1期末考试异构网上课第三章

1、异构融合网络理论与技术异构融合网络理论与技术 第一章 通信网络的异构特征及融合趋势 第二章 基于网络层的异构无线网络融合 第三章第三章 异构无线网络中的垂直切换异构无线网络中的垂直切换 第四章 异构无线网络融合的理论模型 第五章 异构无线网络资源管理 第六章 异构无线网络中接入选择策略 第七章 异构融合网络中的QoS的管理和控制需求 第八章 异构无线网络的重配置技术 第九章 LTE同WiMAX技术对比 第三章 异构无线网络中垂直切换 3.1水平切换和垂直切换 3.2 UMTS和WLAN异构融合的体系构架 3.3垂直切换评估的理论模型 3.1水平切换和垂直切换 异构网络融合是各专业通信领域以及I

2、nternet不断 竞争和演进的结果，也是不同专业领域之间互相借 鉴、协同和演进的过程。 针对特定场景有多种不同的组网模型采用多种无线 接入网的融合结构，互通结构接口的选择也是基于 多个网络层面的互相连接原则而不同。 由于不同用户对通信和带宽的需求不同且多样化， 使得几乎所有无线网络技术都有其发展的空间。 未来的异构网络 3.1水平切换和垂直切换 未来移动通信系统网络接入技术可分为两大类 广域覆盖 提供低带宽业务网络，如卫星移动通信系统和蜂窝移动通 信系统 局部重点覆盖 在局部小范围覆盖、供高速率业务的网络，只提供有限覆 盖和高带宽网络，如室内无线局域网和微蜂窝系统 3.1水平切换和垂直切换

3、3.1水平切换和垂直切换 移动通信网络重叠覆盖场景移动通信网络重叠覆盖场景 在同一地理区域内形成重叠覆盖的网络架构 位于底层的室内高带宽无线微蜂窝（皮蜂窝），覆盖相当小的区域 上层包括楼内热点覆盖的高带宽网络，覆盖较大的区域，提供的带宽与室内微 蜂窝几乎相同 最上层网络是广域覆盖的移动蜂窝网络和卫星网络，提供低得多的带宽，包括 WLAN、微蜂窝、宏蜂窝和卫星网络等多种无线接入技术，根据覆盖能力大小 形成相互重叠的异构无线网络场景，向用户提供性能最优连接的服务 3.1水平切换和垂直切换 水平切换水平切换 在同构的无线网络环境中的切换。 垂直切换垂直切换 在异构的无线网络环境中的切换。 切换 移动

4、终端在同种接入网络之间的切换叫做水平切换 移动终端在不同接入网络之间的切换叫做垂直切换 3.1水平切换和垂直切换 下一代移动通信系统中切换的概念 水平切换 采用同一技术的网络内部的切换 基于移动节点接收到的信号强度、新小区的有效资源来确定是否切换， 如果信号强度降低到预先设定的某一门限值时启动切换，从而改变接入 点，同时更新用户连接的路由 在网络控制切换或移动台辅助切换时，由网络确定切换；在移动台控制 切换时，移动节点自己测量信号强度，自己做出切换决策 在执行切换时，移动节点可先于目标基站建立连接之后再释放原有连接， 也可以先中断原有连接后再与新基站建立连接 3.1水平切换和垂直切换 被动切换

5、被动切换 主动切换主动切换 下行垂直切换下行垂直切换 上行垂直切换上行垂直切换 垂直切换垂直切换 下一代移动通信系统中切换的概念 水平切换 垂直切换 根据切换的触发条件 被动切换一般是由与不同接口有效性有关的物理事 件 触发 用户主动切换由用户策略和喜好决定 根据网络覆盖范围变化 下行垂直切换是指移动节点从覆盖范围大的小区切换 到覆盖范围小的小区 上行垂直切换是下行垂直切换相反的过程 垂直切换 切换是移动通信系统特有的、最重要的功能之一 水平切换和垂直切换来自重叠网络架构 多种无线接入并存，重叠覆盖网络的异构网络环境 为切换控制的设计提出了新的挑战 传统意义上的水平切换过程是在采用同一技术的

6、不同基站之间进行 垂直切换可能在分层结构的不同网络之间进行 3.1水平切换和垂直切换 垂直切换 异构网络间的垂直切换被认为是异构无线网络融合 研究的一个重点和难点 在异构网络环境中，传统水平切换控制策略无法体 现垂直切换的特点和需求，不能从根本上解决接入 网络间的垂直切换问题，需要针对垂直切换的特殊 性和复杂性展开深入系统的研究 3.1水平切换和垂直切换 垂直切换的步骤 切换触发事件判决 切换初始化 切换执行 关键在于切换触发事件发生后，根据判决策略来决定是否进行切换 异构网络中常用的切换触发事件 当前使用网络的信号强度明显下降 当前使用网络拥塞严重 新网络有更好的无线链路质量 用户提出额外的

