毕业论文-异构网络垂直切换策略的设计

1、西安邮电大学毕业设计（论文）题 目：异构网络垂直切换策略的设计学院：电子工程学院系咅电子信息工程专业：电子信息工程班级：导师姓名：张新 职称:教授起止吋间：2014年3月10日2014年6月15日毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文异构网络垂直切换策略的设 辻是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用 他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全清楚本声明的法律后果，申请学位论文和资料若有不实 之处，本人愿承担相应的法律责任。论文作者签名:指导教师签名:时间：年 月 日时间：年

2、月 日西安邮电大学毕业设计（论文）任务书学生姓名学院电子工程系部电子信息工程专业电子信息工程题目异构网络垂直切换策略的设计任务与要求1. 查阅相关接入网选择算法的资料，分析多种垂育切换算法的特点。2. 理解用户终端进行网络之间垂直切换的具体步骤，分析现阶段用户终端在 网络之间进行垂直切换的缺陷和存在问题，分析现有不同的网络性能特点以及用 户的需求。3. 根据现阶段用户终端在网络之间进行垂直切换的缺陷和存在问题，设计一 种有效的接入网选择算法。主管院长（签字）开始日期 2014年3月10日完成日期2014年6月15日2014 年 月西安邮电大学毕业设计（论文）工作计划学生姓名张朝阳指导教师张新职

3、称教授学院电子工程系部电子信息工程专业电子信息工程题目异构网络垂直切换策略的设计工作进程起止时间工作内容2014.3 .10 -2014.4.11明确任务、查阅资料、制定工作计划。2014.42 -2014.4.25分析多种垂直切换算法的特点。2014.4.26 -2014.5.9了解网络间垂直切换的实现过程。2014.50 -一2014.5.20根据现阶段用户终端在网络之间进行 垂直切换的缺陷和存在问题，设计一 种有效的接入网选择算法。2014.5.20 -2014.6.15撰写论文，答辩。主要参考书目（资料）：相关文档异构无线网络融合理论与技术实现主要仪器设备及材料: 计算机与相关文档论文

4、（设计）过程屮教师的指导安排：每周2和周4下午与导师见面，与老师交流学习结果，听从老师建议对计划的说明:西安邮电大学毕业设计（论文）开题报告课题名称： 异构网络垂直切换策略的设计电子工程学院电子信息工程系（部）电子1003班学生姓名:张朝阳 学号： 05101074指导教师：张新1. 本课题所涉及的问题及应用现状综述1、异构无线网络中关于减少背景能耗和信令能耗已经取得较大的进展。2、对业务背景的能耗研究：2、采用i古i定策略的非自适应算法，无法反应多模终端在通信中不断变化的性能2.2、采用自适应算法考虑因素少，无法和现实结合3、异构网络引入准入控制算法，保护信道，在降低切换的呼叫率同吋，会增大

5、呼叫 的阻塞虑。4、网络融合是当前电信行业的一个趋势，通过网络融合可以充分利用各种接入网络的优点，做到优势互补，满足用户随时随地的网络接入需求。2. 本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析关键问题1、切换触发1.1、受压迫型垂直切换1.2、非受压迫型垂直切换2、接入选择2.1、集中式的接入选择算法2.2、分散式的接入选择算法3、切换执行理论分析1、典型的处置切换协议1. 1、mip(mipv4 和 mipv6)1.2、msctp1.3、sip2、层次分析法2.1、建立网络的阶梯层次2.2、定义相对的重要性以构成相应的判断2.3、计算目标代价函数中个因素就对权重3、呼

6、叫准入控制技术3.1、考虑业务之间的优先级呼叫准入技术3.2、考虑呼叫优先的呼叫准入控制，包括保护新到方法和切换排队方法3. 完成本课题的工作方案2014.3.10- 2012.4.11明确任务、查阅资料、制定工作计划。2014.4.122012425分析多种垂直切换算法的特点。20144262012.5.9 了解网络之间垂宜切换的实现过程。2014.5.10- 2012.5.20根据现阶段用户终端在网络之间进行垂直切换的缺陷和存在问 题，分析了一种切换判决算法和网络的转移概率。2014.5.202012615撰写论文,答辩。4. 指导教师审阅意见开题报告思路清晰，整体框架明确。同意开题，按工

7、作任务书开始毕设工作。指导教师（签字）： 2014年3月12_h西安邮电大学毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名张朝阳性别 男 学号05101074专业 班级电子1003课题名称界构网络垂直切换策略的设计课题 类型毕业难较 设计度难毕业冏十（论 文）師2014. 3. 102014. 6. 15指导教师张新（职称教授）课题任务 完成情况论文12 （千字）；设计、计算说明书（千字）； 斷7 （张）；城（郃倂牛）:指 导 教 师见分项得分：开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；论文撰写（规范）分；学习态度分；外文翻译分指导教师审阅成绩：指导教师（签字）：年 月曰评 阅 教 师 意 见分项得

