网络切换技术（通用7篇）
网络切换技术 篇1
1 引言
现代移动蜂窝网络通信过程中, 无缝切换可以有效的保证移动用户的无间断通信, 其可以有小的保持通信质量处于一个用户无感知的断续的状态, 适应无线通信网络信号衰落的特性。目前, 蜂窝网络无缝切换可以平衡服务区域内各个小区的业务量, 降低小区的呼损率[1]。
2 移动蜂窝网络切换原因
移动蜂窝网络通信过程中, 引起切换的主要原因包括以下几种:⑴信号强度:如果移动台接受到的信号较为微弱时, 并且移动台要到另外一个小区, 或者处于一个小区但是不同频率, 此时就需要更换新的链路, 导致通信发生切换。⑵信号质量:蜂窝网络通信信道遭到干扰时, 其会引起通信质量大幅度衰减, 导致前向纠错处于不可接受的状态, 就会引起切换。⑶话务量过多:移动台在通信过程中, 话务量过多会导致拥塞, 因此其可以把正在通信时间提前量较大的移动台切换到话务量较少的小区, 此时移动台通常处于空闲小区的边缘, 其处于空闲小区的覆盖范围内, 移动台在通话过程中, 导致通信信号发生变化。⑷没有被分配的时隙的干扰:在一个新的载频中, 或者同一个载频上的空闲信道中, 可以选择一个通话质量更佳的信道, 基站可以有效的对空闲时隙中相关的噪声电平实施信息策略, 此时测量信息可以在通信过程中应用, 判断一个小区或者基站的载频是否处于需要切换, 目标是建立一个最佳的通信信道。
3 移动蜂窝网络的无缝切换技术
移动蜂窝无缝切换技术从层次网络上可以划分为水平切换和垂直切换, 其中水平切换又可以分为硬切换、软切换、接力切换[2]。
3.1 水平切换
⑴硬切换。在蜂窝通信实现无缝切换过程中, 其最现采用的技术室硬切换, 这一种切换模式是事实上的切换, 其发生于拥有不同频率的基站之间、扇区之间的真实切换, 硬切换最为关键的一点事通信的移动台在某一时刻仅仅占用一个无线信道, 而非同时占用两个无线信道, 其发生切换的过程中, 必须与原来的基站脱离任何联系后, 才能将其通话跳到另外一个基站上, 因此, 切换过程可能存在漏话现象, 但是由于时间极其短暂, 能够实现无缝切换。
⑵软切换。在移动蜂窝通信过程中, 软切换可以将通信的两条链路及其相关联的数据流能够在较长的时间内同时被激活, 一直到期能够进入新基站, 测量移动台到新的基站之间的传输质量, 判断其是否满足通信要求的指标, 如果满足之后, 即可断开其与原来的基站建立的连接。软切换是指在同一个频率下, 不同的基站之间实施的切换。通信过程中, 可以从通信网络或者移动台出发, 分析同一个数据流在两条链路上同时进行传输, 这样既可以保证通信的连续I型能够, 又可以实现一个无缝切换的过程, 用户没有任何的感知。移动台发生切换的条件是其已经建立了与心得基站的连接, 只有这样才能够与原来的基站之间的通信释放, 因此, 软切换过程从逻辑上实现了无缝切换技术, 不会对用户的通话产生一点影响。通信系统试试软切换时, 移动台和基站之间采用许多关键技术, 比如反响功率控制技术、MIMO分集技术, 可以有效的降低系统掉话和漏话现象, 但是软切换存在占用信道资源多、信令传输复杂等缺点, 导致下行线路通信受到感染, 增加了设备的投资[3]。软切换过程如图2所示。
⑶接力切换。随着现代智能天线技术的快速发展, 可以利用基站的位置定位移动台的位置, 因此此时就可以能够精准的测量移动台与基站之前的精确距离, 对移动台进行有效的定位, 根据两者之间的距离, 有效定位辅助信息, 以便判断移动台是否处于切换区, 如果处于切换区, 即可将其切换到附近的基站上。快速有效的、高效的、可靠地切换可以有效的保证接力切换实现无缝切换, 保证用户的通话质量。接力切换过程如图3所示。
3.2 垂直切换技术
垂直切换是指移动台在不同的系统的基站相关的切换。现代通信采用更多的蜂窝形式, 其在宏蜂窝的背景下引入了微蜂窝, 形成了一个个颗粒度更小的小区, 实现了层级管理。这样可以有效的缩小并且精细化通信区域内部的热点和盲点, 将其实现更加灵活的切换。垂直切换技术为此提供了切换能力, 其可以为不同的移动台提供更多级别的服务能力, 可以根据移动台的移动速度, 迅速的实现微蜂窝的切换, 降低系统的切换速率, 同时能够有效的扩充切换的系统的容量, 保持移动台、宏蜂窝和微蜂窝之间的强关联, 并且不断的测量移动台附近微蜂窝的信号强度, 调整控制器, 保持移动台和微蜂窝时刻连接, 实现无缝切换和保证用户的通话质量。
4 结束语
随着移动蜂窝网络通信系统的发展和进步, 已经诞生了更多的切换算法, 比如硬切换、软切换、更软切换、接力切换。目前, 我国通信已经步入到4G时代, 进过通信学者、网络学者以及计算机学者的不断研究, 将会引入更多的无缝切换技术, 保证用户高效的通话感知, 彻底解决通信过程中掉话、漏话的问题, 促进人们更好的掌控自己的通信生活, 提高生活质量。
摘要：蜂窝网络在通信过程中, 由于移动台在通话过程中会随着距离基站的远近、信号强度、信号质量和通话质量等原因造成切换, 为了能够让用户保持无感知通话状态, 移动蜂窝网络需要采用无缝切换技术, 有效的提高了移动蜂窝网络的通话质量。
关键词：移动蜂窝网络,切换,基站
参考文献
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初探通信网络中切换技术 篇2
移动台在通话时从一个基站覆盖的区域转到其他基站覆盖区, 或由于周围环境的变化以至于通信过程中通信质量下降, 或因为在同一个基站覆盖区内的用户过多, 不能使所有用户正常使用, 这样就迫使其中的一些用户不得不改变原来的信号通道, 把通信业务迅速转移到新的闲置信道上, 来保持通信正常的过程称为切换。切换又可以称为自动链路转移技术, 是完善和提高通信过程中的安全性和可靠性的一门技术。
