基于無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換技術(shù)的研究

摘要：通過分析垂直切換判決因素和協(xié)議切換判決，主要對模糊邏輯判決策略進行了研究和分析，從而在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中，提出一個良好的切換決策方法，以實現(xiàn)協(xié)議切換動作的完成。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò) 垂直切換 模糊邏輯

0 引言

隨著移動通信技術(shù)的不斷發(fā)展，各種無線接入技術(shù)層出不窮，越來越多的移動終端具有多種接入網(wǎng)絡(luò)，這些在應(yīng)用背景，目標，發(fā)展方向，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，覆蓋范圍，通信協(xié)議，鏈路特性和業(yè)務(wù)提供能力等方面具有不同的特性，而這些網(wǎng)路共同為用戶提供了一個泛在的接入網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為了滿足用戶的移動性需求，向用戶提供跨泛在，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無縫業(yè)務(wù)，以支持用戶跨異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無縫漫游和切換，支持異構(gòu)的移動性管理技術(shù)成為未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主要問題。由于切換決策中涉及的因素多，其中一些難以量化，可以采用基于模糊推理的方法進行決策。將切換決策中需要考慮的因素作為模糊推理系統(tǒng)[1]的輸入，首先經(jīng)過模糊化，然后根據(jù)規(guī)則庫中定義的對應(yīng)不同輸入組合的規(guī)則，得到模糊化的切換決策結(jié)果，再經(jīng)過決策結(jié)果的解模糊，得到是否執(zhí)行切換的最終決策結(jié)果。

1 垂直切換

垂直切換[2]可分為向上和向下兩種。[3]向上垂直切換是指切換到覆蓋面積更大且?guī)捀偷膮^(qū)域；向下垂直切換是切換到一個較小的覆蓋面積和帶寬更高的區(qū)域。向下的垂直切換對切換時間要求不高，因為終端在切換過程中仍與原有網(wǎng)絡(luò)連接。而對于向上切換對于切換時間更為敏感，因為終端在移出其正在連接的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域時，必須進行強制切換才能保證連接的無縫性。

2 模糊邏輯

垂直切換算法中需要考慮眾多因素其中包括：應(yīng)用服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)QOS 性能與計費，應(yīng)用喜好和終端能力等多種因素。這些都使得無法設(shè)定一個通用的多標準決策方法。下面介紹一種在切換控制方面常用的基于模糊邏輯的多標準決策方法[4]。

2.1 基于模糊邏輯的綜合評判的關(guān)鍵步驟

在垂直切換決策領(lǐng)域，由于不同網(wǎng)絡(luò)之間存在著不同的鏈路狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)性能，覆蓋范圍，業(yè)務(wù)提供能力等特性，所以垂直切換決策本身就是一個模糊的綜合評判過程。這里提出的建立數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵步驟，為切換模塊中協(xié)議決策子模塊的實現(xiàn)提供了理論依據(jù)。

模糊判決的主要工作是通過對不同因素的模糊判斷，完成相應(yīng)的切換控制和決策功能。模糊的概念不能用普通的集合來描述，是因為不能絕對地區(qū)別“屬于”或“不屬于”，而只能問屬于的程度，就是論域上的元素符合概念的程度不是絕對的0 或1，而是介于0 和1 之間的一個實數(shù)。

2.2 多標準決策模塊中的模糊判決算法

我們根據(jù)之前介紹的模糊判決的具體過程，將算法步驟分成以下三步。

①建立評判對象的因素集U＝{u1，u2…，un}。這里u1=帶寬u2=時延。

建立評判集V＝{v1，v2，…，vm}。這里v1=好，v2=中，v3=差。我們每次計算10個相同時間點的帶寬和時延值，按照經(jīng)驗值設(shè)定好，中，差的隸屬空間，這樣對好，中，差隸屬空間計算相應(yīng)的百分比。利用這些百分比計算評價矩陣R。需要注意的是對于好，中，差的隸屬空間，不同的媒體類型有不同的定義，所以需要利用之前得到的媒體格式，設(shè)定相應(yīng)的隸屬空間。下表2-1為流媒體視頻業(yè)務(wù)，音頻業(yè)務(wù)和非實時類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對時延，帶寬因素好，中，差的隸屬空間值，該值是從3GPP TS22.105[5]中獲得的。

②這兩個因素在綜合評價中的所起的作用不同，為此給出一個U的模糊集合A=（a1，a2，…，an），其中滿足∑ai=1。在綜合評價中，將A稱為綜合評價的權(quán)重向量，對于給定的權(quán)重，綜合評價就是U->V的一個模糊變換。具體操作便是R和A實現(xiàn)叉乘，得到模糊評價子集。不同的媒體類型對因素有不同的權(quán)重。一般我們將業(yè)務(wù)簡單分成兩類業(yè)務(wù)：實時類業(yè)務(wù)和非實時類業(yè)務(wù)。其中實時類業(yè)務(wù)對延時的要求比較大，對時延的變化比較敏感，而非實時類業(yè)務(wù)對帶寬的要求比較大，對時延的要求不大。表現(xiàn)的結(jié)果就是非實時類業(yè)務(wù)對帶寬的權(quán)重相對時延的權(quán)重來說較大。而實時類業(yè)務(wù)對時延的權(quán)重相對帶寬的權(quán)重來說較大。下表2-2表示流媒體視頻業(yè)務(wù)，音頻業(yè)務(wù)和非實時類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對帶寬，時延的權(quán)重劃分，其中W表示帶寬的權(quán)重，時延的權(quán)重為1-W[6]。下表中的權(quán)重值參考了項目組的仿真結(jié)果。

這樣，多標準決策模塊的核心思想為：在多種備選網(wǎng)絡(luò)中，通過上述方法分別得到兩個網(wǎng)絡(luò)的模糊評價子集（A1，A2，A3），（B1，B2，B3）……本項目中每個模糊子集是一個1*3的向量，將因素的權(quán)重向量叉乘百分比矩陣而得。

3 結(jié)論

本文綜合考慮了多種因素判決準則，利用模糊邏輯的多目標判決方法進行選擇決策，提出了一種將強制切換和優(yōu)化切換相結(jié)合的切換算法。一般來說，由于向上垂直切換時指切換到覆蓋面積更大且?guī)捀偷膮^(qū)域，所以對于切換時間更為敏感，當終端在移出其正在連接的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域時，必須進行強制切換才能保證連續(xù)的無縫性；而向下垂直切換時切換到一個較小的覆蓋面積和帶寬更高的區(qū)域，所以對切換的時間要求不高，在切換過程中仍與原有網(wǎng)絡(luò)連接。通過模糊邏輯的多標準判決算法得出判決結(jié)果并完成決策工作。這種決策算法具有一定的實用價值。

參考文獻：

[1]謝季堅，劉承平.模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000.

[2]李曉輝，顧華璽，黨嵐君.移動IP 技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)移動性.北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[3]李明欣.異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)移動性管理的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2007:47-62.

[4]賀昕，李斌.無線局域網(wǎng)絡(luò)切換技術(shù).北京：北京郵電大學(xué)出版社，2008.

[5]GPP，TS22.105 V6.4.0.Technical Specification Group Services and System Aspects，Service aspects;Services and service capabilities(Release 6).2005.

[6]Guo Q，Zhu J，Xu X H.An adaptive multi-criteria vertical handoff decision algorithm for radio heterogeneous network. Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Communications (ICC 2005).Seoul，Korea，2005.