8、分:选题分；开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；论文撰写（规范）分；外文翻译分评阅成绩：评阅教师（签字）：年 月 日验 收 小 组见分项得分：准备情况分；毕业设计（论文）质量分；（操作）回答问题分验收成绩：验收教师（组长）（签字）:年 月曰答 辩 小 组思 见分项得分：准备情况分；陈述情况分；回答问题 分；仪表分答辩成绩：答辩小组组长（签字）：年 月 口成绩计算方法指导教师成绩20（%）评阅成绩30 （%）验收成绩20（%）答辩成绩30（%）学生实得成绩佰分制）指导教师成绩评阅成绩验收成绩答辩成绩总评答 辩 委 员 会 思 见毕业论文（设计）总评成绩（等级）：学院答辩委员会主任（签

9、字）:学院（签章）年刀日备 注冃录摘要iabstractii引言11. 绪论21.1课题研究背景21.2本文的主要工作内容22. 无线网络垂直异构切换的背景42.1. 水平切换与垂直切换42.2异构网络垂直切换的研究现状62.3. umts网络和wlan网络异构融合的基本架构63. wifi和蜂窝网的特性73.1. wifi与蜂窝网两层网络之间的概述73.2两层网络的信道划分问题83.4、跨层干扰管理104. 异构网络切换的判决和算法实现：124.1切换的原因124.2联合垂直切换判决算法134. 2. 1垂直切换判决代价函数134.2.2切换判决准则154.3转移概率175. 结论20致谢2

10、1参考文献22摘要随着移动通信技术的快速发展，在全球范围内己基本实现第三代移动通信网 络的大面积覆盖，第四代移动通信网络已经开始建设，继第四代以后更加先进的 移动通信理论也止在研究中。未来无线网络的发展必然会向着更加多元化的方向 发展，多种技术并存的局面对于无线网络的发展具有积极地推动作用，同时也对 不同网络间的乖直切换提出了更高要求。多种不同网络间接入问题、数据传输问 题以及网络的移动性问题都需要一个多种业务界构的网络联合体来解决。本文主要以umts和wlan两种界构网络建立模型，首先介绍了两种网络垂直 切换的背景，随后提出了两种网络融合与切换的概念，描述了异构网络间存在的 相互干扰以及提出

11、的动态频谱分配的方法来解决相互干扰的问题。本文最后详细 分析了切换判决的一个算法“联合垂直切换算法”和此算法下两种网络切换的概 率。文中总结部分对于异构无线网络今后的发展阐述了自己的观点。关键词：界构网络；垂直切换；切换判决；跨层干扰；动态频谱分配abstractwith the rapid development of mobile communication technology, the third generation mobile communication network has been basically covering a large area on a global sc

12、ale. the construction of the fourth generation of mobile communication networks has been started. after the fourth-generation of mobile communications, more advanced theories are also being researched. future development of wireless networks will inevitably develop toward a more diversified directio

13、n. the coexistence of multiple technologies for the development of wireless networks has a positive effect, but also higher requirements on the vertical handoff between different networks have been put forward. a heterogeneous network consortium is needed to solve the problems of different network a

14、ccess, data transmission network and mobility.this paper set models mainly on the basis of the isomerism of umts and wifi networks. at first, the background of the two vertical switching network are introduced, then the concept of integration of the two networks and switching are proposed, later the

15、 mutual interference between heterogeneous networks and proposed the existence of dynamic spectrum allocation method to solve the problem of mutual interference are clarified. finally, the probability of a handover decision algorithm and the algorithm under two network switches "algorithm combi

16、ned vertical handover are analyzed in details. the summary part is mainly about the future development of heterogeneous wireless networks presented their point of view.keywords： heterogeneous networks; vertical handover; handover decision; cross-layer interference; dynamic spectrum allocation引言蜂窝网作为

17、现代通信中主要的移动通信构架，其移动通信的性能得到了全世 界的认同，现代的网络基站基本上都是蜂窝网络构架。以umts为例它具有广泛 的覆盖范围、较小的带宽的特点；而无线局域网以wifi为例其具有覆盖范围小、 带宽比较宽的特点，两者网络止是具有相互补充的特性。如今已是“地球村”全 球化的通信需求与使用高速网络体验的需求越来越多的，这迫使2g时代效率低 下的单个蜂窝网与个别无线局域网已经不能达到人们对网速的需求。umts的网 络构架可以为人们提供全球化得网络，其理论上可以存在2 mb/s左右的传输速 率，但是在现实中在高负载运行时其最高速率大约只有384 kb/s左右，这样低 的速率根本不能满足数

