專利名稱：一種異種網絡間優先級信道分配與搶占的上行垂直切換方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，具體地說是一種異種網絡間優先級信道分配與搶占的上行垂直切換方法。
背景技術：
當前，隨著人們對移動接入業務需求的不斷增長，下一代無線通信技術正朝著實現異種無線網絡互通的方向發展。蜂窩移動網和無線局域網(WLAN)是現代無線通信中兩大主要的無線通信網絡。蜂窩移動網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。而蜂窩移動網絡與WLAN的互通，則能使兩者的優勢互補，增強所提供業務的服務質量(QoS)。
網絡間交換連接的過程稱為切換。相同接入技術網絡(如WLANs之間)間的切換稱為水平切換，而不同接入技術網絡(如蜂窩移動網與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)。對于蜂窩移動網絡與 WLAN互通系統而言，DVH是指從蜂窩移動網到WLAN的垂直切換，而UVH是指從WLAN到蜂窩移動網的垂直切換。DVH是移動用戶從低帶寬大覆蓋向高帶寬有限覆蓋網絡的切換過程，而UVH則是移動用戶從高帶寬有限覆蓋向低帶寬大覆蓋網絡的切換過程。對垂直切換呼叫的處理方式將直接影響到提供給移動用戶業務的服務質量(Q0S)及互通系統的性能。Bejaoui, T.和Nasser, N. 2008年在“IEEE AICCSA 08”國際會議上發表的論文 “Handover and class-based call admission control policy for 4G_heterogeneous mobile networks"中將UVH切換稱為“強制切換”，而DVH切換稱為“非強制切換”，并指出強制切換的優先級應高于非強制切換。其理由是移動用戶從蜂窩移動網進入WLAN區域時如不執行DVH切換，其仍能通過保持與蜂窩移動網的連接而使通信不中斷，但對于從WLAN 到蜂窩移動網的UVH切換過程，情況則完全不同。此時，移動用戶離開了 WLAN覆蓋區域，進入只有蜂窩移動網絡單一覆蓋的區域，如UVH切換不能及時進行，用戶的通信過程將被迫中斷。
異種網絡間的垂直切換是下一代移動網絡實現無縫移動性所面臨的重要挑戰。 近年來，出現了許多針對異種無線網絡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. Sieu等人2010年在“Wireless Networks”期刊發表的論文 "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絡與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絡中的有效移動信道全部被占用，只處于單蜂窩移動網絡覆蓋范圍的新增呼叫或執行了 UVH過程切換到單蜂窩移動網絡覆蓋區的切換呼叫發現蜂窩移動網絡與WLAN雙重覆蓋區域內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行DVH過程，由蜂窩移動網絡向WLAN進行下行垂直切換。PMV方法有效地減少了蜂窩移動網絡內新增呼叫阻塞率和UVH切換呼叫丟失率。然而，在對于只處于單蜂窩覆蓋范圍的新增呼叫和執行UVH過程切換到單蜂窩覆蓋區的切換呼叫如何進行蜂窩移動信道搶占的設計中，PMV方法并沒有考慮UVH切換的強制切換性， 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利，其結果使 UVH切換呼叫的呼叫丟失率性能不能得到進一步改善。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供的一種異種網絡間優先級信道分配與搶占的上行垂直切換方法，該方法具有在保持系統高蜂窩移動信道利用率和較低新增蜂窩呼叫阻塞率性能的同時，進一步改善具有強制切換特征的上行垂直切換呼叫丟失率性能的有益效果。
本發明的互通系統中有三類蜂窩移動信道空閑蜂窩移動信道，可搶占蜂窩移動信道和非搶占蜂窩移動信道。其中，可搶占蜂窩移動信道是指處于雙重覆蓋區域的呼叫所占用的蜂窩移動信道；非搶占蜂窩移動信道是指處于單蜂窩覆蓋區的呼叫所占用的蜂窩移動信道。
實現本發明目的的具體技術方案是
