专利名称:基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法
技术领域:
本发明属于移动宽带无线通信技术领域,涉及一种基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法。
背景技术:
未来无线移动通信发展的方向将会是多种无线接入技术与制式互联互补,为用户提供无处不在、无时不在的泛在信息通信服务。下一代移动通信网络的拓扑结构将逐步演进成为异构型、重叠式的立体网络结构,即异构网络。异构网络中同一地点同时存在不同类型的无线接入网络,它们有各自的特点和相适宜的应用场合。在通信过程中用户可以跨越现有接入网络切换进入新的网络,用户在此异构切换过程中需要保证通信业务的连续性,提供相应业务的QoS(Quality of Service,服务质量)保证。
异构网络切换一直是无线移动通信中极为重要的问题,也是一个难以彻底解决的问题。由于异构网络中同一地点存在的不同网络的差异性、业务的多样性、终端的多模性和环境的不可测性等因素,相比于同一网络中的切换过程,异构网络中的切换更为复杂。针对未来多种无线接入技术并存的网络环境,3GPP提出能够兼容不同业务的核心网系统架构演进方案(System Architecture Evolution SAE),为了支持用户在不同接入系统与SAE之间的IP移动性,3GPP提出了 s2a、s2b和s2c三种架构,其接口标准分别对应于MIPv4FA、PMIPv6和DSMIPv6三种协议,但此三种协议仅仅对异构切换的流程进行了简单的描述性定义,对于切换算法和切换的具体执行情况并没有仔细定义。现有的切换解决方案主要减少了注册时延,其通过链路层预先提供的信号强度和移动检测信息,使系统可以为网络层(IP层)切换提供更好的准备,IP层切换通过使用移动IP协议独立完成上层的切换,在链路层的切换完成同时并行完成上层切换,从而比传统的切换方式先切换链路层后切换IP层,减少了 IP层切换时的分组丢失和切换时延。但是,上述方案并没有解决运动检测时延的问题。现今具有WIFI/3G等多种接口的移动终端设备越来越普及。这类终端设备具有高度的移动性,用户希望它们可以用多接口自适应的接入异构网络,进行数据传输。但传统的网络侧机制和协议的设计是基于静态节点、同构网络和单接口接入的,因此不能很好的支持上述需求。而有些跨层移动性管理协议通过使用链路层的信息,如信号强度、丢包率等,减少了运动检测时延。如将位置跟踪机制和分级MIP切换机制结合起来,通过测量信号强度来跟踪MN,然后使用跟踪信息来支持低时延的MIP切换。近年来,跨层设计带来的切换性能的改善不断受到关注,多IP域的切换应用有效地利用了跨层消息的传递,保证了切换流程和IP地址分配的连续性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,该方法提出了 IP层的预切换连接,保证了切换需求和切换效率。为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案。
一种基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,其特征在于,包括以下步骤步骤A,在异构网络中,终端的链路层发起切换请求后,IP层开始进行预切换;步骤B,在切换过程中,首先确定预切换业务的优先级;步骤C,再确定目标网络的可选优先级;步骤D,预切换业务自适应自优化选择目标网络,并进行匹配映射,最后开始执行IP层预切换任务。作为本发明的一种优选方案,所述终端为能够工作在不同网络中的多模移动终端设备。作为本发明的另一种优选方案,步骤B中,根据移动终端设备的用户优先级、业务 优先级和业务信道质量来计算并确定预切换业务的优先级,第i个用户的第i个预切换业务的优先级计算公式如下ServiceHO-weightedvalue = a · Ui+b · Si+c · 1/Ci其中,a, b,c为权重因子,Ui为第i个用户的优先级,Si为第i个业务类型的优先级,Ci为第i个业务的信道质量;ServiceHO-weightedvalue为第i个用户的第i个预切换业务的优先级。