18、据业务的高速传输和未来可视电话等大带宽的需要。作为 对蜂窝网的补充w1f1的出现恰到好处的解决了蜂窝网传输速率的问题，虽然 wifi的覆盖范围极其有限但其数据传输快的优点正好配合蜂窝网，特别适合在 如：家庭、学校、办公室这样的地方提供免费的高速无线数据业务。本文研究的 重点是结合蜂窝网和无线局域网的各自特点，将umts与wlan两层网进行融合, 充分发挥各自优点。利用umts覆盖范围广的优点，保障移动用户在广大区域内 保证网络连接；同时利用w1fi数据传输免费快速的优点保证用户高速数据体验, 以此弥补蜂窝网的不足。在此两层结构中，umts为主网络w1f1为辅网络。由于无线终端的快速增加，和新时

19、代的工作、学习、娱乐方式的网络化。 室内场所的网络稳定性成为了一个重要话题，其超过60%的语音业务和80%的数据 业务推动着对室内网络环境的研究。移动运营商由于各自基站建设程度不同，所 以在相同的室内环境下，移动信号的强度也有所不同，所以急需一种小型室内的 高速网络热点对此作为补充。近年来wifi技术已经取得快速的发展，在wifi接入 的宽带环境下，室内网络环境已经较好的解决了数据高速传输问题。由于微信等 社交软件的岀现，用户的使用习惯已经由以前的语音通话快速的转入上网流量中 去，所以本文主要讨论数据流量的跨层传输问题。如何保持室内wifi环境与外界 蜂窝网之间的无缝切换成为了影响用户体验的一

20、个重要研究方向。1 绪论1.1课题研究背景可以说2000年我们进入了网络时代，2007年随着iphone一代的出现，良好的 移动终端体验带来了第一次网络革命，那就是由人们传统的固线宽带上网逐渐变 得向移动终端改革。在apple公司的市场刺激下，以google为首的android移动操 作系使得更多的厂商进入移动终端制造领域，如：三星、iitc等。时至今口以i0s、 android> windowsphone为主要代表的移动操作系统的强大号召力下，移动上网 的体验已经发生了质的飞跃。可以说在这些上游厂商的推动当许多人还在3g高速网络畅游的时候，4g时代已经来到，如此迅猛的通信发 展使得大众

21、对高速网络有了巨大的依赖，网络电视、网络通话以及高速下载等已 经被实现，然而高速网络的资费高问题、室内覆盖不全面问题却一直是一个难题。 这很大程度上影响了用户体验。所以急需一种代价小而且便于安装的办公室、家 庭网络来作为对蜂窝网的补充。所以wifi网络的出现极大的解决上述难题，作为 对蜂窝网的补充wifi在当今人们的生活屮可谓无处不在。本文主要讨论了如何消 除跨层网络间的干扰，并在算法上实现hits与wifiz间的无缝切换，讨论了两种 网络间的转移概率。1.2本文的主要工作内容木文详细的描述了蜂贯网和wifi两层网络之间存在的异构无缝切换存在的 问题，提出了异构网络的干扰与解决办法、切换的判决

22、算法等。第二章介绍了异构无线网络间的两种切换类型：平行切换、垂直切换。说明 了两种切换之间的不同，提出了现今研究领域的三种不同处理垂直切换的思路， 木文主要是对于第三种思路展开探讨，列出了联合垂直切换概率的算法，以及在 此算法下两种网络之间的状态转移概率。第三章主要讲述了wifi以及蜂贯网各自的特性以及两者之间的联系，分析了 在有限的频段范围内如何成分利用频谱资源，同时不造成两层网络之间的相互干 扰，并提出频谱利用率的数学模型。随后探讨了动态频谱分配的概念，并且通过 改变天线信号强的等方法来最大限度减少跨层干扰。第四章主要讲了两个算法：一个是联合垂直切换算法，另一个是移动终端在 两种网络切换的

23、概率。联合垂育切换算法下的切换判决代价函数充分考虑了可用 网络数量、带宽、信号强度以及用户满意度这些因素，可以衡量对网络的qos要 求。第五章针对文中的上述所说进行分析，讲述了自己对于无线异构网络间的无 缝切换的看法，并提出了本文所探讨的算法方而的不足之处，为自己以后的网络 维护工作奠定了一定的基础。最后对全文做出了总结，并且提岀了自己对不同网 络所连接的终端自由切换的期望。2 无线网络垂直异构切换的背景无线通信最早的应该是在无线电报时代就被提出了，随着技术的革新，无线 通信技术发展越来越完善，到上世纪90年代无线通信技术才真正的走向数字时 代，由于数字信号容易检测和易控制的优点，无线网络出现

24、了不同的技术协议， 这使得如今不同网络拥有不同的网络间协议，相同设备必须兼容不同的网络协议 才能与不同网络相连，而现如今网络遍布各处，人们不仅仅只需求连接一种网络 的情况，不同种类网络间频繁的切换成为了比较重要的一个步骤，所以界构网间 的切换不同于相同协议下网络的切换。本课题主要探讨umts和wifi两种网络 的切换问题。2.1. 水平切换与垂直切换1）水平切换：水平切换是指相同协议下的网络间的切换，通蜂窝网容量大小、 终端的信号接收强度等物理信息來判断是否需要进行切换。对切换设置一个判决 门限，通过与判决门限大小的比对，来确定是否寻找新的网络连接。与此同时更 新新的用户连接端口，如果是网络本

