專利名稱：基于認知的接入網絡選擇方法
技術領域：
本發明屬于移動通信技術領域，涉及一種基于認知的接入網絡選擇方法，適用于蜂窩網絡和無線局域網WLAN融合的異構網絡環境中。
背景技術：
隨著無線通信技術的高速發展，各種新的無線接入技術層出不窮，未來網絡將是一個融合多種無線接入技術的復雜網絡。

圖1中給出了一個以蜂窩網絡和WLAN網絡為代表的異構無線網絡融合場景。蜂窩網絡覆蓋范圍廣，能為用戶提供良好的移動性支持，但受限于寶貴的頻譜資源，網絡吞吐量較小，無法有效滿足用戶高速數據業務需求，且擴容成本較高。WLAN網絡覆蓋范圍小，對用戶的移動性支持較差，但網絡吞吐量較大，能很好地解決在小覆蓋范圍內大量集中的業務需求，且建設成本較低。可見，蜂窩網絡和WLAN網絡具有較好互補性，兩者結合能有效提高網絡的業務承載能力，蜂窩網絡和WLAN網絡融合組網將會是下一代移動通信發展的一種網絡結構形態。在蜂窩網絡和WLAN網絡融合環境中，蜂窩網絡通常為全網絡覆蓋，我們稱蜂窩網絡單一覆蓋區域為蜂窩小區，蜂窩網絡和WLAN網絡重疊覆蓋區域為WLAN小區。在重疊覆蓋區域中，如何為用戶選擇一個合適網絡并為其提供服務是亟需解決的一個關鍵問題。若用戶都選擇接入蜂窩網絡，將造成蜂窩網絡負荷過重，新業務阻塞概率較高；若用戶都選擇接入WLAN網絡，由于用戶的移動性，會造成蜂窩網絡和WLAN網絡之間的網間切換較頻繁。 因此，一個合理的接入網絡選擇方法顯得尤為重要。現有方法中，考慮到WLAN網絡具有成本較低、容量較大等特點，通常采用WLAN網絡優先的接入網絡選擇方法。在WLAN網絡優先接入網絡選擇方法中，WLAN網絡作為蜂窩網絡的有效補充，為蜂窩網絡分擔負荷，但該方法并沒有考慮WLAN網絡中用戶的移動性， 當部分移動性較強的用戶接入WLAN網絡后，會頻繁地切換到蜂窩網絡，既增加了網絡切換帶來的信令開銷，又降低了正在接受服務用戶的滿意度；同時該接入網絡選擇方法并沒有實時地考慮蜂窩網絡和WLAN網絡當前的負載情況，會出現WLAN網絡負荷較重、蜂窩網絡負荷較輕，而WLAN網絡中有新接入業務請求時，按照該方法會仍然選擇WLAN網絡接入，造成網絡資源利用不合理的結果。

發明內容
本發明的目的在于避免上述已有技術的不足，提供一種基于認知的接入網絡選擇方法，該方法綜合考慮蜂窩網絡和WLAN網絡的負載情況以及WLAN小區中用戶的整體移動性分布信息，以有效減少網絡間切換的次數，降低網絡切換帶來的信令開銷，提高用戶的滿意度；同時將WLAN小區中新請求接入的業務合理的分配到兩個網絡中，使網絡資源利用更加充分。實現本發明目的的技術思路是蜂窩網絡周期地預測下一時間段內蜂窩小區和 WLAN小區中請求接入的用戶數，以及WLAN小區中用戶的整體移動性分布情況，以最優網絡性能為目標，計算出最優的接入判決門限；當WLAN小區中有新業務請求時，蜂窩網絡依據該判決門限值執行用戶接入網絡選擇決策，具體步驟包括如下(1)將蜂窩網絡和WLAN網絡的時間軸等分為長度為T的時間段，當蜂窩小區或 WLAN小區中有新呼叫請求時，蜂窩網絡記錄每段時間內用戶請求接入的起始時刻^，并在用戶呼叫結束時，記錄其截止時刻；若請求接入的用戶處于WLAN小區，WLAN網絡感知用戶當前的移動速率、方向和距離無線局域網接入點AP的距離，根據感知得到的信息計算用戶在接受服務過程中移出WLAN小區的概率Z^i，并提交給蜂窩網絡記錄；(2)當蜂窩網絡和WLAN網絡的時間到達每個時間段的截止時刻時，執行步驟(3)， 否則轉步驟(5)；(3)假設當前為第k個時間段截止時刻，蜂窩網絡根據步驟⑴記錄得到的信息， 統計當前時間段蜂窩小區中請求接入的用戶數<和WLAN小區中請求接入的用戶數<，以及用戶的平均服務時間Ts;并預測下一時間段內蜂窩小區中請求接入的用戶數氣和WLAN小區中請求接入的用戶數<，以及WLAN小區中用戶移出概率的概率密度函數 ·(τ)，τ e
；(4)蜂窩網絡根據步驟(3)預測得到的下一時間段內蜂窩小區中請求接入的用戶數疋和WLAN小區中請求接入的用戶數<，以及WLAN小區中用戶移出概率的概率密度函數 f ( τ )，計算最優的接入網絡選擇判決門限值、th