通信网络中切换技术的优势主要体现在几个方面:
(1) 能够给网络中不同层面间实现无缝联接提供技术支持;
(2) 能够优化配置每个区内基站的数量, 降低特别忙碌的小区中通话的基站数量, 并且增加闲置小区内通话的基站数量, 来达到使掉话率和阻塞率降低的目的;
(3) 能够通过个人的操作为某些特殊情况进行网络管理;
(4) 能够优化配置基站内的服务小区, 提高通信网络中的整体容量。
2 切换技术概述
2.1 切换的分类
通常情况下, 通信网络中的切换技术有三种:这就是软切换、硬切换与空闲切换。软切换是指每个移动台能够在同一时刻与多个基站连接, 移动台在多个基站的覆盖边缘切换时, 在还未中断和原来通信区域的联系时, 用相同频率与新的通信区域联系, 此时移动台可以同时接收多个基站的信号, 这些基站也接收移动台的信号, 只有当达到满足的条件后, 移动台才能够断开与原基站的联系。硬切换是指在进行切换过程中只有唯一的信道可以使用, 发生在相同系统异频的小区内。当移动台处于硬切换时, 一定要改变接受和发送时的频率, 要保证无论什么时候都有唯一的业务信道可以使用, 即移动台一定要在和新基站联接之前, 切断和旧基站的联接, 从而在极短的时间内, 当用户没有任何感觉的时候, 就把通信业务移到新信道, 虽然这个过程所用的时间很短, 用户可能感觉不到, 但在中断的一刻, 同样会使通话时的话音质量受到影响。空闲切换是指移动台在闲置时进行的切换, 就是在切换的过程中没有进行通话。切换时移动台没有激活的连接, 因此只存在MSC访问移动台的数据库—访问位置寄存器和归属位置寄存器, 依据数据库的响应将移动台转发到新的基站覆盖区的MSC, 从而完成一个切换。
2.2 切换的原因
(1) 功率预算。要完善通信网络的性能, 就要使发射功率最小, 才能使干扰电平统计的平均值减少。故切换过程中要在众多的小区中选择功率预算最小的信道。
(2) 话务量。工作小区可以利用把正在通信时间提前量比较大的移动台切到邻近的小区来减少系统负担。这些移动台都在小区的边缘, 故它同时在邻近小区的覆盖范围和服务小区的覆盖范围内。
(3) 移动台和基站间的距离。各个小区中基站与移动台的距离限制和小区事先规定的大小相互关联。在基站的数据库中, 各个基站的有效距离都有备案。移动台在运作的过程中不断地检查实际距离, 超过规定的限制就要没有任何条件的执行切换。
(4) 信号强度。若在移动台的位置接收到的信号比较弱, 或移动台要求移动到别的小区, 这就有切换的可能。服务基站也可以增加发射功率来提升接收电平, 也可以将信息反馈到移动台, 使移动台加大它的发射功率。但是, 当信号电平仍然在规定的限制以下, 一定要无条件地启动切换。
(5) 没有被分配时隙中的干扰。要求在同载频的闲置信道中选择最合适的信道, 并且要求基站要测量空闲时隙的噪声电平。这些信息可以用在呼叫建立信道分配中。
(6) 信号质量。由于周围环境变化使信号质量下降时, 前向纠错不能够达到一定的水平时, 即便原信道的接收电平能够保证运作, 却也要求切换到信号质量更好的信道。若功率控制已使接收电平为最大可能的级别, 但信号质量仍在规定的限制以下, 就要求无条件启动切换。
综上所述, 当移动台周围环境的变化时, 使信号发生变化, 其中包括干扰与障碍物导致的信号强弱的波动化, 从而切换会启动。
2.3 切换的过程
(1) 基站依据移动台所给的测量分析信息, 对相同频率候选集进行测量, 测量结果迅速反馈给移动台;
(2) 移动台把反馈的测量结果与设定的门限值比较, 选出哪些导频删除, 哪些导频增加, ;
(3) 若有导频需增加, 要先通知基站做好准备;
(4) 移动台在激活集下持续更新消息, 不断地删除和增加导频;
(5) 若移动台已经完成了激活集更新, 基站就要释放已经删除了的导频的资源。
3 切换技术的性能评估
切换技术的先进性, 主要是想办法使切换次数尽可能的最少, 只有这样掉话率才能达到最低, 并且能够减少交换的负荷。然后, 选择最佳的小区使切换的处理时间延迟最小。若切换的过程时间用的过长, 服务质量就一定会下降。通过降低这种时间延迟还对降低通道的干扰电平有帮助。
从微观角度讲, 影响切换性能的参数:
(1) 切换的次数:移动台和新基站建立链路需要尝试连接的次数, 次数越少, 性能越好;
(2) 失败率:只有当切换失败的概率越小, 性能才越好;
(3) 链路转移时间:移动台从切换开始到和新基站建立链路的时间延迟, 时间延迟越小, 性能越好;
从宏观角度讲, 影响切换性能的参数:
(1) 切换的次数:是对系统中全部通信的平均估值, 信号的覆盖范围决定切换的敏感度, 覆盖的范围越大, 性能越好;
(2) 占用资源总量:在切换的过程中, 要增加网络接口与处理业务量, 这就是说一定要尽量降低所占用资源的总量。
4 结语
通信网络中的切换是为了使用户在不同小区之间切换时通话持续性。好的切换, 有利于数据分组正常传输。由于软切换时没有中断时间, 从而可以避免“乒乓”效应, 来达到提升通信质量的目的。因此在移动网中软切换应该得到重视。其实切换是非常复杂的问题, 不但与小区的大小、可用信道数目、小区内移动终端数目、天线高度、发射功率等因素有关, 还与门限和容限等参数的选择有很大关系。虽然通信网络中切换技术已达到一定水平, 但仍有进一步提高的必要性。
摘要：在通信网络中, 切换技术在蜂窝结构中可以使频谱利用率达到最大, 在整个系统中占据着重要的作用和地位。本文从不同角度简要初步地介绍了切换技术的特点、优势以及性能的评估, 为读者了解通信网络中切换技术提供了参考。
关键词：通信网络,切换技术,移动台,基站
参考文献
[1]何庆华.WCSMA系统实际信道环境与切换性能的研究[D].北京邮电大学硕士学位论文, 2005.