作为本发明的再一种优选方案,步骤C中,根据目标基站的信号情况、负载情况、干扰情况利用层次分析法计算目标基站的权重数值,从而得到目标网络的可选优先级;预切换业务的第i个候选目标网络的可选优先级计算公式如下BSHO-weightedvalue = u · TNi+v · Wi+w · CTi其中,U,V,w为权重因子,TNi为第i个候选目标网络的类型,Wi为第i个候选目标网络的权重数值,CTi为第i个候选目标网络的信道质量;BSHO-weightedvalue表示预切换业务的第i个候选目标网络的可选优先级。作为本发明的再一种优选方案,步骤D中,在链路层发起切换请求,预切换业务确定目标网络后,并不直接进行IP层切换连接,而是添加一个定时器timer,经过时间T后才进行IP层连接,执行IP层预切换任务;根据当前业务信道质量选择定时器timer的定时时间T的大小;当当前业务信道质量比较好时,T的数值较大,而当前业务信道质量很差时,T的数值将较小,T的数值的最大值为MAC的切换断掉时间,即T - 1/C;且max{Τ}彡MAC的切换断掉时间,其中Ci为第i个业务的信道质量。作为本发明的再一种优选方案,若终端、基站或局域网主动发起切换执行,则直接进行IP层连接和执行切换任务,不受定时器timer的限制。作为本发明的再一种优选方案,还包括步骤E :用IP层预切换任务执行成功的结果对下一次网络选择决定进行自优化;每切换成功一次,被选择的目标网络权重降低W%,而原始网络被选择的权重升高胃% ;累计被接入网络权重达到最小值MIN_value的网络会被加入禁止接入列表;如果经过一段时间,禁止接入列表中的网络中某些业务移出或者通信结束,则所述业务移出或者通信结束的被禁止接入网络的权重自动升高ΨΑ,再次参与目标网络选择。本发明的有益效果在于本发明所述的基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法在移动终端触发链路层切换的同时,通过使用链路层业务切换权值和目标基站权重数值,进行IP层的预切换连接,提高了用户业务质量和切换效率,优化了网络且均衡了负载。
图I为确定IP层预切换业务队列的考虑因素不意图;图2为确定候选目标网络优先级的考虑因素示意图;图3为本发明所述的切换结果反馈的方法流程图;图4为执行IP预切换任务的判断方法流程图;图5为实施例二所述的基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,该方法的适用场景定位于同一地点多种异构无线网络同时覆盖,大量移动终端具有多模功能且能同时运行不同业务。本发明将切换对象定位于群组用户的业务,根据用户优先级、业务类型、切换需求、信号情况、移动预测、负载情况等因素,调用权重因子,计算业务预切换权值(weightedvalue)和目标基站相关权重,得到待切换业务队列和预切换目标基站并建立自适应自优化切换网络选择与匹配。在本发明中主要应用于异构网络中终端设备链路层发起切换请求后,根据切换业务与预接入网络匹配结果,IP层即开始进行预切换工作,为后面完成异构网络间的链路层切换提供准备与保障;其中,切换业务按照优先级动态分组,使用权重因子计算得到用户业务预切换权重数值,然后在候选目标网络中通过内部权重因子、计算目标网络可选优先级等,切换业务自适应自优化切换目标基站选择并进行匹配映射,经过维持时间T后,开始IP层预切换,提高业务整个切换的效率,并且切换结果对于下次切换选择中用到的网络可选权重因子具有反馈作用,动态调整权重因子,避免出现群组切换拥塞,减小业务在整个切换的延时时间和丢包。下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。实施例一本实施例提供一种基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,包括以下步骤步骤一在异构网络中,终端设备的链路层发起切换请求后,IP层(即网络层)开始进行预切换工作。在异构网络中,多模终端运行多种业务产生的切换需求情况下,IP层预切换技术是在链路层切换开始之前为用户终端进行网络层的预切换,这使得业务在切换过程中更具主动性。选取IP层预切换方式,可以提高整个异构网络的切换效率,做到高质量无缝切换。步骤二 首先确定预切换业务的优先级。