1、異構網絡切換判決算法的研究摘要：隨著挪動通信技術的開展，不同接入技術的交融是通信行業的開展趨勢，因此異構網絡的的切換以及網絡的選擇已經成為了研究的重點。傳統的異構網絡切換算法僅僅考慮信號質量RSS的比較，不適用于復雜的異構網絡。針對傳統的切換算法進展改進，改進的新算法綜合考慮目的網絡信號強度RSS和目的網絡負載，將網絡移入和移出門限作為切換判決的首要條件，將網絡負載作為切換判決的次要條件。通過建模擬真對傳統切換算法和改進算法進展比照，分析結果得出改進切換算法在切換成功率和切換次數上都有所改善，可以有效地減少業務中斷及乒乓效應，同時并未過度地進步算法的復雜度。關鍵詞：異構網絡；門限；負載；RSS

2、中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：A文章編號：1005-3824202104-0001-050引言隨著挪動通信技術的高速開展， 下一代挪動通信系統的特征是各種無線網絡接入技術同時并存， 功能上可以互相補充，并且集成到統一的網絡環境中。然而由于不同的網絡在時延、帶寬、挪動性支持和效勞質量QoS等方面存在差異，因此對于一種無線網絡來說， 很難同時滿足覆蓋范圍大、傳輸時延低、帶寬高、本錢低等要求，這就為多網交融的設計提出了較高的要求。同時，在設計異構多模終端接入選擇策略時，保證用戶始終接入最優的網絡，保證網絡整體資源的有效利用，也是非常關鍵的一方面。因此，整合不同無線網絡接入技術到一個網絡環境中

3、，在研究異構無線網絡交融上至關重要，也是最具有挑戰性的研究方向1。為了實現異構無線網絡技術的交融，首先需要解決的問題就是挪動性管理，挪動性管理主要包括位置更新、切換管理和遨游等方面， 其中最為關鍵的技術就是切換管理。1異構網概述挪動終端在同一種網絡之間的切換稱為程度切換，在不同接入網絡之間的切換那么稱為垂直切換。而異構網絡的垂直切換是無線網絡交融的最為關鍵的技術之一。同時異構網絡中多種網絡并存、重疊覆蓋的場景為切換控制的設計提出了新的要求。在異構網絡中，因為不同的網絡接入技術在信號強度等方面不具有可比性，所以以往程度切換中的控制方案無法滿足垂直切換的特點和要求，不可以從本質上解決異構無線網絡間

4、的垂直切換問題，需要針對垂直切換的特殊性和復雜性做特別的研究。1.1垂直切換過程從切換目的網絡的覆蓋范圍上劃分，垂直切換也可以分為下行垂直切換和上行垂直切換，下行垂直切換是指終端從覆蓋范圍大的網絡切換到覆蓋范圍小的網絡，上行垂直切換那么是相反的過程2。異構網絡中的垂直切換主要分為3個階段：系統發現階段、系統的切換判決階段和切換執行階段。1 系統發現階段完成的工作主要是發現新的候選網絡。2 系統的切換判決階段是當挪動終端根據切換判決策略和算法，完成判決操作，決定是否切換和切換到哪個候選網絡。切換判決的參考因素有很多，包括信號強度、資費和用戶偏好等，判決的內容又包括目的網絡的選擇、切換機制的選擇和

5、切換時間的選擇。3 切換的執行階段是完成所有判決操作之后，挪動終端完成網絡的切換。異構網絡的切換要求與傳統網絡并不完全一樣。在程度切換中，假設有多個候選網絡，為了使挪動終端處于最優的網絡，只要滿足計時周期的要求，挪動終端就會發起切換的懇求。然而，在異構網絡中，候選網絡的多樣性和復雜性造成切換的復雜度進步，同時切換成功率與程度切換相比低了很多，因此，在異構網絡中，切換的次數應該少一點最適宜，這樣可以減少不必要的切換，保證網絡不出現中斷，這是垂直切換和程度切換其中的一個不同點。1.2垂直切換要求垂直切換作為多種網絡接入技術交融的根底，需要保證網絡性能和用戶效勞質量。主要的要求有可靠性、無縫連接、干

