基于分类触发信息的群组垂直切换方法

摘要

本发明公开了一种基于分类触发信息的群组垂直切换方法，主要解决现有方法在进行切换决策时没有考虑切换对网络中其他用户的影响以及没有考虑如何实现多个用户同时切换的缺点。其实现步骤为：周期采样网络环境信息和用户环境信息；处理环境信息获得切换触发信息；根据用户的网络覆盖情况、运动参数以及网络资源占用情况寻找切换的目标用户和目标网络；将目标用户分为群组，以群组为单位整体切换至目标网络。本发明针对不同类型的切换要求实施不同切换策略，不仅兼顾了单个用户的切换需求和整个网络的利益，并实现多个用户的同时切换，减少网络开销，适用于现有的网络以及未来将出现的各种新型网络的要求。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及多模终端在多个重叠覆盖的异构无线接入网中移动时，终端的接入网切换方法，适用于现有的蜂窝网，WLAN，3G等网络以及未来的各种新型接入网。

背景技术

随着科技、社会的进步，人们越来越希望能够随时随地获取信息进行交流，实现“无处不在的网络社会”是社会信息化以及国家信息发展战略的必然演进方向，它将给人们的工作、生活、消费等模式和习惯影响带来巨大的深远变革，这一课题日益成为政府、学术界以及运营企业热烈探讨和实践的热点。

终端的移动性是无线网络的一个重要特征，移动使得终端所处的网络环境随着时间不断变化，终端需要根据不断改变的环境信息改变其获取网络服务的途径，即在多个异构网络间进行垂直切换，才能保证用户始终获得最优的服务质量，因此，移动终端的垂直切换问题是构建信息化社会课题中一个重要的研究点，高效的切换方法应使得具体的切换过程对用户完全透明，给用户的业务带来尽可能小的影响，使得网络真正像水和空气一样无处不在，从而实现信息化社会。

目前的垂直切换方法已有很多成果，重点多集中在降低切换延时和减少乒乓效应两个方面。例如，基于灰色预测的切换算法则利用灰色预测模型，根据接收信号强度的历史记录预测接收信号强度，使得3层切换可以提前2层切换出发，降低总的切换时延；解决乒乓效应问题则通常是采用稳定周期或迟滞值来延时移动终端执行切换的具体时间。而在切换决策中对于目标网络的确定有基于当前应用的垂直切换决策机制和层次分析法，其效用函数是归一化的服务质量QoS(Qulity Of Service)参数的权值，目标网络是具有最高效用值网络。上述这些方法虽然能解决垂直切换中的目标网络选择问题，但它们有两个方面的缺点：一方面，它们都是针对某一个用户的效益，笼统地对所有切换触发事件都采用相同的切换决策，即切换决策的制定都是为了最大化一个用户的利益，而没有考虑到对该用户的切换可能会导致其他多个用户的服务质量降级，进而导致其他多个用户需要进行切换，这样的结果实际上是得不偿失的，是应该避免的。另一方面，它们都是针对单个用户的切换算法，一次只有一个用户切换，当网络中用户较多，移动较频繁时，切换的次数较多，会给网络带来较大开销，不利于网络的维护。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于分类触发信息的群组垂直切换方法，以避免单个用户的切换行为给其他用户带来影响，并实现多个用户的同时切换，减小网络开销，提高切换效率。

为实现上述目的，本发明的实现步骤包括如下：

(1)网络控制中心进行周期采样，统计当前网络中正在进行通话的用户数N_i、各个用户的位置、运动速度和运动方向，作为网络环境信息；用户周期采样并记录本次得到的接收信号强度RSS_i以及上次得到的接收信号强度历史记录RSS′_i，作为用户环境信息，i＝1，2，...n，n为异构网络的个数；

(2)对所述网络环境信息和用户环境信息进行如下处理：

(2a)以基站为原点，以正东方向为X轴，正北方向为Y轴，以米为长度单位，建立直角坐标系，记录网络中每个用户的位置坐标向量以及运动速度向量两个向量之间的夹角记为θ_j，其中j＝1，2，...N_i；

(2b)根据接收信号强度公式：R_th＝p_T-L-10βlg(d_th)+f(μ，σ)，计算得到距离门限值d_th，其中，p_T为信号发送强度，L为信号强度损失，β为路径损失指数，其值在2-4之间，f(μ，σ)是服从正态分布的随机变量，μ为平均值，σ为标准偏差，R_th为用户能进行通话的最小接收信号强度值，其值为-90dBm；

