下一步；

步骤4：对第二类有效请求进行概率允许接入操作。

2.根据权利要求1所述的基于上网人群意图判断的异构网络中向下垂直切换控制算法，其特征在于步骤1具体包括：当新的切换请求携带其速度及位置信息到达时，先对WLAN网络进行询问，询问无线局域网中的用户数量是否已经达到网络承载上限N₁，此时系统的状态为S，如果网络中用户数量已经满员，则直接拒绝此切换请求，用户数量未满则用户终端的请求进行下一步处理，假设移动终端的移动性是均匀的，则它们分别使用的总资源如下：

V∈(0,12.22)(m/s)

R_ω(S)＝(n_K+1+n_ω)r_ω。

3.根据权利要求1所述的基于上网人群意图判断的异构网络中向下垂直切换控制算法，其特征在于步骤2具体包括：判断请求的类型，如果是一个新的切换请求，则接受这个请求，如果是向下垂直切换，则进行下一步。

4.根据权利要求1所述的基于上网人群意图判断的异构网络中向下垂直切换控制算法，其特征在于步骤3具体包括：当携带信息的请求到达后，将信息中的速度值与第一门限阈值进行比较，当速度大于第一门限阈值时，就可以标记该请求属于第一类请求；当信息中的速度小于第一门限阈值时，则标记此请求为第二类请求。

5.根据权利要求1所述的基于上网人群意图判断的异构网络中向下垂直切换控制算法，其特征在于步骤4具体包括：基于用户终端切换请求的附带信息来进行切换请求的处理，其接入概率表达式为：

P＝0.7×(-0.2624V+0.9308)+0.3×(-0.01×l₂+1)。

6.根据权利要求1所述基于上网人群意图判断的异构网络模间向下垂直切换控制算法，其特征在于可以根据布设WLAN的目的或场所由布设方自行修改参数。

7.根据权利要求6所述基于上网人群意图判断的异构网络模间向下垂直切换控制算法，其特征在于所述布设WLAN的目的或场所的异构网络模型可以是：GSM/WLAN、GPRS/WLAN、EDGE/WLAN、UMTS/WLAN、PHS/WLAN、CDMA2000/WLAN、TD-SCDMA/WLAN、WCDMA/WLAN、HSDPA/WLAN、4G/WLAN、UMTS/WLAN、WiMAX/WLAN、DECT/WLAN、5G/WLAN以及后续演进通信技术/WLAN。

8.根据权利要求6所述基于上网人群意图判断的异构网络模间向下垂直切换控制算法，其特征在于所述布设WLAN的目的或场所可以分为私人热点、半公共热点和公共热点。

9.根据权利要求6所述基于上网人群意图判断的异构网络模间向下垂直切换控制算法，其特征在于自行修改参数时可以将上网人群的主要行为特征以及地理位置作为参考要素来建立判断请求有效性的算法。

10.根据权利要求6所述基于上网人群意图判断的异构网络模间向下垂直切换控制算法，其特征在于自行修改参数时可以通过设置多个门限阈值来对切换请求的类别及有效性进行逐步判断。