考虑到业务环境自适应的需求,本发明根据预切换用户的位置信息、预切换的业务类型、信道情况等因素,运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process, ΑΗΡ)计算预切换业务的权重数值,从而得到预切换业务的优先级队列,使业务在触发链路层切换后,按照优先级顺序自适应的进行IP层预切换。本实施例使用一个综合指标来标定业务优先级,主要是通过选择相关业务影响因子计算得到预切换业务的权重数值,并在不同接入网络的优先级建立自适应自优化网络选择与匹配映射。只有MAC(MediaAccess Control,介质访问控制)切换请求发起后,才会判断业务质量综合指标是否达到IP层预切换状态。本实施例设置了两种预切换业务的信道质量情况A,较差,MS发起MAC切换请求后,移动终端根据移动持续一段时间T后触发进行IP层预切换;B,很差,MS直接发起切换请求后,移动终端根据已经选出的目标基站直接触发进行IP层预切换。预切换业务的切换需求包括业务类型、用户优先级、业务优先级和业务信道质量等内容,以供后续预切换业务的优先级排序。
预切换业务优先级的评定直接影响到将来切换过程中业务的运行质量和整个网络的切换效率。本实施例考虑多方优先级特性,调用相应的权重因子,代入乘加比较,通过分析计算得到预切换业务的权重数值。所述预切换业务的权重数值即代表着预切换业务的优先级。预切换业务优先级的计算过程为如图I所示,根据用户优先级、业务优先级、业务信道质量等信息,计算并确定IP层预切换业务优先级队列,将预切换业务优先级队列中的各个预切换业务按照优先级从高到低的顺序排列在预切换需求业务表中。第i个用户的第i个预切换业务的优先级计算公式如下ServiceHO-weightedvalue = a · Ui+b · Si+c · 1/Ci其中,a,b,c为权重因子,这些权重因子将在系统中进行定义;Ui为第i个用户的优先级;Si为第i个业务类型的优先级,例如实时的业务优先级比非实时的业务优先级要高;Ci为第i个业务的信道质量;ServiceHO-weightedvalue为第i个用户的第i个预切换业务的优先级。在判断运行业务在异构网络中是否达到IP层预切换的需求时,主要通过终端与蜂窝网BS(基站)、局域网AP(ACCesS Point)之间的信息交互,调用层次分析法得出的权重因子,进行加权整合,进行判决,供后续处理,例如位置信息、业务类型、信道情况等因素。本发明可以从预切换业务的优先级队列中动态选取优先级较高的前M个业务,进行群组切换,提高切换效率。步骤三确定目标网络的可选优先级。根据目标基站信号情况、负载情况、干扰情况等利用层次分析法计算目标基站的权重数值,从而得到目标网络的可选优先级。目标基站的权重数值指的是根据不同的群组用户业务在不同网络之间的接入可能程度,即选择某一网络接入的可能性。例如,802. 11网络之前的接入用户较少,而TDLTE网络的接入用户比较多,为了均衡,接入802. 11的优先级比仍驻留在TDLTE网络的优先级要高,这样就可以均衡两个网络的负载。如图2所示,参考预切换业务的优先级计算公式,在目标网络的优化选择中,充分考虑目标网络的优先级、目标网络的负载、目标网络的信道质量等因素,根据预切换业务类型和数量,通过计算和比较,确定候选目标网络,将候选目标网络按照优先级从高到低的顺序排列。预切换业务的第i个候选目标网络的可选优先级计算公式如下BSHO-weightedvalue = u · TNi+v · Wi+w · CTi其中,u, v, w为权重因子,它们将在系统中进行定义;TNi为第i个候选目标网络的类型;Wi为第i个候选目标网络的权重数值,一般低负载网络的权重数值比高负载网络的权重数值要大;CTi为第i个候选目标网络的信道质量;BSHO-weightedvalue表示预切换业务的第i个候选目标网络的可选优先级。执行上述判决时只需要调用相应的权重因子,加权乘加即可得到所需权重数值结果,这确保了所选目标网络的合理性。步骤四选择最优的IP层预切换timer。因为通过上述方法选定的目标网络是切换业务整体最佳,而非单一网络局部最佳,所以为了极大的发挥IP层预切换方式的优点,增加切换整体过程增益,本发明在MAC发起切换请求,预切换业务确定目标网络后,并不直接进行IP层切换连接,而是添加一个定时器timer,经过时间T后才进行IP层连接,执行IP层预切换任务;但若终端或者BS (基站)、AP等主动发起切换执行,则直接进行IP层连接和切换执行过程,不受定时器限制。