(2c)根据距离门限值d_th、位置坐标向量夹角θ_j以及运动速度向量计算用户j的时间评价值：$>T_j=\frac{\left|{\stackrel{r}{p}}_j\right|·\left|{\cos \theta }_j\right|+\sqrt{{d_{\mathrm{th}}}^2-{\left(\right|{\stackrel{r}{p}}_j|·\sin {\theta }_j)}^2}}{\left|{\stackrel{r}{v}}_j\right|},$>该值表征了用户按照当前运动趋势在网络中的逗留时间；

(2d)根据网络的容量M_i以及用户数N_i计算网络资源剩余率：i＝1，2，...n，设置剩余资源门限值η_th等于10％，当η_i小于剩余资源门限值η_th时，表明第i个网络的剩余资源较少；

(3)将用户接收到的网络l的信号强度RSS_l与接收信号强度门限值R_th进行比较，其中l表示用户当前连接的网络，若RSS_l＜R_th，则将该用户标记为目标用户，网络控制中心根据目标用户的网络覆盖情况和网络的资源占用情况寻找目标网络，执行步骤(5)；若RSS′_i＜R_th&&RSS_i≥R_th，其中i＝1，2...n，i≠l，则用户有新增可用网络可用，网络控制中心根据各个用户的运动情况和新增网络的资源占用情况寻找目标网络和目标用户，执行步骤(5)；

(4)将网络资源剩余率η_i与剩余资源门限值η_th进行比较，其中i＝1，2...n，若η_i＜η_th，则第i个网络为过载网络，过载网络的控制中心根据每个网络的资源占用情况寻找目标用户和目标网络，若找到目标，则执行步骤(5)，否则，不进行切换；

(5)在找到的目标用户和目标网络中，将目标网络相同的目标用户归为一个切换群组，将群组中的目标用户作为一个整体切换至目标网络。

附图说明

图1是本发明的总流程图；

图2是本发明中根据目标用户的网络覆盖情况和网络的资源占用情况寻找目标网络的子流程图；

图3是本发明中根据各个用户的运动情况和新增网络的资源占用情况寻找目标网络和目标用户的子流程图；

图4是本发明中根据每个网络的资源占用情况寻找目标用户和目标网络的子流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容作详细叙述：

本发明适用于多个异构网重叠覆盖的场景，即网络1，网络2…网络n，共n个异构无线接入网络，这些网络可以是现有的网络，也可以是未来将出现的新型网络。考虑单一的语音业务，假设每个用户的语音业务所占带宽是相等并且恒定的，将网络的容量按照一个语音业务的带宽为单位转换成用户数量，即一个网络中能容纳的最大语音用户数。网络的控制中心能收集网络环境信息，也能接收网络中的用户环境信息。网络中的用户使用多模终端，并在各个网络中随机运动，运动方向和速度都不受限。

参照图1，本发明的实现步骤包括如下：

步骤1，网络控制中心对网络环境进行周期采样，统计网络中正在进行通话的用户数N_i，i＝1，2，...n，n为异构网络的个数，正在通话的用户的位置、运动速度和运动方向，并将这些信息作为网络环境信息。

步骤2，对所述网络环境信息和用户环境信息进行如下处理：

(2.1)网络控制中心建立一个网络环境信息表，如表1，

表1网络环境信息表

  当前通话的用户数  网络容量  资源剩余率 网络1  N₁  M₁  η₁ 网络2  N₂  M₂  η₂… … …  … 网络n  N_n  M_nη_n

表中记录了每个网络中正在进行通话的用户数N_i以及每个网络的容量M_i，并计算出每个网络相应的网络资源剩余率i＝1，2...n，设置剩余资源门限值η_th等于10％，当η_i小于剩余资源门限值η_th时，表明第i个网络的剩余资源较少，成为过载网络，需要对过载网络i中的用户进行切换，以防止网络中用户的通话质量降级；

(2.2)以网络的基站为原点，以正东方向为X轴，正北方向为Y轴，以米为长度单位，建立直角坐标系，记录网络中每个正在通话的用户在采样时刻的位置坐标(x_j，y_j)，j＝1，2，...N_i，记为向量同时记录每个用户的运动速度向量的方向为用户在坐标系中的运动方向，的大小为用户运动速度的大小，向量与运动速度向量之间的夹角记为θ_j，得到用户运动参数记录表，如表2；

