CN113347675B - 一种网络切换方法和网络切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络切换方法和网络切换装置，属于通信技术领域。包括：获取目标移动终端当前所处位置当前时段当前类型业务的连接到不同网络的可靠性，所述可靠性是第三方服务器根据多个移动终端在该位置该时段该类型业务的不同网络连接历史数据统计得到；根据目标移动终端当前所处位置当前时段当前类型业务的可靠性，判断出满足当前业务性能要求且可靠性最高的网络；在当前连接到的网络与判断出的网络的可靠性差值超过可靠性门限值时，自动切换目标移动终端至判断出的网络。本发明中，移动终端参照其他移动终端网络连接的时空特性，进行网络选择，保证传输时延小的同时可靠性高。

Description

一种网络切换方法和网络切换装置

技术领域

本发明属于通信技术领域，更具体地，涉及一种网络切换方法和网络切换装置。

背景技术

现有的网络切换大多是由运营商侧为移动设备自动切换基站，该切换方式能够给保障移动设备在连接该运营商时网络性能的稳定，但是单个运营商网络的性能和覆盖范围有限。

针对上述缺点，现有技术已经提出移动终端侧主动进行网络切换。专利CN105979569A针对eSIM卡网络切换场景，提出一种eSIM卡网络切换方法，通过可连接网络的信号强度或可连接网络的资费进行网络切换。专利CN105592515A提出一种网络切换装置，针对移动终端在数据网络和无线网络间切换场景，实时监测无线网络的信号的强度，若强度低于某个阈值则切换至移动数据网络，若满足阈值需求则切换至无线网络。

然而，上述移动终端侧主动切换网络方法均存在以下问题：1)信号强度不能合理衡量网络满足服务性能的可靠性，其次网络性能具有时空变化性，基于实时数据来进行网络切换不合理；2)未考虑网络间频繁切换造成的损失以及网络切换的长期收益。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种网络切换方法和网络切换装置，其目的在于最大化满足业务性能的可靠性。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种网络切换方法，应用于移动终端，包括：

向第三方服务器发送目标移动终端当前所处位置和类型业务；

接收第三方服务器返回的目标移动终端在该位置当前时段该类型业务连接到不同网络的可靠性，所述可靠性表征为过去多个移动终端在该位置当前时段网络连接满足该类型业务性能要求的概率；

判断出可靠性最高的网络，进行网络切换。

优选地，所述判断出可靠性最高的网络时，首先筛选出所有能够满足当前业务性能要求的网络，再从中选择可靠性最高的网络。

优选地，判断出可靠性最高的网络之后，进一步计算当前连接到的网络与判断出的网络的可靠性差值，当可靠性差值超过可靠性门限值时，自动切换目标移动终端至判断出的网络。

优选地，所述方法还包括：

实时采集移动终端的以下数据：采集时移动终端所处位置、采集时间戳、类型业务、连接到的网络和连接到该网络的传输时延；

并定期将上述数据发送给第三方服务器。

为实现上述目的，按照本发明的第二方面，提供了一种网络切换方法，应用于第三方服务器，包括：

接收各移动终端发送的不同位置不同时段不同类型业务的网络连接数据；

根据相同位置相同时段相同类型业务相同网络的连接历史数据，计算出移动终端在该位置该时段不同网络连接满足该类型业务性能要求的概率作为可靠性；

接收到目标移动终端发送的当前所处位置和当前业务类型后，将对应位置对应时段对应类型业务连接到不同网络的可靠性发送给目标移动终端。

为实现上述目的，按照本发明的第三方面，提供了一种网络切换方法，应用于移动终端，包括：

向第三方服务器发送目标移动终端的移动路径；

接收第三方服务器发送的移动路径的每个位置点的不同时段不同类型业务连接到不同网络的可靠性，所述可靠性表征为过去多个移动终端在该位置当前时段网络连接满足该类型业务性能要求的概率，以整个移动路径可靠性最高为目标，决策出每个位置点连接到的网络；

移动过程中，在对应位置点自动切换到决策出的网络。

优选地，所述以整个移动路径可靠性最高为目标，决策出每个位置点连接到的网络时，以移动终端当前位置到目标位置的网络选取收益累积最大为目标函数，所述网络选取收益综合考量在该位置该时段该类型业务连接到不同网络的可靠性和网络切换造成的可靠性损失。

