一种基于UMTS和WLAN的自适应垂直切换方法

摘要

本发明提出一种基于UMTS和WLAN的自适应垂直切换方法，包括移动台移入WLAN过程和移动台移出WLAN过程；移动台移入WLAN过程中，计算补偿时间进而求出自适应速度门限，更加准确合理地进行切换判决，有效降低乒乓效应和切换中断概率；移动台移出WLAN过程中，根据用户可容忍的连接中断概率求解自适应的RSS门限，能够有效降低连接中断概率，且能根据业务需要，折中考虑连接中断和WLAN使用率；所述方法非常简单、易于实现，具有很好的应用前景。

主权项

一种基于UMTS和WLAN的自适应垂直切换方法，其特征在于，所述方法包括移动台移入WLAN过程和移动台移出WLAN过程；其过程分别为：1)，移动台移入WLAN过程，设定移动台移入WLAN的条件为：$\left\{\begin{array}{c}\overline{\mathrm{RSS}}\left[k\right]\ge {\mathrm{RSS}}_{\min }\\ v\le v_{\max }\end{array}\right.$其中，为接收信号强度RSS在k时刻抽样平均值；RSS_min为移动台能够与WLAN通信的接收信号强度的最小值，v为移动台移动速度，v_max为速度门限；定义ΔT为切换造成系统开销的补偿时间；由此，需要确定速度门限值v_max，其步骤如下：步骤A，计算补偿时间ΔT，定义网络资源函数：f_n＝w₁lnC_n+w₂lnE_n(n＝1,2)其中，C₁、C₂分别为WLAN和UMTS网络可提供的速率，E₁、E₂为两个网络对移动台的计费参数；f₁、f₂为UMTS和WLAN网络的资源函数，w_i,i＝1,2，且满足$\underset{i}{\Sigma }{w}_i=1;$步骤A‑1，计算切换增益函数Δf，定义切换时系统信道和信令开销为f₃；则：$\mathrm{\Delta f}=f_2-f_1-f_3=w_1\ln \frac{C_2}{C_1}+w_2\ln \frac{E_2}{E_1}-f_3$其中，Δf越大，切换增益越大；步骤A‑2，计算补偿时间ΔT：$\mathrm{\Delta T}=\left\{\begin{array}{c}\infty ,\mathrm{\Delta f}\le 0\\ \frac{{\tau }_1}{e^{\mathrm{\Delta f}}-1}-{\tau }_2,0<\mathrm{\Delta f}<\ln 2\\ 0,\mathrm{\Delta f}\ge \ln 2\end{array}\right.$其中，τ₁、τ₂分别为移动台移入和移出WLAN的切换时延；步骤B，计算不必要切换概率对应的速度上限v₁，定义p_a为不必要切换概率；表达式为：p_a＝P(t<τ₁+τ₂+ΔT)其中，t为移动台在WLAN内的驻留时间；则，不必要切换概率p_a：$p_a=P(t<{\tau }_1+{\tau }_2+\mathrm{\Delta T})=\left\{\begin{array}{c}\frac{2}{\pi }\arcsin \left(\frac{v({\tau }_1+{\tau }_2)}{2R}\right),0<v<\frac{2R}{{\tau }_1+{\tau }_2}\\ 1,v>\frac{2R}{{\tau }_1+{\tau }_2}\end{array}\right.$其中，R为移动台能够与WLAN通信的最远距离；进一步，不必要切换概率对应的速度上限v₁为：$v_1=\frac{2R}{{\tau }_1+{\tau }_2+\mathrm{\Delta T}}\sin \left(\frac{{\mathrm{\pi p}}_a}{2}\right)$步骤C，计算切换失败概率对应的速度上限v₂，定义p_f为切换失败概率，表达式为：p_f＝p(t<τ₂)则，切换失败概率p_f：$p_f=p(t<{\tau }_1)=\left\{\begin{array}{c}1,v>\frac{2R}{{\tau }_1}\\ \frac{2}{\pi }\arcsin \left(\frac{{\mathrm{v\tau }}_1}{2R}\right),0<v<\frac{2R}{{\tau }_1}\end{array}\right.$进一步，切换失败概率对应的速度上限v₂为：$v_2=\frac{2R}{{\tau }_1}\sin \left(\frac{\pi p_f}{2}\right)$步骤D，计算移动台移入WLAN过程速度门限v_maxv_max＝min(v₁,v₂)根据上述步骤所得的v_max及RSS_min，若移动台接收信号强度RSS在k时刻抽样平均值及运动速度满足设定的条件，则执行移动台移入WLAN过程；2)，移动台移出WLAN过程，移动台周期性测量接受信号强度RSS，计算平均值触发切换的接收信号强度阀值为RSS_{th_out}；当时触发切换；触发切换的接收信号强度阀值RSS_{th_out}是动态变化的，RSS_{th_out}确定步骤如下：步骤E，计算所述触发切换时移动台与参考点的距离d，移动台接收信号功率RSS正好下降到移出门限RSS_{th_ou}t时移动台触发切换，根据设定的用户可容忍的连接中断概率p_d，计算d：$d=\sqrt{v^2{{\tau }_2}^2+R^2-v{\tau }_{2}R\sqrt{2(1-\cos (\pi -\pi p_d))}}$步骤F，计算自适应门限值RSS_{th_out}^*，当移动台移动到与参考点距离为d时，接收信号功率RSS正好下降到移出门限RSS_{th_out}^*，计算方法为：${{\mathrm{RSS}}_{\mathrm{th}\_\mathrm{out}}}^{*}=P_{\mathrm{Tx}}-p_{\mathrm{Lref}}-10\beta \log \frac{d}{d_{\mathrm{ref}}}-f(\mu ,\sigma )$其中,P_Tx是WLAN基站的发送功率，d_ref是参考点与基站的距离，P_Lref是参考点的路径损耗，β是路径损耗指数，城市环境通常取2‑4dB，d是移动台与参考点的距离，f(μ,σ)代表阴影衰落，通常为均值为0，方差为σ²的高斯分布；步骤G，修正自适应门限值，移动台接收到的信号强度RSS服从高斯分布，置信水平取0.05，则自适应门限RSS_{th_out}^*修正为RSS_{th_out}:RSS_{th_out}＝RSS_{th_out}^*+5.88。