网络重选和切换专利技术综述 篇3
专利技术综述也是一种专利分析, 专利分析是预测技术发展趋势的一种有效方法, 根据不同的划分标准可分为一维分析法、二维分析法和综合分析法[1], 或划分为定量分析和定性分析[2]。专利分析的工具和指标较多, 可将专利分析工具分为4 类[3]: 专利采集加工工具、文本挖掘与可视化工具、专利检索分析工具和计算机辅助创新工具。
国际专利分类IPC分类号是对专利进行分类的一种现行的分类标准, IPC分类分析[1]也是专利分析中常用的一种分析方法, 其可分为专利申请的IPC分类分析和专利授权人的IPC分类分析。本文针对涉及网络重选和切换的专利文献从申请人方面进行了梳理, 以得到整个专利技术的大致分布概况。
二、基于申请人的专利分布
在涉及网络重选和切换的专利申请中, 主要申请人包括国内的大唐移动、电信科学院、中兴、华为、中国移动, 以及国外的富士通株式会社、高通、诺基亚、爱立信、艾利森电话股份有限公司、株式会社NTT都科摩、三星、日本电气株式会社。
在统计的135 件专利中, 从申请机构的国家来看, 中国有6 家, 国内申请量占90 多件, 国外企业有8 家, 国外申请量占了30 件左右, 与以往的统计数据相比, 这表明国外公司在通讯技术领域仍然保持着相当高的研发实力和影响力的同时, 国内公司的研发实力也在不断增强, 申请量不断增加, 但不可否认的是, 基于以往统计的专利授权量和维持年份的数据表明, 我国在通讯技术领域拥有的重要核心专利技术极其有限。
从申请机构的类型来看, 公司的申请量远远大于高校和科研院所的申请量, 说明企业在通讯技术领域的创新和研发中起着很重要的作用, 究其原因, 主要是因为企业具有转化专利技术的实力, 为了自身的利益, 企业往往会投入大量资金研发技术并付诸实施来获取经济效益, 而高校和科研院所是科研性质的机构, 往往侧重于学术性的研究, 很多专利申请的发明人是高校的在读硕士或博士, 与企业相比, 他们较缺乏转化专利技术的实力和动力, 这也导致了专利申请量在高校和科研院所中的地位不显得那么重要, 进而导致了申请量较低, 但高校和科研院所的专利申请往往具有较高的技术水平, 因而许多企业会联合高校一同研发并付诸实施, 以期为企业谋取更长远的利益。
三、国内重要申请人分析
在国内申请人中, 申请量居前的是中兴和华为, 这足以说明近十年国内大公司对专利申请重视程度的逐渐增加。中兴和华为是国内的高科技之星, 也是通信领域的专利大户, 两个巨头曾因抢占东欧市场销售基本同质化的产品而引发了专利纠纷[4], 华为也曾就中兴在德国销售印有华为的一项注册商标的USB数据卡而对中兴提起了诉讼[5]。这足以说明专利对企业的发展有着举足轻重的作用, 通过拥有核心技术专利可增强自身的优势地位, 增加自身的市场份额, 同时能够制约竞争对手。下面就针对中兴和华为这两个公司的专利申请作一简单的分析。
在本文统计的文献中, 切换技术中的跨系统 (网络、网元) / 异系统切换和重选技术中的网关重选均是中兴和华为专利申请的侧重点之一。
在重选服务骨干网交换或路由节点方面, 中兴的申请量略大于华为, 两个公司专利申请涉及的主要的侧重点大致相同, 但同时在其他方面每个公司各有不同的研究方向。中兴和华为在跨系统 (网络、网元) / 异系统切换方面有较多的申请, 而在其他方面的专利申请中兴要多于华为, 在一定程度上反映出中兴的专利申请涉及的技术领域较广。由上面的统计可以看出, 中兴在涉及骨干网重选和切换方面的专利申请方面已超出华为, 这种改变与两大公司的战略走向密不可分。
四、结束语
本文对涉及服务骨干网切换和重选的专利文件从申请人方面进行了整理, 并对申请量位居前列的两大国内公司中兴和华为的专利申请进行了比较分析, 从中分析比较两大公司的研发方向以及重选和切换技术的演进方向, 以期得到该技术领域的发展概况。
摘要：重选和切换是通信中的重要技术, 本文针对涉及网络重选和切换的专利文献从申请人方面进行梳理, 以得到整个专利技术的大致分布概况。
关键词：重选,切换,申请人,专利,综述
参考文献
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网络切换技术 篇4
为了提高用户移动性需求,支持用户跨异构网络的漫游和切换,移动管理技术成为异构网络中解决的重要问题。切换管理是移动管理中的问题之一,用于保证终端在改变网络接入点时回话的连接性,切换管理主要包括切换架构和切换算法的设计。其中,切换算法性能直接决定了用户当前业务的服务质量。
二、异构网络切换技术的概述
切换管理是移动管理的重要组成部分,在终端的一定过程中,由于网络性能变化等原因,经常改变网络接入节点,同时保持正常连接。
1、切换的概念。
切换是指移动终端从一个小区或信道变更到另一个小区或信道时为保持通信的继续而进行的连接激活处理技术。切换的目的是在移动终端与网络间始终保持一个可以接受的新的质量水平,并防止通信中断。这是适应移动性衰落信道等特征的必不可少的措施。
2、切换的分类。
异构的网络环境中,切换的种类由于应用场景的多样性和网络的异构性而变得不同。根据不同的原则,切换有不同的分析方法。根据定时分为同步切换和异步切换;根据切换涉及的网络范围分为同种网络间切换和异构网络间切换,同种网络内又分为小区内切换和小区间切换,异构网络切换又分为向上切换和向下切换;根据由移动终端或网络端发起切换分为4个类型:网络控制切换、移动终端控制切换、网络辅助切换和移动终端辅助切换。