设置定时器时间T是为了获取更准确的目标基站,然后针对最优目标基站的选取(即目标网络的选取),进行IP层预切换。防止产生不必要的切换带来的信令交互和IP层切换处理,影响网络切换效率。并且实际切换过程中,根据当前业务信道质量选择定时器timer的定时时间T的大小,因此当当前业务信道质量比较好时,T的数值较大,而当前业务信道质量很差时,T的数值将较小。T的数值的最大值为MAC的切换断掉时间,即T ο- 1/Ci且max {T} ( MAC的切换断掉时间其中Ci为第i个业务的信道质量。图4为执行IP预切换任务的判断方法流程图。 步骤五预切换业务自适应自优化选择目标网络,并进行匹配映射,最后开始执行IP层预切换任务。目标接入点的最优选择主要是根据不同预切换业务的情况,计算得到预切换业务的权重数值和优先级,并与不同接入网络的优先级建立自适应自优化网络选择与匹配映射。考虑预切换业务的优先级、目标网络的可选优先级等因素,为优先级最高的M个预切换业务选定这个切换组中的可选优先级最高的目标网络。由于选定的目标网络使切换组整体切换效果最佳,而非单一业务局部切换效果最佳,因此在初步选定进行切换的目标网络后,IP层应持续一段时间加以验证(该验证的时间称为切换门限),然后再开始切换,避免明显的链路错误切换选择。异构网络中的IP层完成切换路径选择后,链路层并非一定达到切换要求,若此时强制切换,对于整个网络来讲,就会损失相应的网络使用增益。所以针对每一种待切换业务,基站(BS)从链路层发起切换请求时开始计时,经过时间T后才进行IP层切换连接,避免在链路层变化过程中找到更优基站,造成不必要的IP层切换信令和执行;这样可以极大地提高网络使用增益,增加网络利用率,而且不会影响业务质量。但若终端和BS、AP主动发起切换响应,则不受时间T限制就可以直接进行IP层切换。此步骤中加入了定时器,使得切换过程只有达到门限且持续相应时间后才开始进行IP层预切换,避免“乒乓效应”的产生。本发明充分考虑了网络内部的影响因子,根据业务的优先级和目标网络的可选优先级,自适应自优化选择目标网络进行切换。在预切换业务选择过程中,根据切换任务多少,动态选取优先级最高的M个预切换业务组成预切换业务组,针对每种业务的特性,考虑业务用户优先级、业务信道质量和移动情况等,代入当前网络影响因子,计算得到M个预切换业务函数值较大的,即为此次切换业务。数值M的大小由目标基站中网络的繁忙程度确定,若此次预切换的目标基站中业务较多,M相应较小;若目标网络负载较小,则M相应较大。本发明自适应的特点表现在移动终端能够监测自身运行业务类型和权值,并且自动调整预切换最优目标基站的切换路由,从而达到高优先级业务QoS需求。这里将预切换的对象转移到移动终端上的业务,并为不同业务选择不同的接入目标点进行IP层预切换,使用业务切换代替传统的终端整体切换,使业务更具有主动性。步骤六切换结果反馈。基于业务的优先级和目标网络的可选优先级得到的切换结果,将与真实的切换结果进行对比,对于下次切换选择中使用的判决条件具有反馈作用,增加网络选择权重的更新机制,达到优化切换、提高效率的要求。切换结果对于下次切换选择中用到的网络可选权重因子的反馈作用,以及动态调整权重因子,可以避免出现群组切换拥塞,减小业务在整个切换过程的延时时间和丢包。层次分析法权重数据库包含了预切换持续时间门限、预切换业务优先级、切换选择等判决时所用到的权重矢量。执行这些判决时只需要调用相应的权重因子,加权乘加即可得到所需结果。例如目标是IP层预切换业务QoS指标,准则是用户优先级、业务类型、信道情况等等来确定用户业务的重要程度和切换权重数值,得到整个用户业务的切换权值。
