CN109548102A

CN109548102A - 一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法

Info

Publication number: CN109548102A
Application number: CN201811363942.0A
Authority: CN
Inventors: 陶洋; 纪瑞娟; 杨理; 王进; 王成宇; 潘蕾娜; 徐娟; 胡静; 侯尧
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2019-03-29

Abstract

本发明涉及一种基于自适应网络扫描周期的垂直切换方法，属于通信领域。该方法包括以下步骤：步骤1)在网络发现阶段，自适应地调整网络扫描周期进行网络发现；步骤2)在网络切换触发阶段，设定用户网络切换触发条件；步骤3)在网络选择阶段，首先对网络进行预筛选选，然后根据选择算法确定要切换的最优网络；步骤4)网络切换执行。本专利提出一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法，相对于传统的异构网络中垂直网络切换算法该方法，通过对网络扫描周期的自适应调整，以及根据用户的实际需求进行网络的选择，在节约用户的能量消耗的同时，减少了“乒乓效应”，提高了网络的服务质量和用户体验。

Description

一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法。

背景技术

随着信息化的加快，移动通信技术发生了剧烈的变化。近年来，移动通信技术和无线接入方式的发展日新月异，各种新型的网络架构和网络接入技术不断被提出。目前，常见的无线通信网络有GSM、UMTS、LTE-A、WLAN、Ad Hoc等。不同类型的无线网络在覆盖范围、可用带宽、传输时延、移动支持性以及成本等方面存在着很大的差异。如WLAN具有低成本、高可用带宽、覆盖范围较小、移动支持性差等特点。而UMTS则具有高成本、低可用带宽、覆盖范围广、移动支持性好等特点。目前没有任何一种单一的无线网络可以同时满足低成本、高可用带宽、覆盖范围广、较好的移动支持性等要求。伴随着移动互联网技术和多媒体技术的发展，网络用户对通信的需求变得复杂化和多样化，进而对无线网络的发展提出更高的要求。然而网络资源有限，为满足多样化的通信业务需求，为用户提供较好的通信服务质量，异构网络的融合是解决该问题的一种可行策略。通过不同网络的相互合作，能够达到取长补短为用户提供更好的服务质量的目的。

在复杂的网络环境下，终端可以通过认知无线电技术对周围的网络环境进行感知，探测得到自身周围可用的网络情况，根据收集到的不同网络的信息以及自身对网络的需求选择合适的网络进行接入，使有限的网络资源得到高效的利用。由于用户具有移动性，随着用户位置的不断变化其周围的网络环境也会相应地发生变化，终端需要根据自身对网络的需求选择要接入的无线网络，异构网络的垂直切换技术是网络融合中的关键一环。在网络垂直切换过程中，首先需要对网络进行搜索和发现，多模终端需要时刻准备着对所在区域中可能存在的网络进行检测，以便于能够及时获得更好的网络服务。通过认知无线电技术搜索网络的信息包括网络类型、网络的信号强度、网络可用带宽等信息，进而为后续的网络切换触发、网络选择等阶段提供参考数据。

网络信息搜索是进行网络垂直切换的前提，网络搜索能力对网络切换的效果有重要的影响。针对目前在网络搜索方法中移动终端以固定的周期进行无线网络信息的探测方法中，网络扫描周期T大小设定问题进行研究，一方面，若T过大节点会因没能及时发现可用的网络而造成网络切换延迟的问题；另一方面，若T过小则会导致用户终端消耗更多的能量。为平衡固定网络扫描周期带来的网络及时发现和用户能量消耗存在的矛盾关系，提出使用自适应扫描周期的方法，根据用户的需要进行网络的检测。主要思想根据用户当前接入的网络信号强度的大小动态地调整用户的网络扫描周期，当当前接入网络能够很好的满足用户需求则网络扫描周期较长，否则网络扫描周期变短。在减少网络扫描次数的条件下，节省了用户的能量，同时能够较好的满足用户对网络的需求。在用户处于多个无线网络的覆盖范围下时，若终端当前接入网络能够满足应用正常运行的最低网络资源需求，则不触发切换过程。进而达到减少网络切换次数，进一步降低终端因切换而消耗的电量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法。该方法通过在网络发现阶段根据用户当前接入的网络信号强度的大小，自适应地调整用户的网络扫描周期；在网络选择阶段，根据终端当前接入网络能否满足用户对应用正常运行的最低网络资源需求，决定是否触发网络切换过程。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法，包括以下步骤：

