5G無線接入網絡的異構切換技術研究

周劍

[摘? ? 要] 5G時代悄然而至，在這一時代背景中，多種通信技術巧妙融合，以此滿足用戶個性化服務需求，并豐富用戶服務體驗。其中，異構切換技術作為5G無線接入網絡發展的產物，該技術在網絡性能優化、定制化服務需求迎合等方面起到重要作用。本文在異構無線網絡簡介的基礎上，全面分析異構切換技術方案，最后針對這一技術重點探究，以期為技術研究者和5G網絡實踐者提供借鑒，從而擴大異構切換技術推廣范圍。

[關鍵詞] 5G;無線網絡;異構切換技術;寬帶分配

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 17. 074

[中圖分類號]? TP393? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）17- 0192- 02

0? ? ? 前? ? 言

現今，移動用戶的用網需求日益增多，尤其在異構網絡切換方面，用戶提出了定制化業務體驗的差異化需求。隨著5G無線接入網絡發展步伐的加快，異構切換技術應運而生，基于此，本文針對該論題深入探究，以期為5G時代發展提供可靠的技術支持，進而深化無線接入網絡改革。由此可見，該論題具有探究的必要性，論題分析的現實意義較顯著。

1? ? ? 異構無線網絡基本介紹

近年來，無線通信技術在人們日常生活中的作用日漸突顯，無線通信以迎合用戶需求為發展目的。5G通信時代到來后，多種無線技術呈融合發展趨勢，當然，異構無線網絡能夠更好地滿足新時期移動終端業務拓展需要。下文具體從融合方式、垂直切換、算法選擇這三方面予以探究，以期彰顯無線接入網絡優勢。

1.1? ?融合方式

異構無線網絡應用的過程中，WLAN與移動蜂窩網巧妙融合，這既能提高數據傳輸效率，又能合理配置頻譜資源。二者融合的過程中，應制定可行的、合理的融合計劃，即細分待傳輸數據類型，繼而實現吞吐量提升的目的。在此期間，LTE-WLAN聚合方案的實用性較強，故而，這一方案在考慮的范圍內[1]。

1.2? ?垂直切換

多融合網絡視域下，用戶考慮實際需求，優選適合的接入網絡，以此豐富用網體驗，提升網絡性能。實際上，網絡切換細分兩種方式，方式一即垂直切換，分為發現階段、決策階段、執行階段;方式二即水平切換，這種切換方式的限制性條件較多，故而，本文主要針對垂直切換方式著重探究。

1.3? ?算法選擇

異構無線網絡接入的過程中，應優選算法，從而獲得科學的、實用的切換判決結果。正常來說，多屬性算法、效用函數算法、博弈論算法、人工智能算法、馬爾科夫鏈算法最為常用，從長遠角度考慮，后者具有異構網絡性能優化、網絡信息動態切換等優點。

2? ? ? 異構切換技術方案設計分析

5G無線接入網絡應用的過程中，為擴大該網絡的行業應用范圍，并滿足多樣化服務需求，靈活應用網絡功能虛擬化技術——SDN/NFV是極為必要的。設計異構切換技術方案的過程中，應借助分層異構無線網絡完成數據分離任務，同時，細化方案設計流程，并通過方案測試驗證方案可行性。

2.1? ?分層異構無線網絡

它由三部分組成，第一部分即應用層，用戶借助應用程序進行網絡資源調度，繼而發揮應用功能優勢;第二部分即控制層，用戶為實現網絡應用需求，借助本地控制器和中心控制器來實現設備集中管控目的;第三部分即基礎設施層，它連接本地控制器，在調度決策接收、業務數據轉發等方面發揮重要作用。5G無線網絡時代背景下，分層異構無線網絡控制、分離數據的過程中，體現集中控制、靈活定制等特點。其中，集中控制即有效調度全網資源，以此提高資源利用率，并減輕控制器流量運行壓力，借此提升網絡拓展性能，并為網絡維護操作提供便利。靈活定制即以差異化業務需求為出發點，借助NFV技術構建定制化網絡切片，以此實現網絡資源公開管理目的。

