專利名稱：一種異種網(wǎng)絡(luò)間基于時間門限的上行垂直切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種異種網(wǎng)絡(luò)間(蜂窩移動網(wǎng)與無線局域網(wǎng)間)基于時間門限的上行垂直切換方法。
背景技術(shù)：
當前，隨著人們對移動接入業(yè)務(wù)需求的不斷增長，下一代無線通信技術(shù)正朝著實現(xiàn)異種無線網(wǎng)絡(luò)互通的方向發(fā)展。蜂窩移動網(wǎng)和無線局域網(wǎng)(WLAN)是現(xiàn)代無線通信中兩大主要的無線通信網(wǎng)絡(luò)。蜂窩移動網(wǎng)的特點是大覆蓋和低帶寬，與此相反，WLAN則具有小覆蓋和高帶寬的特征。而蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)與WLAN的互通，則能使兩者的優(yōu)勢互補，增強所提供業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。網(wǎng)絡(luò)間交換連接的過程稱為切換。相同接入技術(shù)網(wǎng)絡(luò)(如WLANs之間)間的切換稱為水平切換，而不同接入技術(shù)網(wǎng)絡(luò)(如蜂窩移動網(wǎng)與WLAN)間的切換稱為垂直切換。垂直切換可進一步分成下行垂直切換(DVH)和上行垂直切換(UVH)。對于蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)與WLAN 互通系統(tǒng)而言，DVH是指從蜂窩移動網(wǎng)到WLAN的垂直切換，而UVH是指從WLAN到蜂窩移動網(wǎng)的垂直切換。DVH是移動用戶從低帶寬大覆蓋向高帶寬有限覆蓋網(wǎng)絡(luò)的切換過程，而UVH 則是移動用戶從高帶寬有限覆蓋向低帶寬大覆蓋網(wǎng)絡(luò)的切換過程。異種網(wǎng)絡(luò)間的垂直切換是下一代移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無縫移動性所面臨的重要挑戰(zhàn)。 近年來，出現(xiàn)了許多針對異種無線網(wǎng)絡(luò)垂直切換的切換方法，但這些方法極少涉及信道搶占的垂直切換。T. -L. Sheu等人2010年在“Wireless Networks”期刊發(fā)表的論文 “A channel preemption model for vertical handoff in a WLAN-embedded cellular network”中提出了一種適用于蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)與WLAN互通的信道搶占垂直切換方法(簡稱PMV方法)，其核心思想是如果蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)中的有效移動信道全部被占用，只處于單蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的新增呼叫或執(zhí)行了 UVH過程切換到單蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的切換呼叫發(fā)現(xiàn)蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)與WLAN雙重覆蓋區(qū)域內(nèi)有可搶占的蜂窩移動信道存在，可對該類信道進行搶占。被搶占的在線蜂窩呼叫被迫執(zhí)行DVH過程，由蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)向WLAN進行下行垂直切換。PMV方法有效地減少了蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)新增呼叫阻塞率和UVH切換呼叫丟失率。