25、身根据用户容量等因素有网络决定切换而由 终端辅助切换时网络为切换判决者；如果是移动终端根据基站信号强弱等因素而 自主发出切换网络作为辅助切换时，移动终端作为切换判决者。一般情况下为了 保证用户数据的稳定性避免“掉线”移动终端会先与目的切换网络相连，再断开 原有网络连接。2）垂直切换：垂直切换是指在不同种类网络z间的切换例如:umts网和wifi z间的切换。一般被分为用户主动切换和设备被动切换两种：主动切换由用户发 起，一般是用户自己切换到更加适合自己所需求的网络；被动切换是由设备根据 网络实际情况而自动选择网络。垂直切换有上行垂直切换和下行垂直切换z分： 上行垂直切换是指移动终端从覆盖范围小

26、的小区切换到覆盖范围大的小区；下行 切换与此过程相反。垂直切换分为三个步骤：切换触发、切换判决和切换执行。 在切换触发发生以后却不一定要进行下面的步骤，因为有可能切换判决会认为不 需要切换。而判断依据一般为：所使用的当前网络信号强度明显下降、当前使用 的网络用户容量达到极限、新的网络能更好满足用户需求、当前网络无法满足用 户需求。如下图展示了垂直切换与平行切换的关系图1wwan/向上切换蚕宜切换水平切换向下切换 wman/瓦£窃换wlanz图1垂直切换与水平切换垂直切换将是本文的讨论重点，会在第四章重点讨论判决算法，本文此后会 以umts和壯an为模型进行垂直切换种种问题的研究。2.

27、2异构网络垂直切换的研究现状目前对垂直切换的控制机制分为以下3种：1）最基本的思路就是比对当前环境中各个网络信号的强度进行判决，同吋 由于接入网络用户数量的增大，要合理分流用户。这种机制的研究-般使用定吋 器作为切换初始的标准，可以设置信号强度门限，如果接收到的信号强度低于预 先设置的大小，则发出切换指令。不同的算法会导致信号判决门限大小不同，为 了实现网络利用最大化，最关键点在于定吋器的设置，这会直接决定垂直切换的 判决。2）基于人工智能的模糊逻辑，结合多种参数设计出一种多维判决策略。为 了使异构无线网络在切换时更加精准，相关文献基于模糊推理系统和elman神经 网络，一种智能自适应的网络切

28、换算法被提出。模糊推理系统采用了设定垂直切 换的信号强度、用户偏好等方面因素，通过合理分析按照规定进行切换。3）通过算法设立代价函数选择最优网络。这是本文所使用的方法，通过用 户的偏好、接入费用、组合业务类型、带宽容量、以及功耗等方面进行综合分析。 考虑多个判决因子变量，这中使用代价函数来判断切换的方法虽然可以精确地控 制切换的时机，但是由于多重因素的不稳定性,给算法的构造上提出了一定要求, 使算法难度增加。2.3. umts网络和wlan网络异构融合的基本架构在umts和wifi的网络融合架构中，切换决策功能的设计（hdf）非常重要， 其主要目的就是通过对网络各种条件参数的分析，从而对网络环

29、境作出判断，决 定其是否进行切换，寻找新的网络连接。移动终端一般可以同时连接umts和wifi, 可以通过这两个网络端口连接到internet网，在此硬件基础上可以做到无缝切 换。当移动终端接入umts时，接入无线网络下的子系统、gprs服务支持的基站以 及gprs网关支持的基站；当移动终端接入wlan时，通过接入wifi无线热点以及接 入网关（apgn）实现连接网络。wlan和umts从逻辑上通过hdp控制，使得移动终 端连接入internet网，从而实现界构网络的融合。3.wifi和蜂窝网的特性3.1. wifi与蜂窝网两层网络之间的概述对于数据流而言，室外的蜂窝网络具有较为大的覆盖范围，

30、并且具有很大的 用户容量。其工作频段一般在900-1800miizo而wifi在802. llb/g协议下工作频段 为2400mi1z左右，wifi-蜂窝网两层网络的特点可以归纳为以下几点：1) 两层网络基本是在相同频段下工作，wifi的存在补充蜂窝网信号弱的地 方提升了无线频谱利用率；2) 在wifi所覆盖的范围内，用户可以接入免费的无线网络，并且可以保证高 质量的网络传输速度，提升了用户服务质量(qos)；3) wifi作为小型独立的热点具有灵活轻便等优势，可以快速搭建，并且融入 蜂窝网屮。因此，对于蜂窝网来说，wifi网络可以非常简单的提高其覆盖较差的 信号区域，较好的补充了蜂窝网的缺点