三、异构融合网络中切换技术的研究
3.1异构无线网络融合
移动管理和带宽无线接入的发展趋势表明,未来无线网络将是由多种技术、多种网络互相融合,组成具有多种接入方式、提供多种传输速率和多种服务质量要求的多业务异构网络的联合体,未来无线通信网络的主特征之一就是各种异构无线网络共存、互补、协同、无缝集成到统一的网络环境中。
3.2垂直切换技术
1、垂直切换过程。
垂直切换分为三个过程,即网络发现、切换决策和切换执行。其中,网络发现用于当前可用的网络,切换决策进行确定恰当的切换目标网络和切换触发时间,切换执行进行切换实施过程。(1)网络发现。在网络发现阶段,移动节点搜索和发现当前可用的无线网络。当前网络发现方法分为两种。一种针对多端口终端,由于各种无线网络会定时发送广播信息,通过在不同网络接口上接收到广播信息就可以实现网络发现;另一种是采用位置服务器,在位置服务器中存储位于不同区域的各种无线网络信息,根据移动终端的地理位置,向终端提供它周围可用的网络系统及其带宽、时延等参数,从而进行网络发现。(2)切换决策。切换决策的主要目标是让移动终端在恰当的时间切换至最恰当的网络。在垂直切换决策中,网络的多种状态参数都会对决策结果产生影响,这也是垂直切换与水平切换的区别之一。垂直切换决策是多标准判决问题,决策中涉及的因素多样化、度量值又各不相同,根据这些因素进行统一、综合的决策和判断,研究者们提出了各种不同的方法。即有的方法侧重研究如何降低终端的能耗,以及确定恰当的切换触发时间;有的方法侧重研究切换目标网络的选择策略,所采用的典型多标准决策方法包括:基于简单加权和的方法、基于策略的方法、基于层次分析法的方法等。
2、垂直切换决策考虑的策略。
总的来说,垂直切换决策的策略可以分为四个类别,每个类别以不同的目标作为主要考虑的因素。(1)面向服务质量保证:该策略的目标为客户提供持续的、有服务质量保证的接入技术,避免业务性能下降或中断。(2)面向网络运营管理:该策略的目标在于提供负载均衡、故障旁路等。(3)面向业务性能优化:该策略的目标在于为不同业务分别选择最优或最合适的网络接入。在这种情况下,垂直切换的方法从基于网络接口变成基于数据流的。(4)面向用户个性化需求:未来的融合通信是以用户需求为中心,如计费、安全等,用户根据个人的需求来制定服务,选择自己喜欢的终端及其接入方式,并可以随着用户位置及其需求的改变而实现自由的切换。
总结:本文叙述了异构无线网络下垂直切换的基本过程与要求。为了适应不同的通信环境以及满足用户业务的宽带化、个性化、智能化需求,异构网络融合已经成为下一代通信网络发展的必然趋势。其中,具有Qo S保证的关键技术与通信容量的研究是异构网络融合中的关键课题。
参考文献
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[2]陈华友.组合预测方法有效性理论及其应用[M].北京科学出版社.
网络切换技术 篇5
未来的移动通信要求网络具有范围大,速率快,容量高等特点,网络融合技术具有广泛的应用前景。在异构网络中,不同的网络之间在网络协议、覆盖范围等性能指标上都有很大的差异,因此在两种网络间切换,即垂直切换是一个复杂的过程,对功耗,时延等指标都有一定要求,对信道接入和分配技术、信道资源优化管理等也都提出了更高的要求[1]。其中,切换技术将关系到整个异构网络的正常运行,是多跳蜂窝网的关键技术。若切换方案选择不当,会影响通信质量,重则导致通信中断[2]。垂直切换算法要充分考虑到业务运行过程中的服务质量保障问题,同时还要综合考虑各种因素对接入选择的影响,为切换提供依据。结合层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)[3]能将定量分析和定性分析相结合,对各种复杂因素能进行综合判断并科学处理。
1 切换决策属性
当前大部分切换决策算法主要通过在切换的过程中,预先设定相应参数,终端根据某个特定参数的取值,进行接入选择。这种切换方式在一般情况下容易实现,在一些业务需求和网络条件下性能较为良好。然而,用户所在网络和候选网络的网络环境和终端状态等参数处于不断变化中,任何时刻若有某一潜在网络其性能优于用户当前所接入网络时,都有可能重新进行切换决策,甚至可能在两个网络之间反复切换。
在切换决策过程中,如果只选择单一标准作为参考标准,可能会导致网络的不稳定或频繁切换。因此,应综合考虑将网络带宽、传输时延以及负载等属性一起作为度量标准。用户应当根据潜在可用网络的不同属性和网络状况,当前所处理业务的不同需求和特性,进行全方位判断,在决策过程中要对多个属性综合考虑[4]。
2 决策属性优化
当决策的过程中需要参考多个属性时,其度量方式、描述方式、取值特点等各不相同,会影响决策。因此首先要对各决策属性的取值所构成的决策矩阵进行规范化。基于决策属性常见的描述方式,可将其分为实数型(如网络吞吐量)和语言型(如链路质量好坏)[5]。取值采用实数的决策属性为实数型属性,实数型属性中较为常见的为效益型(属性值越大越好)和成本型(属性值越小越好)。例如,网络的吞吐量为效益型实数属性,网络的丢包率为成本型实数属性。假设决策矩阵为:
效益型实数属性可采用式(1)所示方法计算,成本型实数属性的计算可采用式(2)所示方法计算。
语言型决策属性是指由于客观事物的复杂性以及人类思维的模糊性,人们一般喜欢用“优”、“良”、“差”等词来形容一个网络的吞吐量、覆盖范围等。这些定量属性在多标准决策中需要进行数量化,采用数量的形式描述[6]。比率标度、序数标和区间标度等方法都较为常见。在网络分析中,可使用0~10之间的整数,对网络的一些属性进行描述。非特殊状况一般不适用0和10[5,7]。
3 层次分析法
AHP早前由T.L.Saaty提出,它将定量与定性分析结合起来,在数据情况较为复杂时是一种实用的分析方法,常被用于系统分析中。层次分析法将影响和制约系统性能的因素分成不同层次,各层之间具有隶属关系,可以将这些层次由高到底进行排列。该方法只把两两因素一起比较,以确定其在同一层次中的排序,然后再对总的排序进行判断,以确定总的排序方案[8]。层次分析法的步骤如下:
(1)建立递阶层次
首先依据属性不同把影响判断的元素分为若干组,形成递阶层次。同一层次的元素作为准则,对下层元素起制约作用,同时又受上层元素支配。最上层次一般只有一个元素,一般是分析问题的理想结果。图1所示为影响切换判断各元素的递阶层次结构,分为方案层、准则层、目标层三层结构。首先应在目标层为网络确定决策标准,随后找出影响该标准的准则层因素,而可选择的网络方案则位于递阶层次的最底部。
(2)两两比较判断矩阵的构造
构造判断矩阵是为了表示在同个准则层下的两两因素的权重关系。用户对参数的重要程度选择可以通过在AHP中设置基本的1~9的数值范围来实现。判断矩阵如式(3)所示:
(3)权值计算及检验
由对角矩阵的性质可知,判断矩阵一定存在特征方程M×V=x×V,V为非零特征向量,x为其特征值。在AHP判断矩阵中,每一项都是一个因素相对其同源因素的权重比值,可以把M矩阵写成:
式中:ωi即为决定因素的权重;n即为决定因素的个数。由ωi组成一个权重矩阵W:
可以求得:
W即为权重向量,x则对应决定因素的个数n。由此可见,可以通过计算AHP矩阵的特征向量进而求得决定因素的权值,而评估因素的个数近似等于矩阵的特征值。
4 切换算法过程
(1)权值确定
首先,建立如图1所示的层次结构图。目标层为性能最优网络;准则层为影响网络选择的主要因素,包括网络带宽(A)、网络覆盖范围(B)、网络传输时延(C)、网络吞吐量(D)、网络的负载(E)及网络的丢包率(F);最下层由3个候选网络组成,如图1所示。
其次,构造判断矩阵,并对最大特征值进行求解。对所选取准则层因素,根据其相对重要性用数字1~9来表征。
在对准则层因素进行判断时,不同用户的观点和认识并不是完全一致的,有时会出现误差,因此最后要对一致性指标(CI)进行计算以进行检验。
式中:xmax为判断矩阵的最大特征值;m为评价属性的个数,此处m=6。
平均随机一致性指标(RI)是对判断矩阵的特征值进行多次重复计算之后取算数平均数得到的。RI值由文献[9]给出,如表1所示。
再计算一致性比率(CR):
若CR<10%,则认为矩阵一致,检验通过,特征向量W=(ωA ωB ωC ωD ωE ωF)即为权值向量,否则应调整矩阵中的元素,再重新检验。
(2)切换目标网络的选择
网络属性需要规范化,有决策矩阵:
对于效益型的网络属性(如带宽、覆盖范围),其规范化处理如式(1)所示;对于成本型的网络属性(如传输时延、负载以及丢包率),其规范化处理如式(2)所示。
规范化处理后的矩阵为:
最后,将以上6种网络属性的线性组合表示成一个网络代价函数:
根据计算结果,性能值最大的网络可作为接入网络,记为:
5 结语
通过层次分析方法,可以得到影响网络性能的各种影响因素的权重,为异构网络进行网络切换时综合考虑复杂影响因素提供了决策依据。通过建立一个代价函数,依据计算得出的各因素的权重,对每个网络的性能进行测量和计算,可以计算出最优接入网络。
参考文献
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网络切换技术 篇6
未来的无线网络环境逐渐会形成多种异构网络共存的局面, 在同一时间内可供选择的网络会有很多, 异构移动网络垂直切换技术就成为1个关键点, 在内河航运中可以发挥更大的作用。船舶在航行过程中会不断遇到不同的异构网, 而船联网的构想是通过现代网络技术将船舶入网监控。如何保持服务的不间断, 从不同的异构网络中选择出网络是1个关键步骤。为更有效地执行切换, 除了选择适当的切换算法之外, 对网络信号进行预判也是非常实用的方法, 通过预判决网络的参数, 尤其是接受信号强度 (received signal strength, RSS) , 可以让船载终端提前做好切换准备, 提高切换效率, 减小信令开销, 节省无线资源。
1 无线信号特征及其处理
1.1 无线信号RSS特征
船舶在航行过程中接收到的无线信号是动态变化的。移动通信的无线信号存在快衰落和慢衰落以及路径损耗问题。
快衰落主要是由多径传播引起的。在现实中, 发射塔与终端之间有许多物体, 这些物体具备对电磁波的散射、反射和折射的物理特性, 从而引起无线信号的多径传输。从基站发射出来的信号经过各种传播途径后与先到达的信号互相叠加, 其合成的信号表现为快速的起伏变化, 其变化率要比慢衰落快得多, 所以又称为短期衰落。