對切換呼叫的處理方式將直接影響到向移動用戶提供業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS) 及互通系統(tǒng)的性能，I. Katzela和M. Naghshineh早在1996年就在“ IEEE Personal Communications” 期干丨J 上發(fā)表的論文 “Channel Assignment Schemes for Cellular Mobile Telecommunication Systems: A Comprehensive Survey” 中指出“蜂窩移動網(wǎng)內(nèi)相比新增呼叫的阻塞而言，切換呼叫的丟失更應(yīng)避免”。然而，在對于只處于單蜂窩覆蓋范圍的新增呼叫和執(zhí)行UVH過程切換到單蜂窩覆蓋區(qū)的垂直切換呼叫如何進行蜂窩移動信道占用與搶占的設(shè)計中，PMV方法并沒有考慮兩者的先后次序，而是賦予UVH切換呼叫與新增蜂窩呼叫同等的競爭和搶占蜂窩移動信道的權(quán)利，其結(jié)果使UVH切換呼叫的呼叫丟失率性能不能得到進一步的改善。針對PMV方法的不足，我們在2011年“IEEE WICOM"國際會議上發(fā)表的論文 “An upward priority channel preemption scheme for verticalhandoff in cellular/WLAN interworking”中，提出了一種適用于蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)與WLAN互通網(wǎng)絡(luò)的上行優(yōu)先級垂直切換方法(簡稱-MPPS方法)。該方法通過提高UVH切換呼叫在具有信道搶占的上行垂直切換中的優(yōu)先級，有效地改善了 UVH切換呼叫丟失率性能，但由此也使其新增蜂窩呼叫阻塞率有些增加。對有限的蜂窩移動信道資源而言，UVH切換呼叫丟失率和新增蜂窩呼叫阻塞率是矛盾的兩個對立面，偏向任何一方，都會使另一方的性能變差。如何使兩者達到最佳平衡一直是無線通信領(lǐng)域關(guān)注的焦點。M. Salamah等人2005年在 “New Trends in Computer Networks”期刊發(fā)表的論文“A Fair Bandwidth Allocation Scheme for Multimedia Handoff Calls in Cellular Networks”中指出對于在線語音呼叫，如果通話持續(xù)時間很短就出現(xiàn)掉線，用戶將非常憤怒，而當通話持續(xù)一定時間后出現(xiàn)掉線，用戶的不滿情緒就不會那么強烈；同樣，對于在線數(shù)據(jù)呼叫，當連接時間小于一可接受的范圍內(nèi)掉線，用戶一般可以容忍，但當在線數(shù)據(jù)傳輸已進行相當時間后出現(xiàn)掉線，那用戶的不滿情緒將相當強烈”。由此，M. Salamah等人在上述論文中提出了一種針對蜂窩網(wǎng)絡(luò)內(nèi)水平切換的時間門限信道分配方法(簡稱TTS方法)。該方法通過監(jiān)控水平切換呼叫的在線通信時間，根據(jù)用戶對語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不同容忍度，對在線水平切換呼叫進行優(yōu)先級分類，其目的是要在保證用戶敏感型的優(yōu)先級水平切換呼叫具有較低丟失率的同時， 改善新增呼叫阻塞率性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種異種網(wǎng)絡(luò)間基于時間門限的上行垂直切換方法，該方法具有在保持系統(tǒng)高蜂窩移動信道利用率和較低的用戶敏感型上行垂直切換呼叫丟失率性能的同時，明顯改善新增蜂窩呼叫阻塞率性能的有益效果。實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是
一種異種網(wǎng)絡(luò)間基于時間門限的優(yōu)先級信道分配與搶占的上行垂直切換方法，所述異種網(wǎng)絡(luò)間是指蜂窩移動網(wǎng)與無線局域網(wǎng)間，該方法包括
a)上行垂直切換呼叫分類