7、业务需求，而现有网络无法提供 3.1水平切换和垂直切换 切换算法简析 简单加权法 层次分析法 灰色关联分析 模糊逻辑 基于策略的判决 3.1水平切换和垂直切换 简单加权法 SAW（Simply Additive Weighting） 最广泛使用的多属性决策方法 两种表现形式 加权和形式 加权积形式 3.1水平切换和垂直切换 设计高效的垂直切换算法，要始终保持连接到网络， 并且对正在进行的服务提供最好的资源。 对于垂直切换,接收信号强度RSS测量不是最优决策， 其他参数也必须被考虑，如服务类型、系统负载、网 络费用、移动终端的电池,移动终端速度和用户优先级 等,网络带宽,速度的移动终端(MT),

8、电池的条件,费用 成本和应用程序类型等。 3.1水平切换和垂直切换 一般来说，切换的网络代价函数的表现形式如下 其中， n表示候选目标网络的序号；p 表示在网络n中，当参 数为i ，执行业务为s时的代价；w 代表当参数为i，执行业务 为s时的权值，且 如果基于通信费用及带宽进行切换的判决，表现形式为： 最优的切换目标可以表示为： 切换代价函数 3.1水平切换和垂直切换 3GPP提出了WLAN/UMTS互连方案中 有 6种互操作场景 欧洲电信标准协会(ETSI)给出了两种异构网络 融合的构架： 紧耦合（tight coupling）结构 松耦合（loose coupling）结构 3.2 UMT

9、S和WLAN异构融合的体系构架 3GPP-WLAN Interworking Scenarios (Based on Table 3 of 3GPP TR 22.934) 场景: 服务和运营能力: 场景1: 共同记账和 客户支持 场景2: 基于3GPP 系统的接入 控制与计费 场景3: 接入3GPP 系统PS域 的服务 场景4: 服务连续 性 场景5: 无缝的服务 连续性 场景6: 接入3GPP系 统CS域的服 务 共同记账 XXXXXX 共同客户支持 XXXXXX 基于3GPP系统的接 入控制 XXXXX 基于3GPP系统的接 入计费 XXXXX 从3GPP系统PS域 接入WLAN服务 XX

10、XX 服务连续性 XXX 无缝的服务连续性 XX 移动时，无缝地接 入3GPP系统CS域 的服务 X 3GPP /WLAN 解决方案示例 (场景 II) BS BS R8 R6 ASN R3 ASN GW R1 CSN MIP HA HLR DHCP Policy Server IMS Core CSCF MGW SG W HSS Node-b MSC/VLR GMSC GGSN SGSN BG 3GPP Core PSTN WiMAX MS Internet Billing server 3GPP UE Node-b Co-site AAA WiMAX Authen Path WiMAX d

11、ata Path TD-SCDMA data Path RNC FA SS7/MAP AAA AAA relay 3GPP Rel. 4 紧耦合 3.2 UMTS和WLAN异构融合的体系构架 终端AAA服务器终端代理计费服务器 3G核心网 本地AAA服务器 分组数据服务节点 无线接入网网关 UMTS WLAN 紧耦合 WLAN可以直接连接到蜂窝网络核心网，可以作为3G核心网的 无线接入网之一。在这种情形下，数据通过WLAN之后还要再 次经过蜂窝网络的核心网才能被传输到外网中。 紧耦合的优点是可以重复多次利用UMTS的执行移动管理相关 的问题，如路由、切换、认证、计费等。而蜂窝网络的用户 数据库

12、也可以被WLAN所充分利用，从而针对需要进行垂直切 换的有限的用户个体获取到与该个体有关的大量决策所需信 息，以在该耦合条件下改善数据的传输延时。 紧耦合结构的不足之处在于UMTS的带宽及速率都远低于WLAN， 很容易造成数据在WLAN和UMTS之间相互传输时的带宽瓶颈， 且对于已有的不支持UMTS协议的WLAN终端而言，紧耦合结构 将无法使用。 3.2 UMTS和WLAN异构融合的体系构架 松耦合 3.2 UMTS和WLAN异构融合的体系构架 终端AAA服务器终端代理计费服务器 3G核心网 本地AAA服务器 分组数据服务节点 Internet 网关 无线接入网 WLAN UMTS 松耦合方式

