專利名稱：一種wlan無縫切換中新鏈路建立的自適應觸發方法
技術領域：
本發明涉及一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應觸發方法，屬于領域。
背景技術：
近年來，隨著WLAN熱點部署的日益增多以及各種無線通信技術的蓬勃發 展，WLAN相鄰網絡之間的無縫切換成為一個研究熱點，但不論是同質WLAN 之間的水平切換還是WLAN和互相重疊的異構網絡之間的垂直切換，目的都是 盡量減少切換時延以及由此引起的數據包丟失。切換過程中， 一個很重要的問 題就是何時去觸發新鏈路的建立。在這個問題上，有各種各樣的機制提出，有 的采用接收信號強度[Novel MAC Layer Handoff Schemes for IEEE 802.11 Wireless LANs Chintala， V.M.; Qing-An Zeng; Wireless Communications and Networking Conference, 2007.WCNC 2007.正EE 11-15 March 2007 Page(s):4435 - 4440],因為這種方法簡單靈活； 有的采用上層應用的QoS需求為切換設置相應的門限[J. Me, J. Wen, Q. Dong and Z. Zho. "A seamless Handoff in IEEE802.16a and正EE802.11n Hybrid Networks", IEEE Communications, Circuits and Systems, vol. 1， pp. 383-387， (2005).]， 當某個或某些QoS參 數不能滿足這些門限需求時，就觸發新鏈路的建立，這種方法的目的是為了保 證上層應用的需求，但是往往觸發的切換不夠合理；也有一些機制采用綜合諸 多因素來觸發可能發生的切換[H. Wang et al.,Policy畫enabled Handoffs across Heterogeneous Wireless Networks, Proc. Of Mobile Comp. Sys. And Apps., New Orleans, LA， Feb. 1999.]，這種機制為不同的考慮因素設置相應的權重以說明其重要性，當這個綜 合值超過某個預設門限時，即觸發切換，這種機制能夠比較智能，但是需要獲取所有需要考慮因素的信息并對它們進行計算，這必然對移動終端有較高的要
求，所以實用性較差。
為了解決WLAN切換的問題，文獻[Novel MAC Layer Handoff Schemes for TREE 802.11 Wireless LANs Chintala, V.M.; Qing-An Zeng; Wireless Communications and Networking Conference, 2007.WCNC 2007.正EE 11-15 March 2007 Page(s):4435 - 4440]采用
make-before-break的機制來防止切換過程中的延時和丟包，采用的具體技術為
MCoA[R. Jaksa， C. Williams and B. Sarikaya， "Mobile IPv6 Make Before Break",
draft-jaksa-mn-mbb-01, July 2007J 。
該機制提出在移動終端發現相鄰的可用接入網絡時，就采用MCoA技術向 家鄉代理注冊兩個轉交地址。雖然移動終端仍然使用其中一個連接進行通信， 但是需要保持兩條鏈路的聯通性。當目標接入網絡的信號強度高于當前接入網 絡一個預設門限時，隨即向家鄉代理注冊發起數據的重定向請求。這樣就能有 效減小切換延時以及數據包丟失。
該機制沒有考慮如何去合理的觸發新鏈路的建立。這樣在當前接口進行通 信的過程中盲目的保持和目標網絡的連接必然會對目標網絡的無線資源造成一 定的浪費，此外，對于無線設備的能量消耗也是一種挑戰。
與本發明相關的現有技術，傳統的WLAN切換在[Novel MAC Layer Handoff
Schemes for 正EE 802.11 Wireless LANs Chintala, V.M.; Qing-An Zeng; Wireless Communications and Networking Conference, 2007.WCNC 2007. IEEE 11-15 March 2007
Page(s):4435 - 4440]中有明確的規范，為了觸發移動節點向相鄰網絡的切換，文獻定義了一個預設的門限來觸發可能的切換。