根據(jù)用戶對在線語音和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)掉線的不同容忍度，設(shè)置語音和數(shù)據(jù)時間門限； 語音時間門限是指大于語音用戶所能接受的最小通話持續(xù)時間，寬帶數(shù)據(jù)時間門限是指小于寬帶數(shù)據(jù)用戶所能容忍掉線的最大在線數(shù)據(jù)傳輸時間；通過監(jiān)控呼叫的在線通信時間， 根據(jù)語音和寬帶數(shù)據(jù)時間門限，對語音和寬帶數(shù)據(jù)上行垂直切換呼叫進行優(yōu)先級分類；小于語音時間門限的在線語音UVH呼叫和大于寬帶數(shù)據(jù)時間門限的在線寬帶數(shù)據(jù)UVH呼叫稱為優(yōu)先級UVH呼叫，而大于語音時間門限的在線語音UVH呼叫和小于寬帶數(shù)據(jù)時間門限的在線寬帶數(shù)據(jù)UVH呼叫稱為非優(yōu)先級UVH呼叫；
b)定義優(yōu)先級
針對單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)有蜂窩移動信道占用和搶占要求的UVH切換呼叫和新增蜂窩呼叫，綜合考慮上行垂直切換的優(yōu)先性及用戶對切換呼叫掉線的容忍度，定義優(yōu)先級UVH呼叫優(yōu)先級最高，非優(yōu)先級UVH呼叫和新增蜂窩呼叫優(yōu)先級次之；
c)單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)蜂窩移動信道分配
異種網(wǎng)絡(luò)間，蜂窩小區(qū)信道總?cè)萘繛锳個基本帶寬單位，t為優(yōu)先級UVH呼叫允許占
用蜂窩移動信道的信道門限值，而iT為非優(yōu)先級UVH呼叫和新增蜂窩呼叫允許占用蜂窩移動信道的信道門限值；若蜂窩小區(qū)當前已占用信道數(shù)低于/Γ個基本帶寬單位，優(yōu)先級UVH 呼叫直接完成上行垂直切換，占用蜂窩移動信道；若蜂窩小區(qū)當前已占用信道數(shù)低于Ir個基本帶寬單位，非優(yōu)先級UVH呼叫和新增蜂窩呼叫可占用蜂窩移動信道；信道門限值沒、Bu
和間滿足關(guān)系式'B≥B 〉召”；
d)單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)優(yōu)先級蜂窩移動信道搶占
異種網(wǎng)絡(luò)間，若不存在空閑蜂窩移動信道的情況下，單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)有搶占要求的呼叫按優(yōu)先級次序搶占雙重覆蓋區(qū)內(nèi)已被占用的可搶占蜂窩移動信道；若有多個呼叫同時要求搶占可搶占的蜂窩移動信道，優(yōu)先級UVH呼叫搶占權(quán)限高于非優(yōu)先級UVH呼叫和新增蜂窩呼叫。本發(fā)明的互通系統(tǒng)中有三類蜂窩移動信道空閑蜂窩信道、可搶占蜂窩信道和非搶占蜂窩信道。其中，可搶占蜂窩信道是指處于雙重覆蓋區(qū)域的呼叫所占用的蜂窩信道；非搶占蜂窩信道是指處于單蜂窩移動覆蓋區(qū)的呼叫所占用的蜂窩信道。在蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)絡(luò)互通系統(tǒng)中，進入雙重覆蓋區(qū)域的在線語音呼叫不主動執(zhí)行DVH下行垂直切換過程，除非單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)有其它呼叫對其提出搶占申請。 而進入雙重覆蓋區(qū)域的在線寬帶數(shù)據(jù)呼叫則應(yīng)盡可能的執(zhí)行DVH過程，即只要有空閑的 WLAN無線信道存在，該類呼叫就放棄蜂窩移動信道，轉(zhuǎn)而占用WLAN無線信道。但是，如果此時無WLAN空閑無線信道，在沒有蜂窩移動信道搶占發(fā)生的情形下允許進入雙重覆蓋區(qū)域的在線寬帶數(shù)據(jù)呼叫暫時仍繼續(xù)占用蜂窩移動信道，以免增加不必要的呼叫丟失和通信中斷。本發(fā)明在執(zhí)行上行垂直切換中對改善新增蜂窩呼叫阻塞率性能有明顯優(yōu)勢，能較好地實現(xiàn)UVH切換呼叫丟失率和新增蜂窩呼叫阻塞率性能間的平衡。


圖I為蜂窩移動網(wǎng)和無線局域網(wǎng)互通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖中1-單蜂窩覆蓋區(qū)；2-垂直切換；3_雙重覆蓋區(qū)；
圖2為新增蜂窩呼叫阻塞率與蜂窩負荷的關(guān)系曲線仿真圖，橫坐標為蜂窩呼叫到達率；縱坐標為新增蜂窩呼叫阻塞率；曲線B為本發(fā)明、A為UPPS ；