31、，使带宽利用率增加并且信号稳定。如图 2两层网络结构。图2 w1f1-蜂窝网两层网络结构从w1f1-蜂窝网两层网络结构图中可以看出在基站覆盖的区域内，有不同的wifi热点，还有连入wifi与连入蜂窝网基站两种类型的用户。其中核心网络是蜂 窝网基站，核心网覆盖了区域内的所有移动设备。而作为对蜂窝网的补充，wifi 会受到蜂窝网下行链路的干扰。移动设备在连接wifi时，在接收wifi的数据传输 的同时也会多少受到蜂窝网基站的影响，当设备移动到wifi覆盖的极限位置，就 应该考虑是否接入蜂窝网络基站，在这里就将信号强度和垂直切换联系了起来； 同样的道理，如果属于蜂窝网用户，同样的道理也会受到w1f1

32、下行数据的干扰。 而设备是需要与热点或者基站进行通信从而发出数据请求，所以在设备发岀信号 时，会产生上行数据链路，如果是wifi网用户，移动终端在与wifi上行通信的同 时，也对蜂窝网基站的上行链路产生干扰作用，同理蜂窝网络用户对wifi网也会 产生上行链路的干扰，至此跨层干扰的几种基本类型就是这样。对于一个蜂窝基 站覆盖的模型中都有如此众多的干扰存在，而实际生活中，各种平行网络和垂直 网络相互交叉存在对于跨层干扰的控制需要进行深入研究，3.2两层网络的信道划分问题wifi的最大优势是可以利用电信网和tp网，两种网络融合的核心思想是利用 wtfi这种“固网”为蜂窝网的室内覆盖瓶颈问题提供一种解

33、决方案，并口能发挥 自身网速较快等优点保证和提高服务质量(qos)o如何在有限的无线频谱资源中 提高频带利用率，是无线通信领域较为重要的研究方向。在两层网络中wtft是能 极人地提高频谱利用率，然而wtft的存在也必将给蜂窝网的信号带来干扰，所以 消除两层网络的上、下链路干扰是提高频带利用率的前提。特别是当一个小区中 存在不止-个wifi热点，这种干扰因素将变得更加复杂。而wtfi作为辅助网络嵌 入蜂窝网之中，也必然会受到蜂窝网的干扰，此类干扰会影响(qos)所以对干 扰的管理要非常重视。无线网络区别于传统网络的最重要一点就是“移动性”， 原来的蜂窝网之间存在着用户平行切换问题，再加上wifi

34、网络的加入，两层不同 网络就存在着更为复杂的垂直切换，所以跨层接入的管理就显得尤为垂要。接下 来就分析一下wifi在两层异构网络中信道的划分问题。wifi和蜂窝网络工作在相同的频段内，两种网络如果在同样的环境中必然会 产生跨层干扰，而一般情况下通用的方法就是使用专有信道(dedicated channel) 和共信道(co-channel)这两种进行分配。如果对两者人为地划分专有信道，这 种方法虽然比较简单清处，但有可能会造成一方信道不够用，而另一方信道剩余， 造成本来就稀缺的无线资源更加利用不足；共信道分配可以解决信道利用率不足 的问题，然而却随之带来了更严垂的信道混乱使跨层干扰变得更加严垂

35、。所以一 种既能满足拥有自己的固定信道而口拥有两者的共同信道的方法被提岀，这就是 动态信道，也称作动态频谱分配。动态频谱分配是一种比较中庸的做法，这种方法结合了专有信道和共有信道 的优点，并且把两者的缺点降到尽可能低，这种方法有效的保证了在极限情况下 两者的信道都不会完全交叉，这样做的好处是在数据传输中不存在“断网”问题; 同时在整个有限的无线频带上能把频谱利用率达到最大化，依据实际情况调整两 层网络所占用的频带大小。为实现这动态频谱分配，同时采取专有信道和共信道同时存在的方法来产生 一种新的半混合信道从而获得两种信道类型的优点，得到提升系统容量和降低干 扰的平衡的效果。各自固定的信道不存在问

36、题可以较为容易的划分，但是共信道 下跨层干扰的存在成了整个问题的关键点，必须要对两者的频谱进行合理划分。 由于两者工作在相同的频率环境，同时各自又有一部分不同的频率，所以我们对 二者的频率划分为三部分，第一部分为蜂窝网频率al+a2.an；第二部分为wifi 频率b1+b2. bn；第三部分为两者共用部分c。如图3严a蜂禽网频率 v=i>共用 v=>wifi频al+a2.ancb1+b2.图3频谱混合划分wifi在蜂窝网中出现的位置具有随意性，在空间上变化比较多。所以实际应 用中并不给w1f1分配专门信道，这样也会浪费蜂窝网的无线资源。因此比较科学 的划分方法是给蜂窝网分配大多数带