為了觸發從WLAN到相鄰網絡的切換，該機制[H. Wang et al.，Policy-enabled Handoffs across Heterogeneous Wireless Networks, Proc. Of Mobile Comp. Sys. And Apps., New Orleans, LA, Feb. 1999.]為WLAN預設一個接收信號強度門限。當移動節點檢測到當前WLAN的接收信號強度低于這個門限時就觸發到相鄰可用接入網絡的切 換。
這種機制沒有考慮移動節點的移動速度，所以可能會發生當切換尚未完成 就中斷了和網絡的連接，這樣上層業務就會遭受較長的通信中斷時間。
發明內容
為了克服現有技術結構的不足，本發明提供一種WLAN無縫切換中新鏈路 建立的自適應觸發方法。
本發明充分考慮移動節點的移動速度，模型化了切換過程，旨在為即將發 生的切換預留足夠長的時間的同時，盡量減少無線資源的不必要占用。這樣就 不僅能夠達到無縫切換的目的，而且能有效利用網絡資源，并減少移動節點能 量消耗。此外，本方案提出一種抽象的分析模型，不僅簡明精煉，而且能夠很 好的適用于各種類型以及各種網絡結構下的切換分析。
如果要達到從WLAN到目標網絡的無縫切換，就需要在適當的時候觸發移 動體在目標網絡中新鏈路的建立。如果新鏈路建立過早，會不必要地占用目標 網絡中的資源；如果新鏈路建立過晚，會引起移動體的掉話而影響服務質量。 現有的觸發機制并沒有充分地衡量這兩個方面，也不能夠充分利用移動體的具 體移動特征進行適應性的、合理的觸發。而本發明中所介紹的機制正是利用移 動體的運動特征，并充分考慮這兩個方面，在WLAN向目標網絡切換時，自適 應地觸發新鏈路的建立，進而不僅能夠達到無縫切換地目的，而且能高效地使 用網絡資源。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是
一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應觸發方法，含有以下步驟在有WLAN和其它目標網絡(如CDMA， GPRS等)同時覆蓋的情況下，移動終端 持有者優先選擇使用WLAN網絡；
當移動出WLAN網絡覆蓋區域的時候，需要切換到目標網絡；
移動終端持有者既要保證在丟失當前WLAN網絡連接之前建立好目標網絡的 新鏈路，又要盡量減少同時保持兩條通信鏈路的時間；
根據移動體的運動速度來自適應地調節切換門限77z。的值，進而更為合理的觸 發新鏈路的建立；
觸發門限為
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中《，^為路徑損失參數，a為移動體運動速度和其法向分量的夾角， 移動體建立在目標網絡中的鏈路所用的時間為t，巧為發生掉話的信號強度 門限；
當從WLAN接收到的信號強度低于m。時，隨即發起建立目標網絡的新鏈路。 本發明的有益效果 本發明在WLAN向目標網絡的切換情景中，能夠根據移動體的具體運動狀
態自適應地設定建立目標網絡中新鏈路的接收信號強度門限。從而既能夠達到 WLAN到目標網絡的無縫切換，又能夠最短時間地同時占用兩條通信鏈路，從 而能夠更為合理高效地使用網絡資源。
為了證明本發明的有效性，把本發明和相關技術進行比較。所衡量的對象 為兩條鏈路同時占用時間，如圖2所示。比較中用到的參數如下^=0， ^=30，
相關技術2中的RSS切換門限為-80dbm，連接中斷時的RSS二100dbm。從WLAN
切換到目標網絡中時，建立新連接所需要的時間為2s。移動節點從WLAN的中 心建立網絡接入并開始移動。由圖2可見，當采用相關技術l時，雖然隨著移動體運動速度的加快，兩 條鏈路同時占用時間減少，但是當速度很小的時候，兩條鏈路同時占用時間很 長，雖然這一機制可以有效的保證移動節點的網絡連接并能增強g]換性能，但
是這對珍貴的無線資源顯然是一種浪費；當采用相關技術2時，兩條鏈路同時 占用時間有所減少，但是由于該機制并沒有考慮移動節點的運動速度，所以當 運動速度較快的時候，由于不能及時的觸發新鏈路的建立而會出現連接丟失， 比如在圖2中，當移動節點的運動速度增加到7m/s的時候，由于從切換觸發到 WLAN連接丟失的時間小于新鏈路的建立時間，該機制出現連接中斷；而由于 本發明能夠自適應的通過運動速度控制切換門限，所以能在保證連接的同時把 兩條鏈路同時占用時間控制為新鏈路的建立延時。所以又能夠有效的利用網絡 資源。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。 圖1移動體的運動示意圖。 圖2不同機制性能比較示意圖。 圖3移動體的運動示意圖。
具體實施例方式
實施例l:如圖1所示，