为实现上述目的，按照本发明的第四方面，提供了一种网络切换方法，应用于第三方服务器，包括：

接收各移动终端发送的不同位置不同时段不同类型业务的网络连接数据；

根据相同位置相同时段相同类型业务相同网络的连接历史数据，计算出移动终端在该位置该时段不同网络连接满足该类型业务性能要求的概率作为可靠性；

接收到目标移动终端发送的移动路径后，获取移动路径的每个位置点的不同时段不同类型业务连接到不同网络的可靠性，发送给目标移动终端。

优选地，所述业务性能指标包括以下中的至少一个：用户对该业务能够容忍的最大时延、平均时延和中位时延。

为实现上述目的，按照本发明的第五方面，提供了一种网络切换装置，包括：计算机可读存储介质和处理器；

所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行上述网络切换方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明提出一种网络切换方法，第三方服务器对各移动终端在不同位置不同时段不同类型业务的网络连接数据进行统计，得到网络连接的时空特性，目标移动终端参照多个移动终端在相同位置相同时段相同类型业务连接到不同网络的历史数据，得到目标移动终端在该位置该时段该业务连接到不同网络的可靠性，从中选出可靠性最大的网络进行切换，由于可靠性基于相同位置相同时段相同类型业务连接的历史数据中统计计算获取，并考虑了切换造成的性能损失，在目标网络可靠性与当前连接网络的可靠性大于某个阈值时，切换至目标网络，从而实现可靠性最高。

(2)本发明提出一种网络切换方法，第三方服务器对各移动终端在不同位置不同时段不同类型业务的网络连接数据进行统计，得到网络连接的时空特性，将移动路径的每个位置点的不同时段不同类型业务连接到不同网络的可靠性发送至目标移动终端，目标移动终端以移动路径整体可靠性最高为目标，决策出每个位置点连接到的网络，对应进行网络切换，由于同时规划了整个过程各位置的网络切换动作，从而实现移动路径整体可靠性最高。

附图说明

图1为本发明提供的第一种网络切换机制；

图2为本发明提供的第二种网络切换机制。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的网络切换场景包括但不限于：不同运营商之间的切换、从WIFI切换到蜂窝网络、从私有网络切换到公有网络、私有网络之间的切换。

如图1所示，本发明提供了一种网络切换方法，应用于移动终端，包括：

向第三方服务器发送目标移动终端当前所处位置和类型业务；

接收第三方服务器返回的目标移动终端在该位置当前时段该类型业务连接到不同网络的可靠性，所述可靠性表征为过去多个移动终端在该位置当前时段网络连接满足该类型业务性能要求的概率；

判断出可靠性最高的网络，进行网络切换。

优选地，所述判断出可靠性最高的网络时，首先筛选出所有能够满足当前业务性能要求的网络，再从中选择可靠性最高的网络。

优选地，判断出可靠性最高的网络之后，进一步计算当前连接到的网络与判断出的网络的可靠性差值，当可靠性差值超过可靠性门限值时，自动切换目标移动终端至判断出的网络。

此处的移动终端包括但不限于：手机、平板电脑、个人电脑、网联车、无人机。

所处位置可使用以下方式表示：经纬度、国家城市地名等。

时段可以是高峰时段、一般时段、低谷时段、固定时段等。

业务可以是语音业务、视频业务等，业务类型是一般、高清、超清等。

连接到的网络包括但不限于：运营商LTE网络、WIFI网络(私有或公有)、5G、企业专网。

优选地，所述方法还包括：

实时采集移动终端的以下数据：采集时移动终端所处位置、采集时间戳、类型业务、连接到的网络和连接到该网络的传输时延；并定期将上述数据发送给第三方服务器。

第三方服务器收到采集时间戳后，判断该时间戳所属时段。定期发送数据的好处是：1)移动终端可在不影响自身业务可靠性的情况下发送数据；2)定期累积到一定数据统一发送有利于提升网络传输的效率。