表2用户运动参数记录

(2.3)根据接收信号强度公式：R_th＝p_T-L-10βlg(d_th)+f(μ，σ)，计算得到距离门限值d_th，其中，p_T为信号发送强度，L为信号强度损失，β为路径损失指数，其值在2-4之间，f(μ，σ)是服从正态分布的随机变量，μ为平均值，σ为标准偏差，R_th表示用户能进行通话的最小接收信号强度，其值为-90dBm，当用户接收到网络信号强度大于R_th时，用户能连接此网络进行通话，该网络即为用户的可用网络，否则该网络不是用户的可用网络；

(2.4)用户周期采样，得到与基站间的距离d_i，根据d_i和接收信号强度公式计算得到接收信号强度：RSS_i＝p_T-L-10βlg(d_i)+f(μ，σ)，i＝1，2...n，同时用户保留上次采样并计算得到的接收信号强度历史记录RSS′_i，并将RSS_i和RSS′_i作为用户环境信息。

(2.5)网络的控制中心根据用户的距离门限值d_th、位置坐标向量夹角θ_j和运动速度向量计算用户的时间评价值：$>T_j=\frac{\left|{\stackrel{r}{p}}_j\right|·\left|{\cos \theta }_j\right|+\sqrt{{d_{\mathrm{th}}}^2-{\left(\right|{\stackrel{r}{p}}_j|·\sin {\theta }_j)}^2}}{\left|{\stackrel{r}{v}}_j\right|},$>j＝1，2，...N_i，该值表明了用户按照当前运动趋势在网络中的逗留时间，时间评价值越小的用户按照当前的运动趋势将越早离开网络，将该用户切换，能尽可能地减少网络的总切换次数；

步骤3，将用户的接收网络信号强度RSS_l与接收信号强度门限值R_th进行比较，其中l表示用户当前连接的网络，若RSS_l＜R_th，则将该用户标记为目标用户，网络控制中心根据目标用户的网络覆盖情况和网络的资源占用情况寻找目标网络，执行步骤(6)。

参照图2，本步骤中所述的根据目标用户的网络覆盖情况和网络的资源占用情况寻找目标网络，具体实现如下：

(3.1)依次判断RSS_i≥R_th i＝1，2...n，i≠l是否成立，若成立，则将第i个网络作为目标用户的可用网络，建立可用网络集，进行步骤(3.2)，其中t为集合中可用网络的个数，t的取值由目标用户的实际网络覆盖情况决定；若不成立，则说明用户当前没有可用网络，当前通话中断；

(3.2)利用层次分析法将可用网络集中的可用网络按照从优到劣的顺序排序；

(3.3)计算排序后的可用网络集中的可用网络增加一个用户后的网络资源剩余k＝1，2...t，k≠l，M_k为可用网络集中的第k个可用网络的容量，N_k为可用网络集中的第k个可用网络中正在通话的用户数，依次判断η_k′是否大于资源剩余门限值η_th，若存在η′_k＞η_th，则说明用户切换至可用网络集中的第k个可用网络后不会造成第k个可用网络的资源剩余过少，故将其标记为目标网络；否则，说明用户不管切换至哪个可用网络，都会导致可用网络的资源剩余过少，则进行步骤(3.4)；

(3.4)重新建立可用网络集并排序，依次判断可用网络集中第k个可用网络的用户数N_k是否小于网络容量M_k，若存在N_k＜M_k，则将可用网络集中第k个可用网络标记为目标网络，否则，说明所有可用网络都已经没有资源剩余，用户不能直接切换至任何一个可用网络，则进行步骤(3.5)；

(3.5)重新建立可用网络集；

(3.6)利用层次分析法将可用网络集中的可用网络按照从优到劣的顺序排序，判断可用网络集是否为空集，若是空集，则停止寻找目标网络，用户通话中断，否则，将序列中的第一个网络记为r_v；

(3.7)找出网络r_v的调整路径L_v，w：r_v→r_w w＝1，2，...n，w≠v，r_w，r_v分别表示网络w和网络v，且网络r_w中有至少一个空余资源，该调整路径是一条以网络r_v为起点以网络r_w为终点的有向路线，中间经历一个或多个其他网络，用r_x和r_y表示该有向路线中依次经历的任意两个相邻网络，两个网络需满足条件：r_x中至少存在一个用户可利用网络r_y进行通话；若找到这样的路径，则从r_x中可利用网络r_y进行通话的用户中选择时间评价值最小的用户，切换至r_y，依次类推，所有相邻网络间的切换都完成后将使得网络r_w中用户数增加一个，网络r_v中则腾出一个空闲资源，则网络r_v调整成功，将网络r_v标记为目标网络，停止寻找目标网络；若找不到这样的路径，将网络r_v从可用网络集中删除，返回至步骤(3.6)。