2.2? ?設計及流程

RAN方案設計期間，圍繞中心控制器、RAN切片這兩部分完成設計任務。其中，中心控制器由移動管理、RAN切片管理、資源管理、拓撲管理、網絡信息管理等模塊組成，它既能輔助切換策略制定，又能滿足信息交互需要，同時，能為移動用戶管理奠定良好基礎。各管理模塊協作配合，為實現分層異構無線網絡功能彰顯這一目標而共同努力，這對異構切換技術高效運用、5G無線接入網絡大范圍普及有促進作用。RAN切片設計期間，分別掌握LTERAN和WLANRAN切片設計技巧，運用控制與數據分離理念完成無線接入網引入任務，基于現有低頻資源，針對基站合理化部署，以此提高數據傳輸效率，并迎合用戶監控、虛擬資源靈活調度等多樣化需要。最終實現低成本、用戶體驗豐富這一目的。

RAN方案實踐流程主要為：觀察中心控制器待處理信息需求，據此制定決策目標和資源配置方案→查詢RAN切片，根據查詢結果執行相應操作→傳遞RAN切片創建請求指令→配置相關參數，有計劃的調度數據信息資源，并反饋信息指令于中心控制器→更新數據信息→傳遞切換請求→連接請求與客戶端，并反饋數據信息→提供數據服務[2]。

2.3? ?方案測試

為驗證上述RAN切片方案設計效果，通過平臺搭建、方案測試等方式予以驗證。平臺搭建的過程中，逐步完成中心控制器、LTERAN切片、WLANRAN切片的可行性校驗。具體來說，首先構建分層異構無線網絡原型平臺;然后測試已有設計方案的可行性，在這一過程中，合理配置參數，并對比分析設計方案的實踐體驗，針對視頻卡頓頻次、視頻畫面清晰度、RAN切片切換靈活度等內容具體記錄;最后分析測試結果，客觀總結異構無線網絡平臺實踐特點。

3? ? ? 基于5G無線接入網絡的異構切換技術探究

3.1? ?模型構建

基于分層異構無線網絡構建系統模型，促使用戶在多網絡覆蓋環境下選擇迎合用戶需求的網絡。系統模型構建期間，既要提升系統性能，又要合理配置信息資源，以此豐富用戶體驗。其中，本文構建的系統模型支持多網絡介入，用戶在網絡環境中能夠自由移動、順利切換，當然，網絡狀態信息不會因此受到影響。

3.2? ?網絡優選

網絡選擇的過程中，遵循初步篩選、屬性權重計算、構建候選網絡集合、確定用戶網絡這一程序。具體來說，運用下面的一次篩選函數完成網絡集合篩選任務，針對網絡接入的無效條件及時濾除。與此同時，參照相關需求進行參數調整，借此提高異構無線網絡使用效率。

Un，n=u（RSSn，m-RSSTH，m）×u（VTH，n-Vm），？坌n∈N，？坌m∈M

由于用戶用網需求存在差異性，故而，應通過二次篩選對參數歸一化處理，同時，一一對應網絡與屬性間的關系。在這一過程中，借助層次分析法構建層次結構，并構建判決矩陣，準確確定權重，最后通過一致性檢驗來驗證其合理性。二次篩選后，用戶自動選擇原網絡接入或當前網絡接入，以便更好的迎合用戶用網需求。

3.3? ?帶寬分配

用戶選擇網絡的過程中，首選考慮在性能較優的網絡，一旦多用戶同時選擇同一網絡，必然會出現網絡負載加重、業務阻塞現象，最終影響網絡整體運行效果?；诖耍瑒毡睾侠砘渲脦?，確保各類型業務帶寬使用需要被及時滿足，殊不知，這一過程即網絡高效切換的過程。實踐帶寬分配活動的過程中，技術人員構建異構網絡場景，通過用戶數閾值NUM接入、條件約束等方式來控制用戶接入行為，自此提高異構網絡切換效率。切換效率計算公式為：系統吞吐量/切換次數，由公式可知，切換效率與系統吞吐量成正比，隨著系統吞吐量的增加，切換效率相應提高。