对应地，如图1所示，本发明提供了一种网络切换方法，应用于第三方服务器，包括：

接收各移动终端发送的不同位置不同时段不同类型业务的网络连接数据；

根据相同位置相同时段相同类型业务相同网络的连接历史数据，计算出移动终端在该位置该时段不同网络连接满足该类型业务性能要求的概率作为可靠性；

接收到目标移动终端发送的当前所处位置和当前业务类型后，将对应位置对应时段对应类型业务连接到不同网络的可靠性发送给目标移动终端。

第三方服务器是独立于各运营商之外的服务器，通常可以是路边单元、边缘服务器、云服务器等。

优选地，所述业务性能指标包括以下中的至少一个：用户对该业务能够容忍的最大时延、平均时延和中位时延。

上述指标能够反映用户对各业务的等待接受程度，其中，用户对该业务能够容忍的最大时延能够反应用户对该服务时效性要求，超过了最大时延，该服务失效；用户对该业务能够容忍的平均时延能够反映用户对平均服务时延要求；用户对该业务能够容忍的中位时延能够反映对服务时延中间水平的要求。

所述时延可以是传输时延、往返时延、业务处理时间。

上述网络切换方法的应用场景包括：在多个网络中选择满足当前服务性能指标的可靠性最大的网络等。实施例一以高铁运行过程中乘客移动终端从多个运营商网络中选择满足当前服务性能指标的可靠性最大的网络场景为例，说明整个网络切换过程。

现有技术通常采用的网络切换方式为：测量不同网络的信号强度，切换至信号强度最大的网络。然而，该方法存在以下问题：信号强度不能准确反应网络满足服务性能可靠性，实时的信号强度不能说明整个服务过程中的可靠性。针对该问题，本发明通过以下过程进行网络切换：

将高铁旅客张三的手机作为目标移动终端，假定当前所处位置为湖北省武汉市武汉站，使用x_c表示，当前时段为周五14:00-16:00，用t_c表示，当前业务类型为电话语音业务v_c。

服务器收集了过去一个月其他旅客在武汉站x_c时该每周五14:00-16:00时段t_c连接到不同网络m(移动m_a、电信m_b、联通m_c)产生电话语音业务v_c的时延数据

统计出数据集合

中时延小于300ms(电话语音业务v_c下用户能够容忍的最大时延)的数据总量

计算移动终端于位置x_c时在时段t_c连接到不同网络m满足电话语音业务v_c性能指标的可靠性

其中，

表示集合

中数据总量。

当张三的移动终端向第三方服务器发送当前所处位置为x_c，当前时段为t_c，当前业务类型为电话语音业务v_c后，第三方服务器向目标移动终端发送连接至不同网络m的

移动终端基于不同网络m对应的

判断出可靠性最高的网络

其中，M为可连接至网络的集合M＝{m_a,m_b,m_c}表示移动终端可在移动、联通和电信三个网络中进行选择。

当判断出的网络m^*与当前连接到的网络m_c与的可靠性差值

超过阈值0.1时，目标移动终端自动切换至m^*。之所以需要进行门限值判断，是因为本发明考虑到网络切换会造成可靠性损失。差值小于等于阈值0.1，表示网络可靠性提升低于切换动作造成的可靠性损失，因此本发明在该情形下不进行切换。

由于使用多个终端处于位置为x_c，时段t_c，业务类型为电话语音业务v_c下不同网络运营商大量历史数据进行统计建模，可以合理地计算位置为x_c，时段t_c，业务类型为电话语音业务v_c下，不同网络运营商m满足该业务性能的可靠性，因此，本发明提出的网络切换方法传输时延低且可靠性高。

另一方面，如图2所示，本发明提供了一种网络切换方法，应用于移动终端，包括：

向第三方服务器发送目标移动终端的移动路径；

接收第三方服务器发送的移动路径的每个位置点的不同时段不同类型业务连接到不同网络的可靠性，所述可靠性表征为过去多个移动终端在该位置当前时段网络连接满足该类型业务性能要求的概率，以整个移动路径可靠性最高为目标，决策出每个位置点连接到的网络；