步骤4，将用户的接收网络信号强度RSS_i与接收信号强度门限值R_th进行比较，其中i＝1，2...n，i≠l，若RSS′_i＜R_th&&RSS_i≥R_th，则将网络i记为用户的新增网络i，网络控制中心根据各个用户的运动情况和新增网络的资源占用情况寻找目标网络和目标用户，执行步骤(6)。

参照图3，本步骤中所述的根据各个用户的运动情况和新增网络的资源占用情况寻找目标网络和目标用户，具体实现如下：

(4.1)利用层次分析法从新增网络中寻找比用户当前所连接的网络l更优的网络，若找不到，则说明出现的新增网络都劣于用户当前所连接的网络l，此时用户不需要切换，不再寻找目标网络，若找到，则将比用户当前所连接的网络l更优的网络作为新增网络，建立新增网络集，集合中新增网络的个数为p，p的取值由用户的实际网络覆盖情况决定；

(4.2)计算新增网络集中的网络增加一个用户后的网络剩余资源r＝1，2...p，r≠l，M_r为新增网络集中第r个网络的容量，N_r为新增网络集中第r个网络中正在通话的用户数，依次判断η′_r是否大于η_th，若存在η′_r＞η_th，说明用户切换至新增网络集中第r个网络后不会导致新增网络集中第r个网络的剩余资源过少，则将新增网络集中第r个网络标记为目标网络，进行步骤(4.3)，若不存η′_r＞η_th，则说明新增网络虽然优于用户当前连接的网络l，但是切换至新增网络中会使得新增网络的剩余资源过少，影响其他用户的通话质量，故不能作为目标网络，停止寻找目标网络；

(4.3)找出用户当前连接的网络l中的所有正在进行通话的用户，按用户的时间评价值从小到大排序，依次判断用户是否能利用目标网络进行通话，将能利用目标网络进行通话的用户标记为目标用户。

步骤5，将网络资源剩余率η_i与剩余资源门限值η_th进行比较，i＝1，2...n，n为异构网络的个数，若η_i＜η_th，说明第i个网络的剩余资源过少，成为过载网络，需要对过载网络i中的用户进行切换来预防网络拥塞，则网络控制中心根据每个网络的资源占用情况寻找目标用户和目标网络，若找到目标，则执行步骤(6)，否则，不进行切换；

参照图4，本步骤中所述的根据每个网络的资源占用情况寻找目标用户和目标网络，具体实现如下：

(5.1)找出过载网络i中正在通话的用户，选出有多于一个可用网络的用户作为候选用户，建立候选用户集，这样得到的候选用户既能接入过载网络i进行通话，也能接入其他网络进行通话；

(5.2)判断候选用户集是否为空集，若是空集，说明所有候选用户都已经判断完毕，则不再寻找目标网络，否则，将候选用户集中的用户按照时间评价值从小到大排序，将序列中的首个候选用户标记为u₁；

(5.3)找出u₁的可用网络，建立候选网络集，利用层次分析法将候选网络集中的网络从优到劣排序，集合中可用网络个数为q，q的取值由候选用户u₁的实际网络覆盖情况决定；

(5.4)依次判断候选网络集中的网络增加一个用户后的网络剩余资源率是否大于η_th，其中j＝1，2...q，j≠i，M_j、N_j分别为候选网络集中的第j个网络的容量和正在通话的用户数，若存在η′_j＞η_th，则将候选网络集中的第j个网络标记为目标网络，将候选用户u₁从候选用户集中删除，进行步骤(5.5)，否则，说明候选用户u₁无论切换至哪个候选网络，都会造成候选网络的剩余资源过少，因此，候选用户u₁不能作为目标用户，将候选用户u₁从候选用户集中删除，返回至步骤(5.2)；

(5.5)将过载网络i的用户数减少一个，判断过载网络i的剩余资源率是否小于η_th，若小于η_th，说明过载网络i经过切换后的剩余资源充足，不再需要切换，则停止寻找目标用户；否则，则说明需要继续寻找目标用户，返回至步骤(5.2)。

步骤6，在找到的目标用户和目标网络中，将目标网络相同的目标用户归为一个切换群组，将群组中的目标用户作为一个整体切换至目标网络。