圖3為優(yōu)先級上行垂直切換呼叫丟失率與蜂窩負荷的關(guān)系曲線仿真圖，橫坐標為蜂窩呼叫到達率；縱坐標為優(yōu)先級UVH呼叫丟失率；曲線B為本發(fā)明、A為UPPS ；
圖4為蜂窩移動信道利用率與蜂窩負荷的關(guān)系曲線仿真圖，橫坐標為蜂窩呼叫到達率；縱坐標為蜂窩移動信道利用率；曲線B為本發(fā)明、A為UPPS ；
圖5為非優(yōu)先級上行垂直切換呼叫丟失率與蜂窩負荷的關(guān)系曲線仿真圖，橫坐標為蜂窩呼叫到達率；縱坐標為非優(yōu)先級UVH呼叫丟失率；曲線B為本發(fā)明、A為UPPS。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例進一步詳細闡述本發(fā)明。以下實施例并不是對本發(fā)明的限制。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中。
圖I示出了蜂窩移動網(wǎng)/WLAN互通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為蜂窩移動終端和WLAN覆蓋區(qū)內(nèi)的無線終端提供語音和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。實施例仿真中各蜂窩小區(qū)信道容量A為20BBUS
(基本帶寬單位)，各WLAN覆蓋區(qū)信道容量為54 BBUs0蜂窩移動信道設(shè)置的信道門限IT和
分別為20BBUs和18 BBUs0為滿足業(yè)務(wù)QoS要求，單個語音呼叫需占用一個基本帶寬單
位的信道，而單個寬帶數(shù)據(jù)呼叫需占用兩個基本帶寬單位的信道。蜂窩小區(qū)內(nèi)產(chǎn)生新增呼叫的過程服從均值為λ c的Poisson過程，而WLAN覆蓋區(qū)內(nèi)產(chǎn)生新增呼叫的過程服從均值為λ￥的Poisson過程(這里入￥取0.040&11/8)，本發(fā)明中涉及的呼叫阻塞率和丟失率性能主要受λc變化影響。各呼叫的通信持續(xù)時間服從均值為6分鐘的負指數(shù)分布。在線呼叫用戶在單個蜂窩小區(qū)和單個WLAN覆蓋區(qū)內(nèi)的逗留時間分別服從均值為2分鐘和4分鐘的負指數(shù)分布。用于劃分優(yōu)先級和非優(yōu)先級UVH呼叫的語音和寬帶數(shù)據(jù)時間門限值分別為 120秒和30秒。圖2示出了新增蜂窩呼叫阻塞率與蜂窩負荷的關(guān)系曲線仿真圖。由仿真結(jié)果可知與UPPS方法相比，隨著蜂窩負荷的增加，本發(fā)明提出的基于時間門限的上行垂直切換方法使系統(tǒng)新增蜂窩呼叫阻塞率明顯下降。這是由于通過本發(fā)明方法的優(yōu)先級蜂窩移動信道分配和搶占的設(shè)計，使非優(yōu)先級UVH呼叫競爭蜂窩移動信道的能力減弱，從而提高了新增蜂窩呼叫占用和搶占信道的成功率。由圖2可知當蜂窩小區(qū)新增語音呼叫的平均到達率λ c為O. 04call/s時，本發(fā)明方法和UPPS方法的新增蜂窩呼叫阻塞率分別為I. 20E-2 和4. 90E-2，本發(fā)明方法相對于UPPS方法的改善度為75. 51%。圖3和圖4示出了優(yōu)先級UVH呼叫丟失率和蜂窩移動信道利用率分別與蜂窩負荷的關(guān)系曲線仿真圖。由圖3和圖4的仿真結(jié)果可以看出本發(fā)明提出的方法與UPPS方法相比在優(yōu)先級UVH呼叫丟失率和蜂窩移動信道利用率性能方面基本相近。圖5示出了非優(yōu)先級UVH呼叫丟失率與蜂窩負荷的關(guān)系曲線仿真圖。由圖5仿真結(jié)果可知隨著蜂窩網(wǎng)絡(luò)負荷的增加，非優(yōu)先級UVH呼叫丟失率有較明顯的上升。這是由于本發(fā)明方法降低了非優(yōu)先級UVH呼叫占用和搶占蜂窩移動信道能力的緣故，考慮到非優(yōu)先級UVH呼叫是屬于用戶容忍掉線的呼叫，因此，這樣的設(shè)計是合理的。所以，本發(fā)明方法中新增蜂窩呼叫阻塞率性能的改善是以犧牲網(wǎng)絡(luò)內(nèi)非優(yōu)先級UVH呼叫丟失率性能為代價的， 它實現(xiàn)了 UVH切換呼叫丟失率和新增蜂窩呼叫阻塞率性能間的平衡，這種犧牲是值得的。因此，通過附圖與實施例分析證明本發(fā)明提出的基于時間門限的上行垂直切換方法，在保持系統(tǒng)高蜂窩移動信道利用率和較低的用戶敏感型上行垂直切換呼叫丟失率性能的同時，達到明顯改善新增蜂窩呼叫阻塞率性能的有益效果。