用切换执行成功的结果对下一次网络选择决定进行自优化,自由化过程如图3所示。每切换成功一次,被选择的目标网络权重降低W%,而原始网络被选择的权重升高W%。累计被接入网络权重达到MIN_value (最小值)的网络会被加入禁止接入列表。如果经过一段时间,禁止接入列表中的网络中某些业务移出或者通信结束,则此被禁止接入网络则自动升高W%,再次参与目标网络选择。异构网络切换一直是无线移动通信中极为重要的问题,也是一个比较难彻底解决的问题。而同一地点存在的不同网络的差异性、业务的多样性、终端的多模性和环境的不可测性等因素的加入,相比于同一网络中切换过程,问题的复杂度大大增加。之前相对成熟的水平切换算法已经不适用,而着眼于异构网络中业务环境自适应方面的研究,更是难度极大。而本发明基于业务QoS,进行群组用户异构网络中的自优化切换,在移动终端触发链路层切换的同时,通过使用业务预切换权重数值和目标基站权重数值,自适应进行两者之间的匹配,并进行IP层的预切换连接,切换结果对于下次切换选择中用到的网络可选权重因子具有反馈作用,提高用户业务质量和切换效率,优化网络和均衡负载。本发明考虑的切换原因除了移动性和接入网络自优化选择外,更多的关注点在于用户业务的情况。之前的切换策略考虑的对象大抵是移动终端本身,切换执行时也是终端整体切换,并未涉及高层的切换过程。而对于异构网络切换场景,例如人流繁多但相对静态的候车室和图书馆、办公楼等,根据移动终端上各种业务类型和异构网络的需求不同,所以切换过程中需要考虑在进行链路层切换的同时,为高优先级业务(主要是VoIP业务和rtPS业务)进行高层的切换准备和路径更新。本发明所述的方法既符合终端上高优先级业务低延时的要求,也符合网络切换的整体利益。在异构网络切换中,根据链路层业务切换权值和目标基站权重数值,进行IP层的预切换连接,IP层预切换方式很好地保证了切换需求和切换效率,特别是终端的多模特征给预切换方式提供了绝佳的平台;终端完全有能力在不断开原有连接的基础上准备好接入新的目标基站的高层连接。而在预切换过程中引入切换门限,可以减少不必要的IP层切换次数,降低信令负载情况,提高网络利用率;引入预切换业务的优先级和目标网络的可选优先级,根据切换任务类型和网络情况,动态调整切换目标基站,可以大大提高效率,增加切换增益。实施例二本发明考虑的应用场景是在人流较多的大型公共场所,如办公楼、图书馆、候车室等;考虑的异构网络类型不受限制,本实施例选取802. 11和TDLTE作为示例加以说明,即移动终端具有以上两种接入方式;考虑的业务类型也分为语音业务(Voice overInternet Protocol, VoIP)、实时业务(Real-time Polling Service, rtPS)、非实时业务(Non-real-time Polling Service, nrtPS)和尽力而为业务(Best Effort Service, BE) 等。本实施例提供一种基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,该方法的流程如图5所示,包括以下步骤I)终端A是多模终端,其可以在802. 11和TDLTE两种网络中通信。终端A的业务一开始接入TDLTE网络,然后在监测业务信道质量和目标网络的过程中,终端A进入到有WLAN覆盖的局域网内,且驻留时间较长,达到所设定的切换需求门限。2)Mobile IP处理单元为终端A的业务配置新的链路转交地址,达到切换需求门限的业务发起切换请求;Mobile IP处理单元经过time_value后,调整权重参数,数据在IP层使用新路由隧道转发。3)终端A在802. 11网络模式向Mobile IP处理单元发送切换命令和重新入网请求,数据在IP层进行新路由更新。业务作为主体,发起切换过程,经过如图I所示的分析过程,最终终端A的部分业务接入到802. 11网络,达到保证业务质量和网络使用均衡的目的,网络成功接入后的信息更新又为下次的切换优化提供了接入网络选择的依据。本发明的描述和应用是说明性的,并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的,对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是,在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,本发明可以以其他形式、结构、布置、比例,以及用其他元件、材料和部件来实现。
权利要求
1.一种基于业务Q0S的群组用户异构网络切换方法,其特征在于,包括以下步骤 步骤A,在异构网络中,终端的链路层发起切换请求后,IP层开始进行预切换; 步骤B,在切换过程中,首先确定预切换业务的优先级; 步骤C,再确定目标网络的可选优先级; 步骤D,预切换业务自适应自优化选择目标网络,并进行匹配映射,最后开始执行IP层预切换任务。