一種異種網絡間優先級信道分配與搶占的上行垂直切換方法，所述異種網絡間是指蜂窩移動網與無線局域網間，該方法包括
a)定義優先級對于單蜂窩覆蓋區內有蜂窩移動信道占用和搶占要求的上行垂直切換呼叫和新增蜂窩呼叫而言，由于上行垂直切換具有強制特征，故上行垂直切換呼叫占用和搶占蜂窩移動信道的優先級應高于新增蜂窩呼叫；同時考慮到語音業務對實時性的要求，上行垂直切換語音呼叫的優先級應高于上行垂直切換寬帶數據呼叫；因此定義上行垂直切換語音呼叫優先級最高，上行垂直切換寬帶數據呼叫優先級次之，新增蜂窩呼叫優先級最低；
b)單蜂窩覆蓋區內優先級蜂窩移動信道分配異種網絡間，蜂窩小區信道總容量為i 個基本帶寬單位，祀、刃和分別為上行垂直切換語音呼叫、上行垂直切換寬帶數據呼叫和新增蜂窩呼叫各自允許占用蜂窩移動信道的信道門限值；若蜂窩小區當前已占用信道數低于個基本帶寬單位，上行垂直切換語音呼叫直接完成上行垂直切換，占用蜂窩移動信道；若蜂窩小區當前已占用信道數低于及 個基本帶寬單位，上行垂直切換寬帶數據呼叫直接完成上行垂直切換，占用蜂窩移動信道；若蜂窩小區當前已占用信道數低于f1個基本帶寬單位，新增蜂窩呼叫占用蜂窩移動信道；信道門限值劣、5和爐間滿足關系式:B ^ >蜀>|g；
c)單蜂窩覆蓋區內優先級蜂窩移動信道搶占異種網絡間，若不存在空閑蜂窩移動信道的情況下，單蜂窩覆蓋區內有搶占要求的呼叫按優先級次序搶占雙重覆蓋區內已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，上行垂直切換語音呼叫搶占權限最高，上行垂直切換寬帶數據呼叫搶占權限次之，新增蜂窩呼叫搶占權限最低。
在蜂窩移動網絡和無線局域網絡互通系統中，進入雙重覆蓋區域的在線語音呼叫不主動執行DVH下行垂直切換過程，除非單蜂窩覆蓋區內有其它呼叫對其提出搶占申請。 而進入雙重覆蓋區域的在線寬帶數據呼叫則應盡可能的執行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生的情形下允許進入雙重覆蓋區域的在線寬帶數據呼叫暫時仍繼續占用蜂窩移動信道，以免增加不必要的呼叫丟失和通信中斷。
本發明在執行上行垂直切換中對進一步改善具有強制切換特征的上行垂直切換 (UVH)呼叫丟失率性能有明顯優勢。
圖1為蜂窩移動網和無線局域網互通系統結構圖，圖中1-單蜂窩覆蓋區；2-垂直切換；3-雙重覆蓋區；
圖2為上行垂直切換語音呼叫丟失率與蜂窩語音負荷的關系曲線仿真圖，橫坐標為蜂窩語音呼叫到達率；縱坐標為UVH語音呼叫丟失率；曲線B為本發明、A為PMV ；
圖3為上行垂直切換寬帶數據呼叫丟失率與蜂窩語音負荷的關系曲線仿真圖，橫坐標為蜂窩語音呼叫到達率；縱坐標為UVH寬帶數據呼叫丟失率；曲線B為本發明、A為PMV ；
圖4為新增蜂窩語音呼叫阻塞率與蜂窩語音負荷的關系曲線仿真圖，橫坐標為蜂窩語音呼叫到達率；縱坐標為新增蜂窩語音呼叫阻塞率；曲線B為本發明、A為PMV ；
圖5為蜂窩移動信道利用率與蜂窩語音負荷的關系曲線仿真圖，橫坐標為蜂窩語音呼叫到達率；縱坐標為蜂窩移動信道利用率；曲線B為本發明、A為PMV。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例進一步詳細闡述本發明。以下實施例并不是對本發明的限制。在不背離發明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中。
圖1示出了蜂窩移動網/WLAN互通系統結構，該結構為蜂窩移動終端提供語音業務，為WLAN覆蓋區內的寬帶數據終端(如筆記本電腦等)提供寬帶數據業務。實施例仿真中各蜂窩小區信道容量5為20BB& (基本帶寬單位)，各WLAN覆蓋區信道容量為M
BBUs0用于優先級蜂窩移動信道分配的信道門限及j和f1分別為20BBh、19BBUs和
18 BBUs0為滿足業務QoS要求，單個語音呼叫需占用一個基本帶寬單位的信道，而單個寬帶數據呼叫需占用兩個基本帶寬單位的信道。蜂窩小區內產生新增語音呼叫的過程服從均值為λ c的Poisson過程，而WLAN覆蓋區內產生新增寬帶數據呼叫的過程服從均值為λ項的Poisson過程(這里λ w取0. 04call/s)，本發明中涉及的呼叫阻塞率和丟失率性能主要受λc變化影響。各呼叫的通信持續時間服從均值為6分鐘的負指數分布。在線呼叫用戶在單個蜂窩小區和單個WLAN覆蓋區內的逗留時間分別服從均值為2分鐘和4分鐘的負指數分布。