3.4? ?算法設計

針對上述混合約束優化問題處理時，為在短時間內求得最優解，通過細化子優化問題來降低求解難度。同時，分步優化法和循環迭代法均有較高的實用性。算法設計期間，事前確定約束條件，即設定網絡篩選過程、確定網絡接入關系。接下來優選網絡篩選方案，以此縮短算法實踐時間。迭代算法設計期間，應遵循合理的設計思路，以便為算法設計實踐提供可靠指導，最終取得算法實現的良好效果[3]。

一方面，帶寬分配。根據網絡接入方案和用網需求，逐步完成帶寬配置任務，繼而實現規劃問題的順利轉換，并在短時間內求得最優解。在此期間，運用凸規劃理論予以證明函數凹凸性，將推斷結果與約束條件相對照，直到選出最優解。因為帶寬動態變化，所以求解的過程中，應借助拉格朗日乘子法探究連續變量約束問題解答方法，最終獲得最優帶寬分配方案。另一方面，用戶網接入選擇。在帶寬分配的基礎上，適當調整接入網，換言之，借助最優網絡關聯矩陣來處理子問題。以往常用窮舉法進行求解，隨著計算量的增多，窮舉法的適用性相對弱化。現今，分支定界法能夠彌補窮舉法的不足，它既能簡化計算流程，又能降低計算難度，最終順利求得最優解。此外，優選適合的分支策略，一般來說，隨機分支策略具有操作便捷、算法效率低下這一特點;最大系數分支策略具有計算量少、算法效率明顯提高等特點;偽貢獻分支具有高效率、最優解等特點。對比而言，偽貢獻分支策略最為實用，該策略在用戶網接入選擇的范圍內。

3.5? ?仿真分析

首先，模擬異構無線網絡仿真場景。網絡類型細分LTE和WLAN兩種，并且網絡間互不干擾，網絡集合構建的過程中，基于網絡初次篩選完成多屬性判決。仿真參數主要為：LTE、WLAN1、WLAN2的覆蓋半徑分別為1 500 m、150 m、150 m;發射功率分別為20 W、0.1 W、0.1 W;可用寬帶分別為20MHz、15MHz、15MHz;最大可接入用戶數分別為200、25、30;誤碼率分別為0.08、0.06、0.07;價格分別為0.5、0.25、0.3。

隨著用戶數的增加和減少，算法收斂性較良好。究其原因，網絡預篩選環節有效引入，這在一定程度上節省了網絡方案優選時間，進而能夠大大提高算法收斂效率。仿真分析結果顯示：迭代算法在系統性能提升、網絡有效切換等方面具有一定優勢，進而系統成本會大幅度降低。對比于其他算法，迭代算法實用性較強，因此，5G無線接入網絡能在這一算法的輔助下取得良好的優化效果。簡言之，5G時代背景下，要想提高數據傳輸效率，滿足用戶網絡狀態信息獲取的差異性需要，靈活運用異構切換技術是極為必要的[4]。

4? ? ? 總? ? 結

綜上所述，5G通信技術發展的過程中，基于融合方式、垂直切換、算法選擇來掌握異構無線網絡，同時，深入分析異構切換技術方案設計及流程，并對其進行有效性驗證。異構切換技術探究期間，結合5G無線接入網絡使用需要，通過模型構建、網絡優選、帶寬分配、算法設計、仿真分析來掌握該技術實踐特點，以便為5G無線接入網絡有效應用提供技術支持，最終提高數據信息傳輸效率，從整體上優化網絡通信質量，并為用戶帶來良好的通信體驗。

主要參考文獻

[1]孟宓.5G通信技術在異構車載網絡中的應用研究[J].數字通信世界，2019（4）：169.

[2]曹素珍，郎曉麗，劉祥震，等.5G網絡下新的異構簽密方案[J].信息網絡安全，2018（11）：33-39.

[3]譚曉衡，謝朝臣，郭坦.基于區域感知貝葉斯決策的5G超密集異構網絡聯合垂直切換技術研究[J].電子學報，2018，46（3）：582-588.

[4]鄧安達，王韜，周雙波，等.4G+及5G網絡中雙連接技術的應用[J].電信科學，2018，34（z1）：24-29.