權利要求
1. 一種基于認知的接入網絡選擇方法，包含以下步驟(1)將蜂窩網絡和WLAN網絡的時間軸等分為長度為T的時間段，當蜂窩小區或WLAN小區中有新呼叫請求時，蜂窩網絡記錄每段時間內用戶請求接入的起始時刻，并在用戶呼叫結束時，記錄其截止時刻f-；若請求接入的用戶處于WLAN小區，WLAN網絡感知用戶當前的移動速率、方向和距離無線局域網接入點AP的距離，根據感知得到的信息計算用戶在接受服務過程中移出WLAN小區的概率P1out，并提交給蜂窩網絡記錄；(2)當蜂窩網絡和WLAN網絡的時間到達每個時間段的截止時刻時，執行步驟(3)，否則轉步驟(5)；(3)假設當前為第k個時間段截止時刻，蜂窩網絡根據步驟(1)記錄得到的信息，統計當前時間段蜂窩小區中請求接入的用戶數 <和WLAN小區中請求接入的用戶數ΧΓ，以及用戶的平均服務時間Ts ；并預測下一時間段內蜂窩小區中請求接入的用戶數氣和WLAN小區中請求接入的用戶數九，以及WLAN小區中用戶移出概率的概率密度函數 ·(τ)，τ e
；(4)蜂窩網絡根據步驟C3)預測得到的下一時間段內蜂窩小區中請求接入的用戶數氣和WLAN小區中請求接入的用戶數 <，以及WLAN小區中用戶移出概率的概率密度函數 f ( τ )，計算最優的接入網絡選擇判決門限值、th Y th = arg min [Pb ( Y )],Pb(Y)表示全網絡中新呼叫請求的阻塞概率，由下式算出
2.根據權利要求1所述的基于認知的接入網絡選擇方法，其中步驟(1)所述的根據所感知的信息計算用戶在接受服務過程中移出WLAN小區的概率piout，其計算公式如下
3.根據權利要求1所述的基于認知的接入網絡選擇方法，其中步驟(3)所述的統計用戶平均服務時間Ts，可由下式計算出
4.根據權利要求1所述的基于認知的接入網絡選擇方法，其中所述步驟(3)中預測下一時間段內蜂窩小區中請求接入的用戶數n~c，按如下步驟進行3a)建立指數平滑預測方程
5.根據權利要求1所述的基于認知的接入網絡選擇方法，其中所述步驟(3)中預測下一時間段內WLAN小區中請求接入的用戶數 n~w，按如下步驟進行3c)建立指數平滑預測方程
6.根據權利要求1所述的基于認知的接入網絡選擇方法，其中所述步驟(3)中使用非參數概率密度估計中常用的直方圖法，對WLAN小區中用戶整體移動性分布，即的概率密度函數f( τ )進行估計，按如下步驟進行3e)將的取值區間
等分為L個小區間，L= 100，區間表示為Dj= [(j-1) -h, j · h], j = 1,2,…，L，即每個區間寬度為h= 1/L，記kj為每段時間內WLAN小區中請求接入用戶的移出概率處于區間的用戶數，每段時間開始時刻設置、初始值為零，當WLAN 小區中有新呼叫請求時，計算該用戶移出概率P:t，若處于區間~則、=kj+Ι ；3f)每段時間截止時刻，統計各區間的用戶數、，估計得到WLAN小區中用戶移出概率尸^的概率密度函數 ·(τ)為
全文摘要
本發明公開了一種基于認知的接入網絡選擇方法，主要解決現有方法沒有綜合考慮無線局域網中用戶的移動性和網絡當前負載情況而易造成網間切換頻繁，網絡資源利用不合理的問題。其實現過程為蜂窩網絡周期地預測蜂窩小區和WLAN小區中請求接入的用戶數，以及WLAN小區中用戶的整體移動性分布情況，以最優網絡性能為目標，計算出最優的接入判決門限；當WLAN小區中有新業務請求時，蜂窩網比較用戶移出概率與接入網絡選擇判決門限值，并根據比較結果通知用戶選擇相應的網絡接入。本發明能適應網絡環境的變化，降低了蜂窩網絡和WLAN網絡之間的網間切換次數，并提高了提高網絡的吞吐量。
文檔編號H04W48/06GK102448143SQ201210006759
公開日2012年5月9日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者孟蕓, 張鵬, 李建東, 李紅艷, 楊春剛, 趙林靖, 馬英紅 申請人:西安電子科技大學