本專利的WLAN切換中，其切換的目標網絡記為目標網絡，以泛指各種與 WLAN覆蓋范圍有一定交疊的接入網。圖1為移動體的運動示意圖，環形1為 建立新鏈路的自適應觸發邊界，WLAN在這個環形的接收門限為W。。如果移動體的接收信號強度低于此門限，將會觸發向目標網絡建立新的鏈路。環形2為 掉話門限，WLAN在這個環形的接收信號強度為7A，如果移動體的接收信號強
度低于此同定門限，則移動體會斷掉和WLAN網絡的連接。環形3為目標網絡 的覆蓋范圍。r為移動體的運動速度(假設移動體為勻速直線運動)，它的法向 分量速度"Fcosa 。
本專利的關鍵就是根據移動體的運動速度來自適應地調節7^的值，進而更 為合理的觸發新鏈路的建立。
從圖1可見，當移動體以法向速度v離開當前連接的WLAN時，為了達到 平滑的切換，需要在和WLAN的連接丟失前，預先建立在目標網絡中的新鏈路。 為此，假設移動體建立在目標網絡中的鏈路所用的時間為t，當然，不同的目標 網絡對應不同的、較為穩定的t值。當移動體距WLAN的AP距離為d時，移 動體從WLAN接收到的信號強度可以表示為式1。
<formula>formula see original document page 9</formula> (式l)
其中，《，^為路徑損失參數，Q(c/)為零均值靜態高斯白噪聲。 忽略零均值靜態高斯白噪聲Q的影響，可以得到7%。和與d的關系如式 2、式3所示。<formula>formula see original document page 9</formula> (式3) 所以從W到7T^ ，移動體所需要的時間T的值為式4所示。
<formula>formula see original document page 9</formula> (式4)
首先希望移動體在斷開WLAN的連接之前，已經建立好目標網絡中的新鏈路，從而達到無縫切換的目的，保證上層應用的連續性，所以應該盡量減小77z。
的值。但是又希望在保證前者的前提下盡量的減少同時占用兩條鏈路的時間， 以更為合理的使用網絡資源，所以應該盡量增大7V、的值。而這兩個條件的臨界 值就是使得式5成立。
r = / (式5) 式5表示在新鏈路建立完成的時候，移動體剛好丟掉和WLAN的連接， 所以滿足這個條件的7A)正好最大程度地滿足了的兩個要求。式6為以此得出的
新鏈路建立觸發門限的最優值。
<formula>formula see original document page 10</formula>
實施例2:
如果移動體在運動過程中，如果能夠通過GPS或其它技術獲取到自己當前 的位置信息以及當前WLAN中AP的位置信息，可以根據與AP的距離，自適 應地觸發基于位置的新鏈路建立。圖3為移動體的運動示意圖。
環形l為建立新鏈路的自適應觸發邊界，距離中心的距離為/"。，如果移動體 距離AP超過這個距離，將會觸發向目標網絡建立新的鏈路。為此時移動 體的坐標。環形2為掉話邊界，距離中心的距離為。，如果移動體距離AP超過 這個距離，則移動體會斷掉和WLAN網絡的連接。(x。,;0為AP的坐標。環形3 為目標網絡的覆蓋范圍。r為移動體的運動速度(假設移動體為勻速直線運動)， 它的法向分量速度"Fcos"。其余用到的參量和第2部分所述一致。那么可以 得到新鏈路建立處的坐標和到AP的距離關系如式7所示，
r0=V(x「W+Cyiio)2 (式7) 進而根據第2部分的原理得到觸發新鏈路建立處的坐標所滿足的關系如式8所示。<formula>formula see original document page 11</formula> (式8)
當移動體的當前位置坐標滿足式8時，就觸發在目標網絡中的新鏈路建立。 本機制需要對移動體定位和移動體對AP位置的感知，該機制雖然也可以準 確地觸發新鏈路地建立，但是實現較為復雜。
一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應觸發方法，新鏈路建立的觸發 準則包括:a.保證移動體在丟失當前WLAN連接之前完成目標網絡的新鏈路建立， 即保證無縫的切換；b.盡量減少移動體在切換過程中同時占有兩條通信鏈路的 時間，以減少無線資源浪費和移動體能量消耗；
一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應觸發方法，新鏈路建立的觸發 門限設置方法根據移動體的運動速度和建立目標網絡新鏈路所需要的時間來 自適應的設定觸發到目標網絡的切換的門限。
實施例3:
當有一個WLAN部署在一個有CDMA網絡覆蓋的廣場時，人們可以盡量使用 WLAN (由于它較高的數據傳輸速率以及較低的使用費用)。當移動的時候，為 了保持之前在WLAN中進行的業務的連續性，需要及時的切換到CDMA網絡，但 是為了盡量減少使用CDMA網絡的時間以減少相應的費用，移動終端持有者必 須在恰當的時候觸發CDMA鏈路的建立。這樣就可以根據當前的運動速度設定 一個合理的觸發門限。當從WLAN接收到的信號強度低于這個門限時，隨即發起 建立CDMA鏈路。這樣既能無縫切換的目的，又能盡量減少使用CDMA的時間。
本發明對于觸發從WLAN到目標網絡的無縫切換中的新鏈路建立問題，提 出了一個設定觸發門限的普遍原理，那就是門限的設定不僅能夠滿足移動體無縫切換的需求，而且應該盡量減少同時占用兩條鏈路的時間；
本發明在進行WLAN到目標網絡的切換時，提出充分考慮運動狀態，根據 運動速度和建立目標網絡新鏈路所需要的時問來自適應地調節觸發門限(接收 信號強度或坐標)；本發明對新鏈路建立觸發門限的公式推導。
縮略語和關鍵術語定義 AP:接入點
WLAN: 無線局域網
目標網絡和WLAN有一定重疊的，移動節點選擇的切換目標網絡。
權利要求
1.一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應觸發方法，其特征是含有以下步驟在有WLAN和其它目標網絡同時覆蓋的情況下，移動終端持有者優先選擇使用WLAN網絡；當移動出WLAN網絡覆蓋區域的時候，需要切換到目標網絡；移動終端持有者既要保證在丟失當前WLAN網絡連接之前建立好目標網絡的新鏈路，又要盡量減少同時保持兩條通信鏈路的時間；根據移動體的運動速度來自適應地調節切換門限Th0的值，進而更為合理的觸發新鏈路的建立；觸發門限為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>Th</mi> <mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>K</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn></msub><mi>log</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>e</mi> <mfrac><mrow> <msub><mi>K</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Th</mi><mn>1</mn> </msub></mrow><msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn></msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>t</mi> <mo>×</mo> <mi>V</mi> <mi>cos</mi> <mi>α</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中K1，K2為路徑損失參數，α為移動體運動速度和其法向分量的夾角，移動體建立在目標網絡中的鏈路所用的時間為t，Th1為發生掉話的信號強度門限；當從WLAN接收到的信號強度低于Th0時，隨即發起建立目標網絡的新鏈路。
2. 根據權利要求1所述的一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應觸發 方法，其特征是-新鏈路建立的觸發準則包括a.保證移動體在丟失當前WLAN連接之前完成 目標網絡的新鏈路建立，即保證無縫的切換；b.盡量減少移動體在切換過程中 同時占有兩條通信鏈路的時間，以減少無線資源浪費和移動體能量消耗；
3.根據權利要求1和2所述的一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應觸發方法，其特征是新鏈路建立的觸發門限設置方法根據移動體的運動速度和建立目標網絡新 鏈路所需要的時間來自適應的設定觸發到目標網絡的切換的門限。
全文摘要
一種WLAN無縫切換中新鏈路建立的自適應觸發方法，本發明在WLAN向目標網絡的切換情景中，能夠根據移動體的具體運動狀態自適應地設定建立目標網絡中新鏈路的接收信號強度門限。從而既能夠達到WLAN到目標網絡的無縫切換，又能夠最短時間地同時占用兩條通信鏈路，從而能夠更為合理高效地使用網絡資源。
文檔編號H04W84/12GK101409900SQ20081022721
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月25日 優先權日2008年11月25日
發明者周華春, 延志偉, 張宏科, 張思東 申請人:北京交通大學