异构无线网络融合切换算法探索论文
2020-09-24 19:21:32 92
摘要:异构无线网络的融合和普遍性是未来宽带无线通信发展的必然趋势。本文首先概述了移动性管理。然后对切换进行分类并讨论各种切换策略;最后讨论了混合网络垂直切换策略。对于未来的异构无线网络,不同网络之间的快速无缝切换是一个巨大的挑战。
关键字:异构无线网络;流动性管理;切换类型;垂直切换
:移动通信和宽带无线网络日益集成,并且不同类型的无线网络相互融合,未来的信息社会正在经历异构集成和普及的演进,已成为必然宽带无线通信的发展趋势[1-2]。当前,通信网络,因特网和广播网络的集成已经成为当前的发展趋势。 4G将推动无线通信技术达到顶峰。这个高峰不仅在空中接口上,而且在系统,业务应用程序和移动计算方面也具有不同的特征。从技术驱动的变化到需求牵引,它将加速移动通信行业发展模式的深刻变化。下一代移动通信系统将与宽带无线网络相结合,形成前所未有的结构。下一代无线网络结构如图1所示。随着支持高数据速率,多媒体服务和覆盖范围的几种无线技术的出现,智能移动终端具有可互操作的空中接口和灵活的软件组件以及基于IP的应用程序,移动用户随时随地连接任何类型的平台。 4G无线系统专用于全球无线连接[3-4]。全球漫游和高数据速率服务增强了4G无线网络的先前版本。 4G系统的设计目标是为移动终端提供异构网络中的无缝移动性,以提供服务连续性并确保服务质量。 4G系统的体系结构目标包括支持多个移动终端和网络的非常平滑和自适应的融合技术,以及内置无缝接入的潜力。提供多种服务的更多无线技术的应用和实现增加了切换过程的复杂性,但提高了系统性能,这也非常重要。
1移动性管理
跟踪移动用户的位置以使呼叫和其他服务连续进行是移动性管理的目标。移动性管理是位置管理和切换管理的组合。切换管理可确保移动终端在保持漫游过程中服务连续性的同时更改联系点(基站)。影响切换管理的因素是移动性方案,网络状况,用户偏好,最佳网络选择以及用于实现协议的网络选择策略(切换决策技术)。每种移动方案都是系统内漫游或跨系统漫游。当系统在内部漫游时发生水平切换,并且移动终端在一个区域中与接入路由器分离,并注册以在另一区域中接入该接入路由器。垂直切换发生在跨系统漫游时,以便获得移动用户所需的服务类型和质量的组合。适用于连接的移动终端可在不同的网络技术之间移动。无缝网络交换是垂直交换管理的一项挑战。接收信号强度的评估不足以进行垂直切换决策。应该考虑其他参数,例如网络条件,服务类型,网络覆盖范围,成本,功耗和用户首选项
。找到合适的切换时间对于切换至关重要。可以通过两种方式来控制切换机制,即网络控制或移动终端控制机制。网络控制切换策略无法确定正确的切换时间,因为它们没有当前移动终端的最新信息。网络控制机制不适合垂直切换的实现,因为网络无法了解所有其他网络的特征。移动控制切换决策方案对于垂直切换不是最佳的,因为移动终端更了解其当前情况。图2说明了各种网络的最小数据速率的异构性。宽带移动通信和宽带无线接入之间的差异变得越来越模糊。互联网,移动通信以及数字广播和电视网络将继续在三个层次上融合:业务,网络和终端。当用户在通话过程中进入极端建筑物时,移动信号的质量非常差,移动终端可能会切换到其他各种网络,例如WLAN;当用户正在通话时,如果用户下载或传输文件,则可以将数据传输切换到更快的速度。快速无线数据传输网络,例如WiMAX。2切换类型