圖2和圖3分別示出了 UVH語音和寬帶數據呼叫丟失率與蜂窩語音負荷的關系曲線仿真圖。由仿真結果可知與PMV方法相比，隨著蜂窩語音負荷的增加，本發明提出的優先級蜂窩移動信道分配與搶占的上行垂直切換方法使系統UVH語音和寬帶數據呼叫丟失率明顯下降。這是由于通過本發明方法的優先級蜂窩移動信道分配和搶占的設計，使UVH 語音和寬帶數據呼叫競爭蜂窩移動信道的能力增強了。由圖2可知當蜂窩小區新增語音呼叫的平均到達率λ c為0. 07call/s時，本發明方法和PMV方法的UVH語音呼叫丟失率分別為8. 0E-3和2. 7E-2，本發明方法相對于PMV方法的改善度為70. 37%。同樣，觀察圖3可知當蜂窩小區新增語音呼叫的平均到達率λ c達到0. 08call/s時，本發明方法和PMV方法的UVH寬帶數據呼叫丟失率分別為2. 7E-2和4. 0E-2，此時本發明方法相對于PMV方法的改善度為32. 50%。
圖4示出了新增蜂窩語音呼叫阻塞率與蜂窩語音負荷的關系曲線仿真圖。由圖4 仿真結果可以看出當蜂窩移動網絡負荷處于相對輕載時，本發明提出的優先級蜂窩移動信道分配與搶占的上行垂直切換方法并不會使系統新增蜂窩呼叫阻塞率性能有太大的下降。但當蜂窩移動網絡負荷較重時，新增蜂窩呼叫阻塞率有較明顯的上升。因此，本發明方法中UVH呼叫丟失率的下降是以犧牲系統新增蜂窩呼叫阻塞率性能為代價的。但考慮到 UVH呼叫丟失率性能在蜂窩移動網/WLAN互通系統中的重要性，這種犧牲是值得的。
圖5示出了蜂窩移動信道利用率與蜂窩語音負荷的關系曲線仿真圖。由圖5仿真結果可知本發明提出的方法與PMV方法相比在蜂窩移動信道利用率性能方面基本相近。
因此，通過附圖與實施例分析證明本發明提出的優先級蜂窩移動信道分配與搶占的上行垂直切換方法，在保持系統高蜂窩移動信道利用率和較低新增蜂窩呼叫阻塞率性能的同時，進一步改善了具有強制切換特征的UVH呼叫丟失率性能的有益效果。
權利要求
1. 一種異種網絡間優先級信道分配與搶占的上行垂直切換方法，所述異種網絡間是指蜂窩移動網與無線局域網間，其特征在于該方法包括a)定義優先級對于單蜂窩覆蓋區內有蜂窩移動信道占用和搶占要求的上行垂直切換呼叫和新增蜂窩呼叫，根據上行垂直切換所具有的強制特征和語音業務對實時性的要求，定義上行垂直切換語音呼叫優先級最高，上行垂直切換寬帶數據呼叫優先級次之，新增蜂窩呼叫優先級最低；b)單蜂窩覆蓋區內優先級蜂窩移動信道分配異種網絡間，蜂窩小區信道總容量為i 個基本帶寬單位，Buv、Bud和Bn分別為上行垂直切換語音呼叫、上行垂直切換寬帶數據呼叫和新增蜂窩呼叫各自允許占用蜂窩移動信道的信道門限值；若蜂窩小區當前已占用信道數低于Buv個基本帶寬單位，上行垂直切換語音呼叫直接完成上行垂直切換，占用蜂窩移動信道；若蜂窩小區當前已占用信道數低于Bud個基本帶寬單位，上行垂直切換寬帶數據呼叫直接完成上行垂直切換，占用蜂窩移動信道；若蜂窩小區當前已占用信道數低于Bn個基本帶寬單位，新增蜂窩呼叫占用蜂窩移動信道；信道門限值Buv、Bud和Bn滿足關系式B≥Buv>Bud > Bn ；C)單蜂窩覆蓋區內優先級蜂窩移動信道搶占異種網絡間，若不存在空閑蜂窩移動信道的情況下，單蜂窩覆蓋區內有搶占要求的呼叫按優先級次序搶占雙重覆蓋區內已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，上行垂直切換語音呼叫搶占權限最高，上行垂直切換寬帶數據呼叫搶占權限次之，新增蜂窩呼叫搶占權限最低。
全文摘要
本發明公開了一種異種網絡間優先級信道分配與搶占的上行垂直切換方法，所述異種網絡間是指蜂窩移動網與無線局域網間。該方法充分考慮上行垂直切換(UVH)的強制切換特征和語音業務對實時性的要求，通過對單蜂窩覆蓋區內有蜂窩移動信道占用和搶占要求的UVH呼叫和新增蜂窩呼叫的優先級定義，提出以優先級為基礎的蜂窩移動信道分配與搶占的上行垂直切換方法。本發明方法具有在保持系統高蜂窩移動信道利用率和較低新增蜂窩呼叫阻塞率性能的同時，進一步改善具有強制切換特征的UVH呼叫丟失率性能的有益效果，從而有效地保證蜂窩移動網與無線局域網(WLAN)互通系統業務有較高的通信服務質量。
文檔編號H04W36/14GK102186219SQ201110119110
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年5月10日
發明者蔡家麟 申請人:華東師范大學