2.根据权利要求I所述的基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,其特征在于所述终端为能够工作在不同网络中的多模移动终端设备。
3.根据权利要求I所述的基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,其特征在于步骤B中,根据移动终端设备的用户优先级、业务优先级和业务信道质量来计算并确定预 切换业务的优先级,第i个用户的第i个预切换业务的优先级计算公式如下ServiceHO-weightedvalue = a · Ui+b · Si+c · 1/Ci 其中,a,b,c为权重因子,Ui为第i个用户的优先级,Si为第i个业务类型的优先级,Ci为第i个业务的信道质量;ServiceHO-weightedvalue为第i个用户的第i个预切换业务的优先级。
4.根据权利要求I所述的基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,其特征在于步骤C中,根据目标基站的信号情况、负载情况、干扰情况利用层次分析法计算目标基站的权重数值,从而得到目标网络的可选优先级;预切换业务的第i个候选目标网络的可选优先级计算公式如下BSHO-weightedvalue = u · TNi+v · ffi+w · CTi 其中,U,V, W为权重因子,TNi为第i个候选目标网络的类型,Wi为第i个候选目标网络的权重数值,CTi为第i个候选目标网络的信道质量JSHO-weightedvalue表示预切换业务的第i个候选目标网络的可选优先级。
5.根据权利要求I所述的基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,其特征在于步骤D中,在链路层发起切换请求,预切换业务确定目标网络后,并不直接进行IP层切换连接,而是添加一个定时器timer,经过时间T后才进行IP层连接,执行IP层预切换任务;根据当前业务信道质量选择定时器timer的定时时间T的大小;当当前业务信道质量比较好时,T的数值较大,而当前业务信道质量很差时,T的数值将较小,T的数值的最大值为MAC的切换断掉时间,即T - 1/C;且!!^“!1} ( MAC的切换断掉时间,其中Ci为第i个业务的信道质量。
6.根据权利要求5所述的基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,其特征在于若终端、基站或局域网主动发起切换执行,则直接进行IP层连接和执行切换任务,不受定时器timer的限制。
7.根据权利要求I所述的基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,其特征在于,还包括步骤E :用IP层预切换任务执行成功的结果对下一次网络选择决定进行自优化;每切换成功一次,被选择的目标网络权重降低W%,而原始网络被选择的权重升高W%;累计被接入网络权重达到最小值MIN_value的网络会被加入禁止接入列表;如果经过一段时间,禁止接入列表中的网络中某些业务移出或者通信结束,则所述业务移出或者通信结束的被禁止接入网络的权重自动升高W%,再次参与目标网络选择。
全文摘要
本发明公开了一种基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法,包括步骤A,在异构网络中,终端的链路层发起切换请求后,IP层开始进行预切换;步骤B,在切换过程中,首先确定预切换业务的优先级;步骤C,再确定目标网络的可选优先级;步骤D,预切换业务自适应自优化选择目标网络,并进行匹配映射,最后开始执行IP层预切换任务。本发明所述的基于业务QoS的群组用户异构网络切换方法在移动终端触发链路层切换的同时,通过使用链路层业务切换权值和目标基站权重数值,进行IP层的预切换连接,提高了用户业务质量和切换效率,优化了网络且均衡了负载。
文档编号H04W36/26GK102761928SQ20111010356
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者单联海, 杨旸, 胡宏林, 袁芝, 钱骅, 高智伟 申请人:上海无线通信研究中心