13、对现有的WLAN用户而言所需添加的新功 能最少，从而非常实用。 松耦合方式的不足之处是需要为了集成WLAN和UMTS 而需要引入新型网络设备，从而增加了设备成本。 并且，为了进行必要的移动性管理，在WLAN网络中 必须要加入并实现移动IP协议，这也必将会增加其 在漫游时信令和延时的开销。 松耦合 3.2 UMTS和WLAN异构融合的体系构架 综上所述： 在紧耦合的结构下，WLAN的数据流在经过UMTS网络时 影响了网络吞吐量； 在松耦合结构下，WLAN虽然的数据流不经过UMTS网络， 但是通过IP骨干网传输，路由的控制管理则复杂得多。 因此，在运营商角度来看，当网络拥有大量外部WLAN 用户，

14、则比较适合采用松耦合结构；但若WLAN网络由 运营商行控制，则采用紧耦合结构可以有效降低运营 成本。 3.2 UMTS和WLAN异构融合的体系构架 3.3垂直切换评估的理论模型 在下一代（4G）网络模型中将会有两个主要的切 换方法：基于基础设施的方法和基于终端到终端 的方法。 基于基础设施的方法引入了新的节点，如特殊的 网络代理，移动IP（MIP）协议。 基于终端到终端的方法则使网络向终端机传输智 能化，如会话发起协议（SIP）。 3.3垂直切换评估的理论模型 在垂直切换的过程中主要有三个阶段， 切换的发起阶段 切换的判决阶段 切换的执行阶段 在设计评估模型时，假设WLAN覆盖区域和3G蜂窝网

15、络互相 重叠，使用MIP（移动 IP）位置管理机制。 该机制基于这样一个理念：特殊的WLAN网关可以集成两个 网络服务模块。该网关具备执行多任务的能力，包括MIP代 理，认证授权和计费（AAA）服务器，并能提供动态的防 火墙服务。此外，它还控制无线局域网中分类的QoS。 MT为多模终端，可以支持异构网络之间互相通信。但是， 由于MIP只能提供一个信道，因此MT在同一时间内被限制 为连接到一个网络。此外，在多模终端上需要多接口移动 客户端软件的支持。该终端软件将对可接入的接口进行定 期扫描，以监测网络的RSS质量，然后垂直切换算法智能的 选择最佳网络，并完善MIP和链路层连接协议。 3.3垂直切

16、换评估的理论模型 系统模型系统模型 3.3垂直切换评估的理论模型 性能评估分析性能评估分析 为了分析垂直切换算法的性能，考虑带有阴影衰 落的对数-线性路径损耗信道传输模型。 RSS 可用 基于MT和接入点间距离的函数表示 其中， 为基站的发射功率，L恒定的信号功率损 耗，n是路径损耗系数， 为零均值高斯随机变 量的阴影衰落函数。 3.3垂直切换评估的理论模型 性能评估分析性能评估分析 由于每隔时间T对WLAN的网络信号进行采样， 因此RSS信号函数的离散形式为： 其中，k表示采样时间： dk是表示在k时刻WLAN AP和MT的之间的距离； 3.3垂直切换评估的理论模型 性能评估分析性能评估分析

17、 由于MT和AP之间的距离是影响RSS的唯一 参数，因此，基本的移动模型就可以有效的 分析出该垂直算法的性能。 由于切换时间非常短甚至可以忽略，因此可 以认定这段时间内MT的速度不变。因此，可 以认为切换时移动终端以恒定速度V m/s靠 近或者离开接入点AP。 3.3垂直切换评估的理论模型 性能评估分析性能评估分析 移动台处于位置x时接收到的WLAN的平均 接收信号强度服从正态分布 在HDF中引入一个切换定时器，通过计算累 计信号强度与能量门限Q的比较，以此为判 决准则。 j为在一个计时周期内接收到的信号强度大 于门限RSS的次数。 3.3垂直切换评估的理论模型 切换判决准则切换判决准则 在UMTS 和WLAN重叠覆盖的区域中，当移 动终端MS发生垂直切换时，（移入或者移出 WLAN），MS处于两种工作状态，可将其模 型化为两状态的马尔科夫链。 相关的概率定义如下： ：MT在t时刻与WLAN相连接的概率 ：MT在t时刻与3G网络相连接的概率 ：在t-0时刻与WLAN连接，并且在 k时刻连接至蜂窝网络上的概率 3.3垂直切换评估的理论模型 切换判决准则切换判决准则 相关的概率定义如下： ：MT在t时刻与WLAN相连接的概率 ：MT在t时刻与3G网络相连接的概率 ：在t-0时刻与WLAN连接，并且在k 时