權(quán)利要求
1.一種異種網(wǎng)絡(luò)間基于時間門限的上行垂直切換方法，所述異種網(wǎng)絡(luò)間是指蜂窩移動網(wǎng)與無線局域網(wǎng)間，其特征在于該方法包括a)上行垂直切換呼叫分類通過監(jiān)控呼叫的在線通信時間，根據(jù)用戶對呼叫掉線的容忍度設(shè)置語音和寬帶數(shù)據(jù)時間門限，由此對語音和寬帶數(shù)據(jù)上行垂直切換呼叫進行優(yōu)先級分類；小于語音時間門限的在線語音UVH呼叫和大于寬帶數(shù)據(jù)時間門限的在線寬帶數(shù)據(jù)UVH呼叫稱為優(yōu)先級UVH呼叫，而大于語音時間門限的在線語音UVH呼叫和小于寬帶數(shù)據(jù)時間門限的在線寬帶數(shù)據(jù) UVH呼叫稱為非優(yōu)先級UVH呼叫；b)定義優(yōu)先級針對于單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)有蜂窩移動信道占用和搶占要求的UVH切換呼叫和新增蜂窩呼叫，綜合考慮上行垂直切換的優(yōu)先性及用戶對切換呼叫掉線的容忍度，定義優(yōu)先級UVH 呼叫優(yōu)先級最高，非優(yōu)先級UVH呼叫和新增蜂窩呼叫優(yōu)先級次之；c)單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)蜂窩移動信道分配異種網(wǎng)絡(luò)間，蜂窩小區(qū)信道總?cè)萘繛锳個基本帶寬單位，『為優(yōu)先級UVH呼叫允許占用蜂窩移動信道的信道門限值，而『為非優(yōu)先級UVH呼叫和新增蜂窩呼叫允許占用蜂窩移動信道的信道門限值；若蜂窩小區(qū)當前已占用信道數(shù)低于,個基本帶寬單位，優(yōu)先級UVH 呼叫直接完成上行垂直切換，占用蜂窩移動信道；若蜂窩小區(qū)當前已占用信道數(shù)低于ΙΓ個基本帶寬單位，非優(yōu)先級UVH呼叫和新增蜂窩呼叫可占用蜂窩移動信道；信道門限值A(chǔ) I‘ 和礦間滿足關(guān)系式w夕B" > ir 'd)單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)優(yōu)先級蜂窩移動信道搶占異種網(wǎng)絡(luò)間，若不存在空閑蜂窩移動信道的情況下，單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)有搶占要求的呼叫按優(yōu)先級次序搶占雙重覆蓋區(qū)內(nèi)已被占用的可搶占蜂窩移動信道；若有多個呼叫同時要求搶占可搶占的蜂窩移動信道，優(yōu)先級UVH呼叫搶占權(quán)限高于非優(yōu)先級UVH呼叫和新增蜂窩呼叫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異種網(wǎng)絡(luò)間基于時間門限的上行垂直切換方法，所述異種網(wǎng)絡(luò)間是指蜂窩移動網(wǎng)與無線局域網(wǎng)間。該方法綜合考慮上行垂直切換(UVH)呼叫的優(yōu)先性及用戶對切換呼叫掉線的容忍度，通過監(jiān)控切換呼叫的在線通信時間，根據(jù)語音和寬帶數(shù)據(jù)時間門限，對語音和寬帶數(shù)據(jù)上行垂直切換呼叫進行優(yōu)先級分類，并在此基礎(chǔ)上對單蜂窩覆蓋區(qū)內(nèi)有蜂窩移動信道占用和搶占要求的各類呼叫重新進行優(yōu)先級定義和信道分配。本發(fā)明方法具有在保持系統(tǒng)高蜂窩移動信道利用率和較低的用戶敏感型上行垂直切換呼叫丟失率性能的同時，改善新增蜂窩呼叫阻塞率性能的有益效果。從而有效地保證蜂窩移動網(wǎng)與無線局域網(wǎng)(WLAN)互通系統(tǒng)業(yè)務(wù)有較高的通信服務(wù)質(zhì)量。
文檔編號H04W36/14GK102612104SQ201210077349
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者蔡家麟 申請人:華東師范大學