6、擾防止、負載平衡和切換次數等。2相關研究目前針對異構網絡的垂直切換算法的研究主要分為以下幾方面：一、基于代價函數的垂直切換判決算法35，其中又包括基于回報函數的切換判決算法和基于本錢函數的切換判決算法。文獻3提出了一種基于信號強度累積量和間隔 準那么的結合優化策略的代價函數。二、基于多屬性決策理論的垂直切換判決算法67，其中又包括簡單加權法、層次分析法和逼近理想解排序法。文獻7給出了基于層次分析法的多網交融下的網絡選擇算法：第一層的決策參數包括吞吐量、時效性、本錢、平安性和可靠性；第二層時效性參數包括延遲、響應時間和時延抖動，可靠性參數包括誤碼率、突發錯誤、平均重傳次數及丟包率。三、基于模糊邏

7、輯的接入網絡選擇算法812。文獻11中將當前RSS、預測RSS、系統帶寬及終端速度等因素作為模糊邏輯處理系統的輸入量。利用模糊邏輯方法對信息進展模糊處理，分別得到WLAN和UMTS 2個網絡信息參量的隸屬度，經過隸屬度的歸一化處理及量化，由模糊邏輯控制器得到目的網絡的綜合性能評估值，選取評估值最大的網絡為最優目的網絡。在異構網絡中，挪動終端不僅要處理同種接入技術之間的切換懇求，同時還要處理不同接入技術的切換，在面對候選目的網絡過多的情況下，假設終端使用太過于復雜的算法來進展切換的判決，就可能消耗大量的計算資源，同時還會造成較大的電量消耗。因此綜合考慮之下，適用于異構網絡的切換判決算法應該盡可能

8、地簡單，過于復雜的切換判決算法并不一定適用。在本文中，對LTE和WLAN的重疊場景進展研究，改進的新算法只考慮目的網絡信號強度RSS、移入和移出門限以及目的網絡的負載，降低了算法的復雜度。3改進的切換算法在傳統的垂直切換判決算法中，僅僅考慮信號強度RSS，即把LTE網絡和WLAN網絡的信號強度做比較，并參加了遲滯門限作為切換的判決條件。然而由于蜂窩網與WLAN網絡在覆蓋范圍和發射功率等方面均差異很大，因此挪動終端接收到的來自2種網絡的信號強度相差較大。假設直接比較2個網絡的RSS值，對于垂直切換來說并不公平。所以本文在傳統算法的根底上，提出了改進的方法，以WLAN網絡的移入門限RSSin和移出

9、門限RSSout作為切換判決的首要條件13。 當WLAN網絡在一個計時器周期內的平均信號強度RSSWLAN大于移入門限RSSin時，挪動終端發起從LTE到WLAN的切換懇求。當WLAN網絡在一個計時器周期內的平均信號強度RSSWLAN小于移出門限RSSout時，挪動終端發起從WLAN到LTE的切換懇求。同時將目的網絡的負載狀況作為用于切換判決的次要條件，這是因為負載狀況與切換的成功率和網絡的性能息息相關。當目的網絡的負載較小時，發起切換的成功率較高并且目的網絡的性能較好，此時允許終端切換；當目的網絡負載過大時，切換的成功率較低且目的網絡環境惡劣，此時回絕切換懇求。傳統切換算法的判決如下只有在信

10、號強度滿足條件的情況下，才進展上報，減輕因頻繁上報產生的較多的網絡信令； 只有在滿足負載不過大的前提下，才將目的網絡作為候選網絡，減輕了傳統算法中只考慮信號的強度所造成的乒乓效應。考慮目的網絡的負載狀況那么進步了了切換的成功率，降低了因為切換失敗所引起的業務中斷概率，圖2為改進的換算法流程。4.1仿真場景為了評估改進的切換算法性能，設計了一種仿真場景，假設WLAN和LTE網絡在邊緣區域重疊覆蓋，挪動終端mobile terminal，MT在邊緣區域的范圍內做隨機運動，模型如圖3 所示。為了簡化仿真，只考慮運動過程中的垂直切換。在此場景中，假設挪動終端在WLAN 和LTE網絡的重疊區域中自A 點