移动过程中，在对应位置点自动切换到决策出的网络。

此处的移动终端包括但不限于：网联车、无人机。

所处位置可使用以下方式表示：经纬度、国家城市地名等。

时段可以是高峰时段、一般时段、低谷时段、固定时段等。

业务可以是道路预警业务、拥塞避免业务等，业务类型是安全业务、娱乐业务等。

连接到的网络包括但不限于：运营商LTE网络、WIFI网络(私有或公有)、5G、企业专网。

优选地，所述以整个移动路径可靠性最高为目标，决策出每个位置点连接到的网络时，以移动终端当前位置到目标位置的网络选取收益累积最大为目标函数，所述网络选取收益综合考量在该位置该时段该类型业务连接到不同网络的可靠性和网络切换造成的可靠性损失。

优选地，基于强化学习决策出每个位置点连接到的网络。

由于强化学习同时考虑了整个过程的各个位置的网络切换动作，因此，使用强化学习决策出每个位置点连接到的网络，能够最大化整体可靠性。

对应地，如图2所示，本发明提供了一种网络切换方法，应用于第三方服务器，包括：

接收各移动终端发送的不同位置不同时段不同类型业务的网络连接数据；

根据相同位置相同时段相同类型业务相同网络的连接历史数据，计算出移动终端在该位置该时段不同网络连接满足该类型业务性能要求的概率作为可靠性；

接收到目标移动终端发送的移动路径后，获取移动路径的每个位置点的不同时段不同类型业务连接到不同网络的可靠性，发送给目标移动终端。

第三方服务器是独立于各运营商之外的服务器，通常可以是路边单元、边缘服务起、云服务器。

优选地，所述业务性能指标包括以下中的至少一个：用户对该业务能够容忍的最大时延、平均时延和中位时延。所述时延可以是传输时延、往返时延、业务处理时间。

基于ping数据包IP地址信息划分该子区域x中的信道测量结果数据，提取出属于不同运营商m的信道测量数据；基于ping数据包大小进一步地划分不同运营商的信道测量结果数据，提取出不同ping数据包大小k下的信道测量结果数据；基于提取到的信道测量结果数据，建立往返时延的概率分布Pr_m,x,k(r<r_v)。

上述网络切换方法的应用场景包括：网联车驾驶场景，无人机飞行场景等。实施例二以网联车驾驶场景为例，说明整个网络切换过程。

针对网联车驾驶场景，现有技术通常采用的网络切换方式为：行驶至不同位置时，基于当前位置网络性能选择网络。然而，该方法存在以下问题：没有考虑切换动作对驾驶过程整体服务可靠性的影响。针对该问题，本发明通过以下过程进行网络切换：

获取目标移动终端的移动路径，假定网联车行驶路径为x_a→x_b→x_c，发送给第三方服务器。

服务器收集过去一个月其他网联车在位置x_a、x_b、x_c，不同时段t连接到不同网络m(中国移动m_a、中国联通m_b)产生不同业务v的时延数据

和

服务器需要对位置x_a、x_b、x_c，在不同时段t，不同业务v，连接到不同网络m的可靠性进行计算。

以位置x_a，网络m_a，拥塞避免服务v_a，时段t_a为例。从

提取出属于位置x_a，网络m_a，拥塞避免服务v_a，时段t_a的历史数据，使用

表示。统计

中时延小于100ms(拥塞避免业务v_a下用户能够容忍的最大时延)的数据总量

计算出移动终端于位置x_a、时段t_a连接到网络m_a满足拥塞避免业务v_a性能指标的可靠性为

其中，

表示集合

中数据总量。

接收到目标移动终端发送的移动路径后，第三方服务器发送至目标移动终端不同位置x_a，x_b，x_c，不同时段t，不同类型业务v，连接至不同网络m∈{m_a,m_b}的可靠性

和

将整个驾驶过程x_a→x_b→x_c分为P(在本实施例中取10)个过程，目标终端在过程p∈{0,1,…,9}中所处的位置为x_p，时段用t_p表示，由于网联车产生的业务与网联车所处位置有关，在本实施例，使用