37、宽，wif1作为子网络占用蜂窝网的带宽，或 者是在整个无线频谱上采取共信道的方法从而获得最优的频谱利用率。此类信道 划分的方法特别适用于稀缺的无线频谱，用来提升频谱利用率。如此划分动态信 道之后就出现了一个频谱利用率的概念：错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。为频谱利用率，错误!未找到引用源。为两层网络在整个频谱上的配置，错误!未找到引用源。表示整个覆盖范圉内可用频带。3.4、跨层干扰管理在两层网络覆盖范围的重叠区域，跨层网络间的干扰就变得尤为突出。而干 扰类型也分为以下两种：下行链路干扰和上行链路干扰。如图4：1) 蜂窝网用户受到wifi网络的干扰。蜂窝网用户在二者网络的交界位置会受到w

38、ifi网络下行链路的干扰，下行干 扰的解决办法主要是依靠降低wifi信号的发射功率来减少自身对蜂窝网用户的 干扰，但如此以来wifi网络自身的网络质量却有所下降。所以wtfi在网用户的目 标信号强度或系统给岀的参考信号强度峰值来调节适当的町fi下行发射功率，同 时应为wifi设置其造成的跨层干扰程度的大小参数：若wift对蜂窝网造成的干扰 程度不大，则wtft就被允许在不影响蜂窝网信号的基础上适量增大自己的发射功 率，这种方法反映了自动调节功率人小的思路，同时也把wtft网络对自身的削弱 降到最低。另外蜂窝网用户在传输上行数据时，会对wifi的上行链路造成干扰。 因此wifi的数据接收端同样可

39、以利用刚才的思路通过参数来减少自己接收信号 的灵敏度，但这会对wtfi网络本身的上行链路造成影响，影响wtft网络用户上行 数据的传输。因此对于一些干扰严重且无法消除的情况，想办法去消除跨层干扰 已经不太可能，就必须要进行网络数据的跨层切换了。2) wtft网络用户对蜂窝网上行接收端的干扰。在两层网络相互覆盖的区域，町ft用户会不停的发射上行数据，因此对蜂 窝网上行链路造成干扰。所以要降低wtft用户的发射功率以对蜂窝网上行链路进 行保护。同时为了保证wtft网络的用户上行链路需求，就需要提高wtft接收端的 灵敏度。对于蜂窝网的下行链路干扰町ft用户的下行链路，天线扇形化可以从空 间上直接降

40、低对其干扰，而在wifi发射模块引入智能天线，不仅可以改善发射功 率，同吋还可以保证用户容量。图4两种跨层干扰类型这种跨层干扰的管理方法较为智能，成木较低，不用特别的判决算法即可达到目 的。通过对网络信号强弱的判断和用户接入位置，尽可能通过改变网络自身的参 数来达到干扰最小化的目的。4 异构网络切换的判决和算法实现4.1切换的原因一般情况下以下几种会引发切换：1）目前所使用的网络信号出现大幅度衰减 导致瘫痪;2）目前所使用的网络容量已经超负荷；3）切换到的目的网络要优于现 有网络体验;4）当前网络无法满足用户对于网络功能的需求;5）用户自身请求切 换到其他网络等等原因。其中最影响用户体验的一个

41、重要原因是第一种，当前网 络质量明显下降无法更好的维持网络稳定性，网络连接不能满足用户需求。移动 终端在此情况下为了保证自身网络畅通需要寻找新的网络连接。移动网络的基本 特征z就是网络切换，这是比较重要的移动网络管理功能，尤其影响到个网络 数据传输屮出现的网络瞬间切换，切换的稳定性直接影响着整个系统的性能体 验。异构网络垂直切换一般分为三部分：切换的发起阶段、切换的判决阶段、切 换的执行阶段。1）第一阶段是发起阶段，搜索小区内可用的无线网络连接，作为下一步 判决的对彖。2）第二阶段是判决阶段，对上一步搜索的网络进行筛选。切换判决的依 据主要包括网络链路的质量、移动终端接收到基站发出信号的强弱、

42、资费情况和 用户的使用习惯等等。判决的工作主要是选出第一步里面最优的网络连接，并且 控制终端在恰当的时机发出切换的指令。3）第三阶段是切换的最后阶段，接收到第二阶段的指令z后开始进行网 络的切换。以上3个阶段有可能不会像流水线一样进行，根据网络环境情况有时不一定 会出现网络切换，有时出现网络切换时用户自己选择的结果，并不需要对小区内 所有网络进行搜索。因此通常情况以上步骤在时间上不会完全分开，但也不一定 会按照顺序执行。这三部分的基本思路不变，根据现实情况而变化。切换执行切换判决切换发起图5切换过程流程图垂直切换是由多种因素引起，大体上分为三种，网络相关、应用相关、用户 相关。这三种因素对于用