为了使移动用户不中断通信,当移动台从一个小区移动到另一个小区时,信道切换称为交叉切换[7-8]。切换是为了确保移动用户可以在移动状态下实现不间断的通信。根据移动终端环境的切换,可以分为硬切换,软切换,中继切换,快速切换和平滑切换五种类型。根据谁控制切换决定,切换可以分为4种类型。切换类型如表1所示。切换管理策略的设计目标如下:(1)设计的切换过程的算法应非常快,以避免移动终端因任何类型的服务而降级或中断。 (2)减少切换总数并减少切换总时间。 (3)应将切换过程中的信息丢失总量降至最低。 (4)应降低新呼叫的阻塞概率。 (5)在整个开关过程中的电源保护应予以改善。 (6)应尽快使用网络资源。 (7)在切换算法的上下文感知的同时,优先考虑用户的偏好。 (8)越是可靠的切换,越能进行切换。 (9)切换算法应灵活,可扩展且安全。
2.1硬切换和软切换
硬切换和软切换是移动通信中常见的切换类型。硬切换是在进入新的小区时,首先中断与旧基站的连接,然后建立与新基站的连接。软切换是先与新基站建立连接,然后中断与旧基站的连接。另外,较软的切换是发生在2或3个扇区之间的一种小区内切换。硬切换主要是FDM使用A和TDMA移动通信系统,并且在CDMA系统中使用软切换和更软切换。
2.2中继切换
中继切换基于移动站的定位,准确地使用定位技术,然后协助移动站的距离和方位信息来确定移动站的位置。移动台以及是否进入了相邻基站的区域。为了实现中继切换,必须满足以下条件:必须准备网络以获得移动台的位置信息,包括移动台的信号到达方向以及移动台与基站之间的距离。中继切换的切换过程如下:首先将上行链路转移到目标小区,下行链路保持与原始小区的连接,然后在将下行链路连接到目标之前与新基站进行短期通信过程。电池,继电器开关已完成。继电器开关是一种性能稳定的优化开关方法。中继切换用于TD-SCDMA。
2.3正向和反向切换
如果与移动设备和网络之间的切换有关的信息是通过旧路径传输的,则称为反向切换。切换是由基站发起的。在GSM系统中使用这种方法,与切换过程有关的所有信息都通过旧基站进行交换。如果移动设备直接向新基站发送相关信息,则该切换方法为前向切换。目的基站将建立新的链路,并且切换也由目的基站发起。正向切换比反向切换快。前向切换的缺点是难以恢复失败的前向切换,可能会丢失旧的连接,难以支持加密的连续性,并且必须将密钥发送到新的基站。
2.4快速切换
无线局域网中的切换技术基于移动IPv6技术。快速切换和平滑切换是其两种切换类型[7-8]。快速切换是指低延迟。它的基本过程是预先注册并保持与先前网络的通信。当与新网络的切换尚未完成时,可以实现快速切换。快速切换有两种机制:预切换和基于隧道的切换。 2.5平滑切换当移动终端进入新网络时,大量数据包将在注册完成之前丢失,并且之前发送的数据包将不发送。平滑的交换可以有效降低IP丢包率。此切换方案使用缓存机制。移动终端要求当前子网的路由器首先缓冲其数据包。完成注册后,可以立即从路由器转发缓存的数据包。
3混合网络垂直交换策略
4结束语
异构无线网络是具有互补性的多个网络整合是为了提供各种高质量的服务。垂直切换是移动终端跨这些多服务网络无缝漫游所需的基本功能。垂直切换决策是提供无缝服务的核心问题。在此决策阶段,应考虑各种参数,例如移动和网络环境中的信息,用户首选项和服务质量参数。本文对切换进行了分类。讨论了各种切换策略,可以得出结论,有效的切换决策过程和高级分析策略至关重要。充分利用网络资源可以同时提高用户满意度和成本效益。有效的切换过程中的两个关键问题是估计切换时的最佳网络和切换时的正确时间。要考虑的其他重要问题是:谁来控制和谁来协助切换过程。转换过程中的信息收集阶段和性能评估框架也是要解决的关键问题。