異構(gòu)無線網(wǎng)絡中切換技術(shù)研究.pdf

1、隨著2G、3G蜂窩無線網(wǎng)絡以及WLAN和 WiMax在世界范圍內(nèi)的廣泛使用，下一代的無線網(wǎng)絡必將是多種無線網(wǎng)絡并存的異構(gòu)網(wǎng)絡。由于各種網(wǎng)絡特性的較大差異，每種網(wǎng)絡都有各自的適用業(yè)務和應用場合。如何充分利用泛在異構(gòu)網(wǎng)絡可能帶來的比單一網(wǎng)絡更好的服務成為異構(gòu)網(wǎng)絡概念提出以來的眾多研究者追求的目標。異構(gòu)網(wǎng)間的垂直切換、同構(gòu)網(wǎng)內(nèi)水平切換是移動通信中移動性管理的重要研究內(nèi)容。下一代的異構(gòu)無線網(wǎng)絡被廣泛認為是基于IP核心網(wǎng)的松耦合架構(gòu)。垂直切換決策

2、的方式也從網(wǎng)絡集中控制轉(zhuǎn)到分布式的移動終端控制。本文分別研究了基于這樣的異構(gòu)網(wǎng)絡架構(gòu)下最佳網(wǎng)絡選擇和切換判決的問題。
　　 異構(gòu)網(wǎng)絡的垂直切換問題比單一網(wǎng)絡的切換更為復雜。垂直切換過程總體上可以分為最佳網(wǎng)絡選擇、切換判決以及切換信令協(xié)議交互三個主要步驟。最佳網(wǎng)絡選擇依據(jù)的是一些相對長期的網(wǎng)絡性質(zhì)參數(shù)，包括各網(wǎng)絡的資費、帶寬、端到端時延、安全性等。這些因素與終端的運動、所處的位置、無線信號的傳播環(huán)境的短期變化關(guān)系不大。而在切換判決

3、算法里主要考慮的是移動終端在短期內(nèi)接收到的無線信號強度因為終端的移動和衰落而帶來劇烈變化而引起的乒乓切換和可能的連接中斷問題。
　　 網(wǎng)絡條件、終端狀態(tài)、用戶意愿三方面是最佳網(wǎng)絡選擇決策必須要考慮的因素。這三方面的因素有任何的改變都可能重新觸發(fā)一次網(wǎng)絡選擇。本文分析了現(xiàn)有異構(gòu)無線網(wǎng)絡最佳網(wǎng)絡選擇算法各自的特點及其不足，提出了資費敏感的最佳網(wǎng)絡選擇機制。在網(wǎng)絡選擇算法里沒有加入信號強度變化情況，而將信號強度變化作為切換判決算法考慮

4、的問題。針對資費這個特別的因素，本文設計了一個用戶最大可接受費用等級參數(shù)，由用戶直接輸入相關(guān)費用控制參數(shù)，做到精確反映用戶對于網(wǎng)絡使用資費的承受能力。在對網(wǎng)絡質(zhì)量參數(shù)進行歸一化量化比較時結(jié)合用戶實際使用業(yè)務的內(nèi)在QoS需求，提出了分段模糊歸一化策略。歸一化函數(shù)采取了根據(jù)用戶的業(yè)務實際QoS內(nèi)在要求進行分檔記分、超出業(yè)務實際需求的網(wǎng)絡質(zhì)量參數(shù)進行“封頂”的方式，保證了量化過程中各網(wǎng)絡參數(shù)對決策結(jié)果貢獻度的公平性。
　　 本文詳細分

5、析了切換的判決問題。由于來自同一網(wǎng)絡內(nèi)不同基站或不同網(wǎng)絡的基站信號強度因為距離和衰落的不同而不斷變化，這使移動臺需要不斷改變服務基站以保持連接不被中斷，同時又必須盡量減少乒乓切換的次數(shù)。切換判決要解決網(wǎng)絡選擇選定最好網(wǎng)絡之后，何時發(fā)起切換到哪個鄰小區(qū)的問題。在異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境下，這鄰小區(qū)也可能是異網(wǎng)的小區(qū)。由于傳統(tǒng)純粹基于接收信號強度的切換判決算法性能不佳，主要體現(xiàn)在過多的乒乓切換，過多的頻繁切換；不僅使系統(tǒng)信令負荷加重，切換時延也使用戶得

6、到的服務質(zhì)量下降。在異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境下，網(wǎng)間切換的時延和信令負荷比單一網(wǎng)絡內(nèi)的切換要大得多，切換判決的性能問題因此尤為突出。本文在分析了傳統(tǒng)切換判決算法的不足之處基礎(chǔ)上，提出利用已越來越普遍集成到移動終端的GPS（Globe Positioning System）模塊獲取精確的位置、運動方向和速度信息，結(jié)合事先下載的運營商基站覆蓋信息實現(xiàn)一種高效的切換。為了能夠真正實現(xiàn)基于覆蓋已知的切換，本文分析了無線傳播的模型及其校正方法，并提出了計算小

7、區(qū)邊界的方法。仿真實驗證明在相鄰小區(qū)都對小區(qū)邊界達到充分覆蓋的條件下切換判決的性能相對于傳統(tǒng)純粹基于接收功率的切換算法有顯著提升。通過實測聯(lián)通在華中科技大學西區(qū)的覆蓋情況，證實了提出的算法在現(xiàn)網(wǎng)覆蓋情況下的實用性。
　　 針對于移動終端不具備GPS定位功能或在不能接收到GPS衛(wèi)星信號的時候，本文提出一種基于離基站距離和運動速度輔助的切換判決算法 (Distance and Velocity Assisted Handoff De

8、cision Algorithm，DVAH）。根據(jù)移動終端的接收信號強度和當前小區(qū)無線傳播模型參數(shù)，可以算出移動終端與基站的距離。由于慢衰落的影響，此估算的距離與實際可能會有很大差距。按一定的間隔不斷采樣接收信號強度（包括當前基站以及各相鄰基站）同時按照傳播模型轉(zhuǎn)換成與基站的距離，對此距離進行直線擬合則可以得到兩個估計參數(shù)：一個是初始距離，另一個是終端離開基站速度。DVAH算法將估計得到的這兩個參數(shù)結(jié)合小區(qū)的覆蓋地圖輔助進行切換判決。仿