慢衰落主要是由于障碍物所造成的阴影效应而导致接受信号强度下降[1], 但是由于信号强度值主要是随地理位置的改变而改变, 其变化比较缓慢, 所以称作慢衰落。慢衰落服从对数正太分布, 并且和终端所在位置相关, 衰落的速度与终端移动的速度相关。接收信号随时间呈现不规则变化, 其对传输信号质量以及传输信号的可靠度有十分严重的影响, 当慢衰落严重时可能会引起信息传播中断。慢衰落主要是由传输媒质结构发生变化引起的, 如对流层散射传播中, 慢衰落是由大气湍流、大气折射、大气层结等平均大气条件的变化而引起的, 通常与频率的关系不大, 而主要与气象条件、地形等因素有关[2]。
路径损耗是随着发射基站与接收终端的距离的大范围变化, 无线电波在传输过程中受到扩散效应以及在传输空间的损耗, 总体呈现与发射基站越近, RSS越高, 与基站越远, RSS越低的规律[3]。
式中:[d (t) ]-n为大范围路径损耗;S[d (t) ]为中范围慢衰落;K[d (t) ]为小范围快衰落。
图1所示是1个同时拥有快衰落和慢衰落, 以及路径损耗的信号强度图。快衰落就是随时间变化而较快变化幅度较小的衰落。慢衰落则是随时间而变化较慢, 同时变化幅度也较大的衰落。路径损耗呈现的规律是终端离发射基站越近, 终端接受功率越强。
当采集到无线信号的RSS值后, 先进行滤波处理, 尽量消除快衰落对RSS值的影响, 留下慢衰落和路径损耗。使得RSS值相对平滑, 提高预测的准确度。
1.2 中值处理
对于采集到的RSS信号, 要经过实时滤波处理, 并且算法要求简单, 以适用于船载终端。笔者采用了中值处理法。设原始RSS信号序列为
滤波后序列为
采用了3次均值处理法, 不仅可以实时滤波, 也可以达到理想效果, 见图2。
2 无线信号共享机制
根据船舶航行航道相对固定的特点, 设计1种无线信号状况共享机制, 使得信息控制中心存储河道的无线信号覆盖状况, 同时航行中的船舶也可以从信息中心获取航道前方的网络状况RSS值作为预判决的依据之一。信息中心融合数据, 将船舶上传的GPS位置信息以及此位置信息的RSS信息融合后汇总形成总数据库。将相近的GPS信息整合成一范围点内的位置信息, 将此位置信息内船舶上传的RSS信息按时间顺序, 将最近30次上传的RSS值取平均值, 作为信息中心在此位置处的平均值并储存起来。
如表1, 最终值是在现在时刻T, 位置为 (x, y) 的R值。具体融合过程如下, 取内河航道上的一坐标点 (x, y) , 取半径r。不同的船舶路过此地是会有不同的坐标值 (xn, yn) , 取满足条件如式 (7) 的点 (xn, yn) , 取其值Rn, 进行计算。信息中心取点融合示意图见图3。
为了保证数据的实时性, 取时间序列长度n=30, 取最近30次的时间T内满足坐标要求的R值进行融合。
对于R值, 求其平均值, 如式 (8) 。
信息中心统计平均值可以在一定程度上减小信号慢衰落的影响。因为慢衰落是随机的, 只有通过统计平均后才能找出其规律。通过Matlab仿真衰落信道和无线信号共享机制, 仿真结果表明, 统计平均值所满足的规律符合路径损耗分布, 见图4。
3 基于灰色理论的信号预测算法
信息中心发放给船舶共享的值, 具有一定的统计性, 但是网络情况是动态变化的, 所以必须与船舶当前网络探测值进行融合。仿真方法是先让船只在此条路线上运动30次, 取这30次的平均值作为船联网信息中心存储值, 其他的船只路过此点时, 发给船联网信息中心在此位置点的网络状况统计值。船舶终端根据收到的历史RSS接收信号强度先经过滤波, 并根据相对平滑滤波信号曲线得到RSS的滤波值;然后进行基于GM (1, 1) 灰色模型的预测[4], 根据船舶的航向信息和速度信息预测t时间后即将航行到达点的坐标信息 (xf, yf) , 再与此点 (xf, yf) 的RSS信息中心平均值进行固定系数融合预测运算, 得到相对准确的 (xf, yf) 点的RSS融合预测值。灰色模型的建立过程如下[5]。
设一给定的时间序列。
该序列为终端采集到RSS值经过中值处理后相对平滑的RSS滤波值。n为输入序列长度值。
将各项累加, 生成新的序列{x (1) }。
原序列如有明显的随机波动, 那么生成序列的随机波动就减弱了, 突出了变化的趋势, 便于对未来做预测。
对于h个变量 (序列) 用n阶微分方程表示的灰色模型记作GM (n, h) 。由于在实际研究中, 通常只研究1个变量导致的效果, 这时h=1;而当n过大时计算困难, 因此选用的模型是GM (1, 1) , 它可以由下述微分方程表示。
式中:记参数列为^a。
利用所给的和生成的序列值, 按最小二乘法, 求解
则得到时间响应, 即方程的解。
最后将GM (1, 1) 还原。
式中:m为所需要预测点数;为以前n个点的值所预测出的后面第m个点的值。
仿真验证时, 设船舶速度为10m/s (20kn) , 采样间隔为0.1s。采用历史20个点的数据, 预测前第20个点的数据, 采样点之间间隔2 m, 也就是可预测40 m前的RSS。经过试验, 如果预测距离过短, 仿真效果不好, 融合后起不到提升作用, 而且信号预测时间过短, 也起不到切换预警作用。而预测距离过长, 预测值与融合值准确度效果极度下降, 失去预测意义。综合各方面因素, 经过试验表明, 预测40 m前方数据时可以兼顾预测时间以及准确度。