表示产生的业务类型。

基于获取的可靠性，进行马尔科夫过程建模：

1)状态空间S：包含网联车处于位置x和连接的网络m，即s＝<x,m>，其中，x∈{x_a,x_b,x_c},m∈{m_a,m_b}；

2)动作空间A：网络选择行为，A＝{m_a,m_b}；a＝m_a标志选择网络m_a，a＝m_b标志选网络m_b；

3)状态转移函数Γ：从当前状态s_p转移至下一个状态s_p+1的概率；在本实例中，考虑网络选择行为会使目标终端成功切换至选择的网络，Γ(s_p+1,s_p,a)＝Pr(s_p+1∣s_p,a)＝Pr(x_p+1∣x_p)Pr(m_p+1∣m_p,a)；在本实施例中，Pr(x_p+1∣x_p)表示从位置x_p下一过程行驶至x_p+1的概率。其中

表示考虑采用网络切换动作a会成功切换使网络连接至a，例如a＝m_a表示连接网络m_a。

4)效益函数u：效益为

表示选取网络a_p的收益，m_p≠a_p表示选择另外的网络。上式中的c(实施例中取0.1)表示切换网络运营商造成的切换损失。

为了最大化移动路径整体可靠性，最优的运营商切换策略可以表示为如下形式：

该最优的运营商切换策略可以使用强化学习寻找，本实施例以Q-learning为例，该策略可以表示为

其中，Q函数Q(s,a)表示在不同状态s＝<x,m>(位置点x，当前已连接的网络m∈{m_a,m_b})连接至网络a∈{m_a,m_b}的整体可靠性收益。Q(s,a)函数可由Q-learning算法多次迭代更新获取。

当车辆在行驶至位置x_p∈{x_a,x_b,x_c}，当前已连接的运营商为m_p，最优网络切换动作为π^*(s_p)，其中，s_p＝<x_p,m_p>，网联车连接至π^*(s_p)对应的网络。

接收第三方服务器发送的移动路径的每个位置点的不同时段不同类型业务连接到不同网络的可靠性，以移动路径整体可靠性最高为目标，决策出每个位置点连接到的网络。

在移动终端沿移动路径移动过程中，在对应位置点自动切换到决策出的网络。

由于利用强化学习进行整个过程中各位置网络切换和历史数据进行可靠性建模，因此，本发明提出的网络切换方法传输时延低且有效提升网联车计算服务的整体可靠性。

此外，本发明提供了一种网络切换装置，包括：计算机可读存储介质和处理器；

所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行上述网络切换方法。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种网络切换方法，应用于移动终端，其特征在于，包括：

向第三方服务器发送目标移动终端的移动路径；

接收第三方服务器发送的移动路径的每个位置点的不同时段不同类型业务连接到不同网络的可靠性，所述可靠性表征为过去多个移动终端在该位置当前时段网络连接满足该类型业务性能要求的概率，以整个移动路径可靠性最高为目标，决策出每个位置点连接到的网络；

移动过程中，在对应位置点自动切换到决策出的网络；

其中，所述以整个移动路径可靠性最高为目标，决策出每个位置点连接到的网络时，以移动终端当前位置到目标位置的网络选取收益累积最大为目标函数，所述网络选取收益综合考量在该位置该时段该类型业务连接到不同网络的可靠性和网络切换造成的可靠性损失，基于强化学习决策出每个位置点连接到的网络，具体如下：

状态空间S：包含网联车处于位置x和连接的网络m，即s＝<x,m>，其中，x∈X表示所有位置点的集合，m∈M表示可连接至网络的集合；

动作空间A：网络选择行为，A＝M；当m∈M，a＝m标志选择网络m；

状态转移函数Γ：从当前状态s_p转移至下一个状态s_p+1的概率；Γ(s_p+1,s_p,a)＝Pr(x_p+1∣x_p)Pr(m_p+1∣m_p,a)

其中，Pr(x_p+1∣x_p)表示从位置x_p下一过程行驶至x_p+1的概率；

表示考虑采用网络切换动作会成功切换使网络连接至a；

效益函数u：效益为

表示选取网络a_p的收益，m_p≠a_p表示选择另外的网络，c表示切换网络运营商造成的切换损失；

最优的运营商切换策略表示为如下形式：

其中，P表示驾驶过程的时段数。

2.一种网络切换装置，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；

所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行权利要求1所述的网络切换方法。

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