11、做無停留的隨機運動。設MT的挪動速度v=10 m/s，從A點開始做隨機運動。假設果MT在隨機運動過程中跑出LTE和WLAN的重疊區域，那么仿真終止。4.2參數設置用于異構網絡的切換判決參數的設置非常關鍵。滯后余量H選擇太小，會增大WLAN切換到LTE的概率，而過大那么會增大LTE切換到WLAN的概率；對于計時器周期的選擇，那么主要考慮防止乒乓效應，取值過小效果不明顯，假設取值過大那么可能導致業務的中斷。移入門限RSSin和移出門限RSSout假設選擇不適宜，可能導致挪動終端長時間駐扎在較差的網絡中。表1參數設置參數名參數值RLTE 600 mRWLAN200 mPLTE30 dBmPWLAN2

12、0 dBm滯后余量H-10 dBm參數名參數值移入門限RSSin-85 dBm移出門限RSSout-90 dBm時鐘周期T1 s仿真次數n1005仿真分析用于比照的仿真參數有切換成功率和次數，這是因為切換次數是衡量切換算法的重要指標，可以反映切換算法的合理性。假設切換次數過多，會造成乒乓效應，大大影響通信質量。與通話阻塞相比，在通話過程中由于切換失敗而造成的掉話更會引起用戶的不滿，因此切換成功率也是衡量切換性能的一項重要指標。取100次仿真，圖4為其中一次仿真的切換次數比照圖，上方曲線表示傳統算法的切換次數，下方曲線表示改進算法的切換次數。6結論本文通過深化分析傳統切換算法的缺乏之處，提出了改

13、進的切換算法，因為改進算法未使用較復雜的算法，因此改進算法在復雜度上沒有提升。通過建立模型進展仿真比照，驗證了改進算法在切換次數和切換成功率上都有所改善，在一定程度上彌補了傳統算法的缺乏之處。改進算法并不是完美的，也存在缺乏之處。一是移入移出門限的設定，動態值門限在實際中更符合情況，因此如何將移入移出門限變為動態值是可以改進的地方；二是目的網絡的選擇，本文中改進的算法僅僅考慮了一種網絡的切換門限，假設有多個候選網絡都滿足門限，對如何處理這種情況未做考慮；三是用于比照的仿真參數。除了切換成功率和切換次數之外，其余參數如切換時延、切換時間點等進展仿真；四是未考慮用戶對網絡的個人傾向問題。這幾個問題

14、將在后續研究中逐步地進展完善。參考文獻：1賀昕，李斌.異構無線網絡切換技術M.北京：北京郵電大學出版社，2021，4.2李軍.異構無線網絡交融理論與技術實現M.北京：電子工業出版社，2021，4.3劉俠，蔣鈴鴿，何晨.一種無線異構網絡的垂直切換算法J.上海交通大學學報，2006，405：742-746.4STEVENS N E， LIN Y X， WONG V W S. An MDPBased vertical handoff decision algorithm for heterogeneous wireless networksJ.IEEE Trans Vehi Tech，2021，57

15、2：1243-1254.5SHEN W， ZENG Q A. Costfunctionbased network selection strategy in integrated wireless and mobile networksJ. IEEE Trans Vehi Tech， 2021， 576： 3778-3778.6何振華，裴廷睿，曾文麗. 面向用戶的異構網接入選擇算法J.計算機工程與應用，2021，4625：109-145.7王康，曾志民，馮春燕.一種多屬性決策的異構網絡選擇算法J.無線電工程，2021，391：13，35.8沈東明. 無線異構網絡中接入控制機制研究D.北京郵電大學，2021.9梁立濤，紀陽，張平. 基于模糊層次分析法的異構系統網絡選擇算法J. 北京郵電大學學報，2007，302：71-75.10劉俠，蔣鈴鴿，何晨. 一種基于模糊邏輯的預判決輔助垂直切換算