由仿真得出当预测值权重为0.7, 信息中心平均值权重为0.3时, 信息融合值与真实值的误差相比预测值与真实值的误差提升最高, 达到35%, 见表2。
如表3所列, 信息中心的平均值与真实值之间的误差主要是由于真实值会在路径损耗的基础上受到快衰落和慢衰落的影响。滤波值则是滤除了快衰落后得到相对平滑的RSS变化值, 所以误差最小。预测值误差主要是由于要预测前方40m的状况, 跨越幅度比较大, 所以会导致准确度下降。而融合信息中心平均值的值与预测值后的值相对于所融合的值准确度都有大幅度提升。相对于较准确的预测值提升度达到35%。所以用融合值作为前方RSS的状况可以为切换预判决提供相对准确的依据。
图5为RSS多值对比图, 通过Matlab仿真衰落信道以及信息中心共享平均值, 还有RSS预测值并进行对比。由于慢衰落的影响, 航行1次所接受到的RSS与信息中心平均值偏差较大。预测值接近滤波值, 但是也有误差。而将信息中心平均值与预测值融合后的融合值与真实值非常接近, 见表3, 单次误差平均值只有1.24dB。
当船舶航行时会出现如下情况, 船舶即将进入到1个基站的覆盖范围内, 但是还没有接收到此基站发出的信号, 此时可以接收到由信息中心发来的前方网络状况值。此时船舶终端以信息中心发来的平均值作为前方网络值的预测值, 作为切换预警参考。
4 结束语
针对内河航运中存在多种异构网络共存的现状, 综合考虑了无线信号的快衰落, 慢衰落和路径损耗, 设计了1种网络状况共享机制, 信息中心获取各地的网络状况, 同时分享给航行中的船舶, 作为预测信号融合值的源数据。利用灰色理论进行RSS预测, 将RSS历史值进行中值处理后, 与信息中心平均值进行固定权重融合。通过仿真, 验证了该方法所获得的预测信号准确度比单独进行预测提升了35%, 对船舶航行前方40 m进行RSS预测时, 平均误差只有1.24dB, 可以起到切换预警作用。
摘要：针对内河航运中存在多种异构网络共存的现状, 提出了1种网络状态共享机制, 即由信息中心收集来自船舶的网络状态信息, 然后进行汇总处理后将数据共享。运用灰色理论, 并根据船舶网络状况历史数据, 与信息中心的最新数据相融合, 得出较准确的前方网络状况值。通过Matlab仿真, 验证了这种信号共享方法及预测机制可以有效提升预测信号的准确度, 并同时兼顾了船舶的速度和长距离预测问题, 适用于船载终端。
关键词：船联网,异构网络融合,垂直切换,信号预测
参考文献
[1]孙程君, 张中兆, 巴勇, 等.移动通信系统系统级仿真中慢衰落相关性的研究[J].通信学报, 2002, 23 (8) :33-38.
[2]刘坤, 刘国芳, 欧阳海波.移动通信衰落信道的仿真分析[J].舰船电子工程, 2009, 29 (8) :32-33.
[3]扈罗全, 陆全荣.一种新的无线电波传播路径损耗模型[J].中国电子科学研究院学报, 2008, 3 (1) :40-43.
[4]Kayacan E, Ulutas B, Kaynak O.Grey system theory-based models in time series prediction[J].Expert Systems with Applications, 2010, 37 (2) :1784-1789.
[5]朱伟.灰色预测模型及其应用[J].数学杂志, 1998, 18 (1) :133-135.
浅谈CDMA网络切换掉话分析 篇7
关键词：软切换,掉话,掉话概率,载频
一、CDMA网络当中的软切换技术
软切换 (Soft Hand-off) :指在导频信道的载波频率相同时小区之间的信道切换。在切换过程中, 移动用户与原基站和新基站都保持通信链路, 只有当移动台在新的小区建立稳定通信后, 才断开与原基站的联系。它属于CDMA通信息系统独有的切换功能, 可有效提高切换可靠性。与硬切换的区别:软切换为先切后断, 硬切换为先断后切。
在移动通信系统中, 当处于连接状态的移动台从一个小区移动到另一个小区时, 为了使通信不中断, 通信网控制系统通常会启动切换过程 (将与原服务小区的连接释放, 并与新的服务小区产生连接) 来保证移动台的业务传输。切换过程是蜂窝移动通信系统最重要的过程之一, 它不仅影响着小区边界处的呼叫服务质量, 还与网络的负载情况有着紧密的联系, 也就是说, 还与无线资源的使用情况有着密切的联系。如果切换过程进行得不好的话, 很可能造成小区的过载和移动台的“掉话”, 使网络服务质量大大下降。在WCDMA系统中, 引入了微小区结构来增加系统容量, 这时, 小区覆盖面积小, 从而切换的发生率比较高, 这就更加需要有一个好的切换技术来保证系统的性能。
二、切换掉话的主要原因
切换掉话主要包括局间 (MSC、BSC之间) 切换、小区之间切换、常规层与超层之间切换等引起的掉话。切换过程中的掉话在总的话音掉话中占有相当一部分比例。无线小区间、常规层与超层间的切换掉话, 除了与无线网络配置有关外, 还与无线资源的不足有关。具体地说有以下几点。
1、越区切换参数定义不合理
如:上行电平切换门限 (L-RXLEV-ULH) 、下行电平切换门限 (LRXLEV-DLH) 、切换余量 (H0-MAGIN) 以及切换功率控制参数如U-RXLEV-DLP、URXLEV-ULP、L-RXLEV-ULP、L-RQUAL-ULP等定义不合理, 致使越区切换失败, 产生掉话。