步骤1)在网络发现阶段，自适应地调整网络扫描周期进行网络发现；

步骤2)在网络切换触发阶段，终端根据当前接入网络能否满足用户对应用正常运行的最低网络资源需求，决定是否触发网络切换过程；

步骤3)在网络选择阶段，首先对网络进行预筛选，然后根据选择算法确定要切换的最优网络；

步骤4)网络切换执行阶段，根据终端根据选择得到的最优网络进行网络切换。

进一步，所述步骤1)具体为包括以下步骤：

步骤11)提取用户终端接收到的当前所接入网络的信号强度RSS_now；

步骤12)根据用户终端接收到的当前接入网络的信号强度RSS_now与设定的网络信号强度接入阈值RSS_th之间的关系，动态调整终端的网络扫描周期T_int，计算方法如下：

其中T_max、T_min分别代表最大的网络扫描周期和最小的网络扫描周期；

步骤13)多模终端根据计算得到的网络扫描的周期T_int利用认知无线电技术对周围的网络环境进行周期性扫描，得到各个网络的相关参数。

进一步，所述步骤2)具体包括以下步骤：

步骤21)若终端当前接入的网络能够满足用户应用的正常运行的最低网络资源需求，则不触发网络切换过程；

步骤22)具体为移动用户根据当前接入网络F_now的信号强度RSS_now和可用带宽资源W_A(F_now)是否同时满足RSS_now＞RSS_th,W_A(F_now)＞W_R,W_R为用户对网络带宽的需求，来决定是否触发网络切换过程。

进一步，所述步骤3)具体包括以下步骤：

步骤31)在网络发现的过程中根据接收信号强度对网络初步筛选出备选无线网络；

步骤32)根据网络信号强度、网络剩余可用带宽、网络时延、丢包率等指标来评判各个网络的综合性能，进而更好的满足用户的QoS，采用基于简单加权法的多属性判决方法，计算得到各个网络的效用函数：

其中，n代表影响网络判决的网络属性个数，w_j,(j＝1,2,...,n)表示第i个属性相对应的权重大小，并且各个权重的和满足根据层次分析法计算得出各个权重的大小。p_ij代表第i个网络中第j个属性参数的归一化值大小，F_i代表网络i的效用值，F_best代表效用值最大的备选网络；

步骤33)利用层次分析法计算网络各属性所对应的权重并进行一致性检验，按照1～9标度法对参数的相对重要程度进行赋值，通过对属性的两两比较得到量化的判断矩阵A＝(a_ij)_nxm其中a_ij为参数的相对重要程度。

进一步，所述步骤4)具体包括以下步骤：

步骤41)网络切换执行，终端切断与原接入网络的连接，建立与新网络的连接。

本发明的有益效果在于：本发明根据用户当前接入的网络信号强度的大小动态地调整用户的网络扫描周期，在减少网络扫描次数的条件下，节省了用户的能量，同时能够较好的满足用户对网络的需求。在网络切换触发阶段，若终端当前接入网络能够满足应用正常运行的最低网络资源需求，则不触发切换过程，进而减少了不必要的网络切换次数，降低了终端因网络切换而消耗的电量。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为网络垂直切换流程图

图2为基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法流程图

表1为标度的定义

表2为平均随机一致性指标RI对照表

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实例进行详细的描述。

本发明提供的一种基于自适应网络扫描周期的垂直切换方法，图1为网络垂直切换流程图，图2为本发明所诉的基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法流程图，该方法包括以下步骤：步骤1)在网络发现阶段，自适应地调整网络扫描周期进行网络发现；步骤2)在网络切换触发阶段，设定用户网络切换触发条件；步骤3)在网络选择阶段，首先对网络进行预筛选选，然后根据选择算法确定要切换的最优网络；步骤4)网络切换执行。

进一步，步骤1)包括以下几个步骤：

步骤13)多模终端根据计算得到的网络扫描的周期T_int利用认知无线电技术对周围的网络环境进行周期性扫描，得到各个网络的相关参数；

进一步，所述步骤2)包括以下几个步骤：

进一步，所述步骤3)具体包括以下步骤：

步骤32)根据网络信号强度、网络剩余可用带宽、网络时延、丢包率等指标来评判各个网络的综合性能，进而更好的满足用户的QoS。采用基于简单加权法的多属性判决方法，计算得到各个网络的效用函数：

其中，n代表影响网络判决的网络属性个数，w_j,(j＝1,2,...,n)表示第i个属性相对应的权重大小，并且各个权重的和满足根据层次分析法计算得出各个权重的大小。p_ij代表第i个网络中第j个属性参数的归一化值大小。F_i代表网络i的效用值，F_best代表效用值最大的备选网络。

网络参数分为效益型参数和成本性参数两种，如接收信号强度RSS、网络可用带宽为效益型参数，数据传输时延、丢包率非成本型参数。为便于计算对网络中的各个参数利用线性刻度转换的方法进行标准化处理：