43、户能感知的只有用户相关这一因素。所以必须结合这几 种切换发起因素提出一种多参数共同决定的切换判决算法对于切换这个动作来说，切换判决是最重要的步骤，如何判决是否切换需要 考虑到多方因素，所以必须要一个良好的切换判决算法，接下来就重点来研究切 换判决算法，“联合垂直切换判决算法”。4.2联合垂直切换判决算法考虑到实际情况的需要，信号强度(rss)并不能单一的作为参数来影响切换的 算法。应该考虑网络的容量、移动用户的数量、设备的运行情况以及网络条件等 多种不确定因素的影响。对于需要多个参数综合影响的算法，通过多种参数共同 建模，提出适用于异构网络复杂环境下的联合切换判决算法。4. 2. 1垂直切换判

44、决代价函数切换判决代价函数的构建，在预先确定的时间进行垂直切换代价计算的模块 被称为切换决策功能(hdf),对于相异的网络条件具有相异的代价参数。代价函 数的值代表了对这个网络质量的好坏，即低代价的网络是较为优的网络。下面我 们用1来代表umts网络，用2来代表w1f1网络，由此可以写出代价函数：fn = h； ln(l / 耳)+ w岛 + 比 ln(l/t_ liven)上式中， +叫.+叫=1; n表示为小区内网络的数据量；耳表示为区域内所有 的带宽总和，用来表示umts和wifi的总和；错误!未找到引用源。表示接收到 的网络信号强度情况；t_liven表示用户在使用网络时感受到的满意度

45、，可以代 表木网络环境下的网络质量(qos)o选择其中代价最小的网络作为切换网络，bp： 几二minm j作为最先选择的切换目标。其屮，/()表示为umts的代价函数；£()表示 为wifi的代价函数。由此可得到结论为：当fx>f2时，选择连接wlan网络；当 f<f2时，选择连接umts网络。在这个两层网络模型屮，umts和wifi相互z间互有交叉的区域，通过ipv4 和ipv6两种移动ip來确定重点所在的区域。双模接口移动终端可以同时与两种 网络进行连接，但是移动终端一般情况下只能使用一个端口来下载数据(三星 galaxy s5终端已经实现umts与wifi同时下载一

46、个数据)。与此同时，对于一 个多接口的移动代理软件在被安装到移动终端是，该客户端会将周围存在的可用 网络进行扫描，搜索到各种类型的信号强度(rss)作为目标网络，通过联合垂 直切换判决算法，选择其屮最优的网络作为切换网络。在此模型架构上，考虑到 了接收端信号强度会受到阴影衰落的影响。rss可以作为衡量网络基站或热点距 离一种终端的远近(d)o即：rss(d) = pt-l-gn lg() + /(/z, a)dbm上式中，件表示的发射功率；厶表示的恒定信号功率损耗；路径损耗指数n表 示，n的取值大小在通常在2-4之间； gc是零平均值、标准方差b所代表 的是高斯随机变量，它可以表示阴影衰落的影

47、响。如果对以上结果进行离散采样, w1f1的信号接收强度(rss)每隔7；被抽样一次。因此，抽样取值可以表示成：rss(k) = prss 伙)+ nk)dbm式中k表示为吋间序列。“加 伙)=马-厶1 °斤 lg(d)dbfn移动终端和wifi热点在k时刻时它们z间的距离用d來表示，(d)表示的是rss 衡量距离的参数，通过简单地距离大小就可以判定移动终端所处的位置以及运动 状态，假设移动终端以平均不变的速度错误!未找到引用源。离开wifi热点。移 动终端在两者网络z间线性的不改变方向的匀速运动，可以通过数学模型得到移 动终端在距离与信号强度之间存在的正太分布函数wifi的平均发射

48、信号强度 rss(x),両丽假如移动终端从wla7的热点出发，将此处距 离表示为0,所以移动终端移动到一定距离(d)之后可以看作是服从正态分布 的轨迹。即表示为错误!未找到引用源。其中错误!未找到引用源。代表系统中 存在的噪声延时，c代表光速常量。在此联合垂直切换算法中，去i古i定的时间间隔对连续的时间信号进行离散化 处理，离散化后的数据可以作为抽样值。将接收信号作为离散化模型，在这个基 础上我们在进行分析。移动终端以恒定速度v运动，以周期7；进行固定周期的采 样数据，移动终端最终移动的距离可以表示为ds=vt,即：rss2 = £)-lonlg(忍) + /(“q)在切换决策功能中

49、加上一个判决定时器，在一个计时周期卩=厶£ (l次抽样)内, 判断多次接收信号的加和：j a =rss(kj);=i式中j表示的是在一个周期内所接收到的所有信息高于rss旳的次数，且1< j< l；匕(j二1,2, , j),即a为j个服从正态分布随机变量之和。所有 接收到的信号总和与之前设定的切换能量作比较，以此比较大小来决定切换与 否，是切换准则的标准之一。以目前的信号接收强度或者计算的平均信号强的，为了满足用户服务质量(qos)所需要的时间为:drss上式中，d股代表接收信号的平均下降速率；0表示用户所需求的的服务质量, 此公式表达了在满足用户对网络质量需求的条件下