2、信号强度滞后值设置不当
有些小区, 由于信号强度滞后值 (SSHY) 设置太小, 小区基站没有足够的时间处理切换呼叫, 造成许多呼叫在切换时丢失。 (但若SSHY设置太大, 又会引起许多不必要的切换) 。
3、忙时目标基站无切换信道
有一些小区, 由于相邻小区都很繁忙, 造成忙时目标基站无切换信道或在拓扑关系中漏定义切换条件 (含BSC间切换和越局切换) , 致使手机用户在进行切换时无法占用相邻小区的空闲话音信道, 此时BSC将对此进行呼叫重建, 若主叫基站的信号此时不能满足最低工作门限或亦无空闲话音信道, 则呼叫重建失败导致掉话。
4、允许的网络色码 (NCC PERMITTED) 参数设置不当
允许的网络色码参数定义了移动台需测量的小区的NCC码的集合, 为手机切换提供可行的目标小区。如果该数据定义错误将引起越区切换不成功和小区重选失败, 产生掉话。
5、信号强度太弱
当基站做分担话务量的切换时, 有些切换请求会因切入小区的信号强度太弱而失败, 有时即使切换成功, 也会因信号强度太弱而掉话。因为我们在BSC中对手机用户的接收信号强度设有最低门限, 当低于此门限值时, 手机无法建立呼叫。
6、网络存在漏覆盖区或盲区
当移动台进入网络的漏覆盖区或信号强度盲区时, 信号变得太弱而发出切换请求, 切换不成功引起掉话。
7、孤岛效应
孤岛效应是基站覆盖性问题, 当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时, 由于水面或山峰的反射, 使基站在原覆盖范围不变的基础上, 在很远处出现“飞地”, 而与之有切换关系的相邻基站却因地形的阻挡覆盖不到, 这样就造成“飞地”与相邻基站之间没有切换关系, “飞地”因此成为一个孤岛, 当手机占用上“飞地”覆盖区的信号时, 很容易因没有切换关系而引起掉话。由于小区话务量大, 有全忙时长, 引起手机在切换时目标小区没有可用资源分配, 源小区无线链路难以继续维持通话而引起掉话;在配置无线数据时, 由于邻区漏配或错配引起手机在切换时没有合适的小区可以切换而引起掉话;手机在切换时, 目标小区的载频硬件存在隐性故障, 导致手机切换后占用问题载频, 发生质量问题或电平差而引起掉话;手机在切换时, 由于小区同BCCH、BSIC或同BCCH不同BSIC, 手机在测量时出现解码错误而切换到错误小区引起掉话;存在孤岛效应, 如果服务小区A由于地形的原因产生的场强覆盖孤岛C, 而在孤岛C周围又为小区B的覆盖范围, 这时如果在A的邻近小区中未添加小区B, 那么当用户在C中建立呼叫后, 如果快速, 由于无处可切换将产生掉话。
三、切换掉话分析及解决方法
一般说来, 引起切换的原因主要有:因接收电平 (RX_LEVEL) 或接收质量 (RX_QUAL) 引起的切换;因干扰引起的切换;因呼叫重建引起的切换;因话务原因引起的切换等。对于切换掉话, 我们可以通过三步骤进行分析。
1、从MSC、BSC告警中获得网络不正常信息。
如因相邻小区数据配置有误, 或邻区的BCCH、BCC (基站收发台色码) 、LAC (位置区码) 等设置不对, 从而造成切换失败掉话时, 都会在MSC及BSC中产生相应的告警。因此, 我们应该经常查看MSC、BSC中的告警记录, 找出问题存在的原因。
2、对OMC的统计信息进行分析来发现不正常的原因, 基站切
换掉话偏高, 有时在MSC及BSC中并无告警信息, 这时我们可以通过对OMC中的数据进行分析来发现问题。通过对OMC中的数据进行分析, 我们可以发现某些基站存在的隐性问题 (如TRX、RTX等的隐性障碍, 天线等硬件问题等) , 从而找出问题之所在, 达到网络优化的目的。
3、借助无线场强测试仪 (如亚伦、neptune等) 的测试来判断切换失败的原因。
在一般情况下, 我们应该对目标小区周边进行较大范围的测试, 通过实地测量, 可获得基站的覆盖情况及切换情况, 从而得到某些OMC所不能提供的信息, 在实测时, 特别要把那些与目标小区有切换拓扑关系而拥塞率又较高的小区作为测试的重点, 然后通过对测试结果的分析, 判断切换失败的原因, 从而找出解决问题的办法。
当掉话率高涉及到切换问题时, 我们应抓住切换的原因及切换失败的原因作为突破点, 然后对症下药, 找出解决问题的办法。一般而言, 由于切换是在小区及基站之间发生的, 本小区的掉话有可能是因为其与相邻小区之间的切换设置不合理造成的, 如果是这种原因应及时修改切换参数;同时我们需要检查小区周围是否有盲区存在, 如果是因网络存在漏覆盖区或盲区而导致的切换掉话, 可以通过增加新基站或扩大原有基站的覆盖范围来予以解决;对于因频率设置不合理而造成的掉话可根据实测情况适当修改小区的频率参数;对那些由于话务量不均衡, 造成忙时因目标基站无切换信道而产生的掉话, 我们可以根据实际话务量的情况, 通过修改或增加基站配置或者扩大原有基站的覆盖范围等办法来予以解决。
参考文献
[1]袁正午.移动通信系统终端射线跟踪定位理论与方法[M].北京:人民邮电出版社, 2003.
[2]啜钢.移动通信原理与应用[M].北京:北京邮电学院出版社, 2003.
[3]苏华鸿.蜂窝移动通信射频工程 (第二版) [M].北京:人民邮电出版社, 2002.