效益型参数：

成本型参数：

其中x_ij表示候选网络i中第j个性能指标的实际大小，p_ij表示候选网络i中第j个性能指标的归一化值。

步骤33)利用层次分析法计算网络各属性所对应的权重并进行一致性检验，按照1～9标度法(标度的定义见表1)对参数的相对重要程度进行赋值，通过对属性的两两比较得到量化的判断矩阵A＝(a_ij)_nxm其中a_ij为参数的相对重要程度。

进一步，所述步骤33)具体为：

步骤331)将矩阵A＝(a_ij)_nxm的每一列向量的归一化得

再将归一化，得到特征向量

计算与特征向量对应的最大特征根λ_max的近似值：

计算判断矩阵的一致性指标，检验其一致性，公式为：

其中，CI是一致性指标，RI是随机一致性指标(平均随机一致性指标RI对照表见表2)，CR是一致性比率，n为考虑因素的个数。当计算得到的一致性比率小于或等于0.01时矩阵的一致性是可以被接受的，以此来判断两两比较的一致性程度是否达到了要求。

进一步，所述步骤4)具体包括以下步骤：

步骤41)最后在网络切换执行阶段，终端切断与原接入网络的连接，建立与新网络的连接。

通过执行以上步骤，可以通过动态地调整用户的网络扫描周期，在减少网络扫描次数的条件下，节省了用户的能量。同时通过在网络切换触发阶段，根据终端当前接入网络是否能够满足应用正常运行的最低网络资源需求，来确定是否触发网络切换过程，减少了不必要的网络切换，降低了终端因网络切换而消耗的电量。

最后需要说明的是，以上优选实施实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，虽然通过上述实例已对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当明白，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不会偏离本发明权利要求书所限定的范围。

表1

表2

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										RI	0	0	0.58	0.90	1.12	1.24	1.32	1.41	1.45

Claims

1.一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1)在网络发现阶段，自适应地调整网络扫描周期进行网络发现；

S2)在网络切换触发阶段，终端根据当前接入网络能否满足用户对应用正常运行的最低网络资源需求，决定是否触发网络切换过程；

S3)在网络选择阶段，首先对网络进行预筛选，然后根据选择算法确定要切换的最优网络；

S4)网络切换执行阶段，根据终端根据选择得到的最优网络进行网络切换。

2.根据权利要求1所述的一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法，其特征在于：所述步骤S1中，具体过程如下：

步骤S11)提取用户终端接收到的当前所接入网络的信号强度RSS_now；

步骤S12)根据用户终端接收到的当前接入网络的信号强度RSS_now与设定的网络信号强度接入阈值RSS_th之间的关系，动态调整终端的网络扫描周期T_int，计算方法如下：

步骤S13)多模终端根据计算得到的网络扫描的周期T_int利用认知无线电技术对周围的网络环境进行周期性扫描，得到各个网络的相关参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法，其特征在于：所述步骤S2中，具体过程如下：

步骤S21)若终端当前接入的网络能够满足用户应用的正常运行的最低网络资源需求，则不触发网络切换过程；

步骤S22)具体为移动用户根据当前接入网络F_now的信号强度RSS_now和可用带宽资源是W_A(F_now)否同时满足RSS_now＞RSS_th,W_A(F_now)＞W_R,W_R为用户对网络带宽的需求，来决定是否触发网络切换过程。

4.据权利要求1所述的一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法，其特征在于：所述步骤S3中，具体过程如下：

步骤S31)在网络发现的过程中根据接收信号强度对网络初步筛选出备选无线网络；

步骤S32)根据网络信号强度、网络剩余可用带宽、网络时延、丢包率等指标来评判各个网络的综合性能，进而更好的满足用户的QoS，采用基于简单加权法的多属性判决方法，计算得到各个网络的效用函数：

其中，n代表影响网络判决的网络属性个数，w_j,(j＝1,2,...,n)表示第i个属性相对应的权重大小，并且各个权重的和满足根据层次分析法计算得出各个权重的大小；p_ij代表第i个网络中第j个属性参数的归一化值大小。F_i代表网络i的效用值，F_best代表效用值最大的备选网络；

步骤S33)利用层次分析法计算网络各属性所对应的权重并进行一致性检验，按照1～9标度法对参数的相对重要程度进行赋值，通过对属性的两两比较得到量化的判断矩阵A＝(a_ij)_nxm其中a_ij为参数的相对重要程度。

5.根据权利要求1所述的一种基于认知无线电自适应扫描周期的网络垂直切换方法，其特征在于：所述步骤S4中，具体过程如下：

步骤S41)最后在网络切换执行阶段，终端切断与原接入网络的连接，建立与新网络的连接；

通过执行以上步骤，可以通过动态地调整用户的网络扫描周期，在减少网络扫描次数的条件下，节省了用户的能量,同时通过在网络切换触发阶段，根据终端当前接入网络是否能够满足应用正常运行的最低网络资源需求，来确定是否触发网络切换过程，减少了不必要的网络切换，降低了终端因网络切换而消耗的电量。