50、信道中数据传输的错误率与 错误的恢复，为了得到用户所需要的网络服务质量，必须还要保证信号强度水平; t_livek代表的是用户所能接收到的信号满意度，以及这种信号强度带来用户 满意度持续的吋间。4.2.2切换判决准则由于umts和wifi属于两种不同协议下的无线网络，两种网络对于同一种信 号的处理方式也有不同，因不可以通过信号自身的比较来作为切换标准。因此， 对于判决门限的定义就显得比较重要。其中，wifi网络让一种终端切换进入其网络的门槛是rssth_in ；移动终端接接收到从wifi网络移出的门槛是因为wifi是屈于宽带的热点网络，所以其具有网速快、免费等优点，所以用户 更加倾向于接入到w

51、ifi网络中，所以把wifi所接受到的信号全部累加，以此就 可以做判决依据。如果移动终端处于两者网络相接触的边缘位置，同时搜索网络 信号时，切换判决决策中的切换计时器，在图(b)的情况下触发。如下图：(a)(b)图6联合垂直切换判决算法流程图(1) 移动终端从umts网络切换到wifi网络wifi网络发给移动终端的上行信号假如可以达到rssth_in (移入门限)，此时 判决定时器开始工作。切换判决决策在判决定时器工作的人内，rss伙)的信号 强度总和是否高于q,且冃前所使用的网络接受信号强度是否可以满足用户服务 质量所使用的总时间t_livek是否高于。其中，rss(k)为大于rssth_i

52、n的接 收信号强度；能量门限q = ql/2f l = tjts, q > rsslh_in ；匚。是指两者网络之 间延时的估计屈于门限函数，其中主要包括网络的搜索、网络的认证和最后网络 的接入，设置情况与采纳的位置管理方法有关，如移动ip或其他端到端的方法。 如果在一个计时周期7；内，瓦丽所有信号的能量加和高于错误!未找到引用 源。且t_livek大于陥由此几种条件来做出判断确定为网络需要切换，从错 误!未找到引用源。；否则会把定时器置零，等待下次的触发。当以下条件满足时发生从umts向w1f1的切换rss(k) > rsstlt_in 并且满足 乞 rssg)2q,以及 t _

53、livek>tho戶1(2) 移动终端从wlan切换到umts如果移动终端接所接收到的wifi信号大小低于预期的门槛rss“，则计时 器就开始计算连接时间。由于错误!未找到引用源。在网络中处在较为容易被选 择的级别，所以对umts网络有足以对抗“免费、高网速”的条件才会切换过去, 通过判断接收信号的强度大小，以及其可以保持稳定存在为用户提供良好的服务 质量进行判断。当移动终端所接收到的错误!未找到引用源。信号强度比rss加如 小时，切换定时器开始计时。它的切换判决机制表示为：rss(k) < rsslh_out 并且满足 乞 rss(k)<q 以及 t _livek<t

54、ho7=1fl前高速网络使用最多的就是wifi和umts网络设计出两者网络融合构架考虑到 了诸如用户满意度等非物理性因素，提出了多参数共同决定的代价函数，更加全 面真实的表现岀所切换的必要性，这样更加准确的达到了切换的目的，通过此代 价函数我们构建了联合垂直切换算法。4.3转移概率当移动终端位于umts网络和wifi网络之间的位置吋，移动终端发生垂直切换 的同吋，又连接到另一-种网络。在此过程中移动终端同吋具有两种状态，移马尔科夫链作为模型研究其转移概率。可以利用马尔科夫链的性质，从理论层而研究 移动终端在两层网络重叠区域的垂直切换过程，可以模型化为马尔科夫链状态转 移过程。两种网络可以用两种

55、状态来表示，所以转移关系可以表示为：错误!未 找到引用源。和错误!未找到引用源。，其中“错误!未找到引用源。”代表错误! 未找到引用源。，“错误!未找到引用源。”代表错误!未找到引用源。转移概率的计算要用递归的思想来解决，k时刻作为切换计时器开始计时的 最开始时刻，错误!未找到引用源。作为切换作为一个周期时刻用来表示切换时 间间隔。根据马尔科夫链给出定义如下：1）错误!未找到引用源。在时间k时移动终端与wlan连接在一起的概率;2）错误!未找到引用源。在时间k时移动终端与umts连接在一起的概率;3）错误!未找到引用源。在k-错误!未找到引用源。时，移动终端初始时刻 错误!未找到引用源。与umts相连，在k时刻的时候，移动终端与错误！ 未找到引用源。相互连的概率；4）错误!未找到引用源。在k-错误!未找到引用源。时，移动终端初始时刻 错误!未找到引用源。与wlan相连，在k时刻的时候，移动终端与错误！ 未找到引用源。相互连接的概率。通过以上的模型切换刚开始的时候，如果移动终端与wifi相连，即错误!未找到引 用源。，错误!未找到引用源