专利名称：无线混合网络中接入控制方法
技术领域：
本发明涉及一种通信技术领域的方法，具体是一种无线混合网络中接入控制方法。
背景技术：
由于无线网络有其独特的吸引力，无线网络的用户数量也在不断增长。因此，对于无线网络的容量的需求也在随之在迅速增长。与此同时，无线网络用户对服务的需求也在进一步上升。可以推测，在不久的将来，3G网络的容量也将达到饱和。同时，用户对于网络的服务需求将会更高。以后用户可能需要更高质量的服务，例如高分辨率的移动电影，高清电视直播等等。于是，如何开发出功能更加强大的4G无线通信网络便成为了当前研究的热点。4G网络的一个重要特征就是可以将多种网络融合在一起，实现资源的合理分配。这些不同的网络往往工作在不同的频段，互不干扰。因此，可以考虑将某一拥塞网络的流量分流到另外的网络中去，使得混合网络的资源得以动态的优化，不同网络的资源形成互补。
经对现有技术文献的检索发现，W.SONG Y C，ZHUANG W.在《Proc.IEEE ICC’06，vol.12，，June 2006，pp.5480-5485.》(电气电子工程师协会06年国际通信大会论文集，2006年6月出版，第12卷，第5480-5485页)中发表文章“Calladmission control for integrated voice/data services in cellular/WLANinterworking”(在蜂窝或无线局域网中语音与数据服务的接入控制)，提出了“无线局域网络最先”方案，在该方案中，任何进入双覆盖区域的业务都首先请求使用无线局域网络，如果请求被拒绝，则停留在原来的蜂窝网络中。但是该方案涉及到二阶马尔科夫链计算，计算量以及复杂度巨大。另外，该方案并未根据不同的服务类型定义不同的接入控制方案，将不同的业务同等对待，不利于合理的分配资源。
然而，对于上述的研究，并未合理的建立移动用户的运动模型。以上研究是假设用户在不同的网络区域的停留时间服从指数分布或者超指数分布。但实际上这个假设并不一定符合实际。在上述的研究工作中，都是基于这样一个假设对于双覆盖区域之内的业务，能够选择是接入无线局域网络还是蜂窝网络，但是对于单覆盖区域之内的业务，只能选择是接入蜂窝网络。然而，所有的研究都未能考虑到利用中继的可能性。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种无线混合网络中接入控制方法，利用双覆盖区域中的节点作为中继节点，使得在单覆盖区域也能够通过中继服务接入无线局域网络，这样，对于单覆盖区域之内的业务，也能选择是接入直接蜂窝网络还是通过中继接入无线局域网络。
本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括如下步骤 步骤一，新语音或新数据业务由用户自由选择进入网络，在双覆盖区域中，用户选择接入无线局域网络或选择接入蜂窝网络；在单覆盖区域中，用户选择直接接入蜂窝网络，或选择通过与双覆盖区域之内的节点进行中继通信，利用中继节点接入无线局域网络； 步骤二，当步骤一选择进入一定的网络之后，网络根据自身的容量判断是否允许接入该新业务，当网络中未达到容量的上限，允许新业务接入，否则该拒绝接入，即被通话阻塞，并根据步骤一中用户进入网络的选择分别获得阻塞率或掉话率，阻塞率是指当一个业务请求接入混合网络时无法接入的情况，掉话率是指进行中的通话中断的概率； 步骤三，当用户从一个区域移动到另外一个区域的时候，会发生不同网络之间的切换，对于切换的业务的接入控制包括如下三种情况 ①当一个业务从双覆盖区域移向单覆盖区域的时候，如果其一开始接入的是蜂窝网络，在其进入双覆盖区域的时候，其将仍然停留在原来的蜂窝网络之中，占用原来的频带；如果其一开始接入的是无线局域网络，在其进入双覆盖区域的时候，将利用中继停留在原来的无线局域网络中，占用原来的带宽； ②当一个业务从单覆盖区域移向双覆盖区域的时候，如果该业务一开始是利用的中继节点接入到无线局域网络中的，则在其进入无线局域网络之后，将依旧接入无线局域网络不变，占用原来的带宽；如果其最初是接入蜂窝网络中的，在其进入双覆盖区域之后，将会首先请求接入无线局域网络中，如果请求被拒绝，其将停留在原先的蜂窝网络中； ③当一个业务从一个蜂窝单元移动到另外一个蜂窝单元的时候，无论其一开始是接入的何种网络，在进入新的蜂窝单元之后，其都首先请求通过中继节点接入双覆盖区域中的无线局域网络；如果其请求被拒绝，该业务则继续请求接入蜂窝网络。
所述双覆盖区域，其中的用户存在三类信道接入蜂窝网络的信道、接入无线局域网络的信道、与单覆盖区中的业务通信的中继信道，假设这三类信道之间是相互独立不相干扰的。
所述单覆盖区域，其中的用户有两类信道接入蜂窝网络的信道以及与中继通信的信道，假设这两个信道可以独立的进行通信不存在彼此的干扰，而且这两套信道的通信可以同时进行。
所述用户进入网络的选择分别获得阻塞率或掉话率，具体如下 双覆盖区域中新语音业务被阻塞的概率为新数据业务被阻塞的概率为其中，θvw表示语音业务选择介入无线局域网络的概率，θdw表示数据业务选择接入无线局域网络的概率，θvc表示语音业务选择接入蜂窝网络的概率，θdc表示数据业务选择接入蜂窝网络的概率， 单覆盖区域中新语音业务被阻塞的概率为新数据业务被阻塞的概率为其中，vvw表示语音业务选择接入无线局域网络的概率，vdw表示数据业务选择接入无线局域网络的概率，vvc表示语音业务选择接入蜂窝网络的概率，vdc表示数据业务选择接入蜂窝网络的概率， 上述两种情况中，Bdw表示新数据业务在无线局与网络中被阻塞的概率，Bvw表示新语音业务在无线局域网络中被阻塞的概率，Bdc表示新数据业务在蜂窝网络中被阻塞的概率，Bvc表示新语音业务蜂窝网络中被阻塞的概率。
所述当一个业务从一个蜂窝单元移动到另外一个蜂窝单元的时候，整个蜂窝网络中的业务都只经过一次中继请求接入到无线局域网络之中，也就是每个业务只通过一跳的协作接入双覆盖区域，有且仅有一跳，称为“一跳协作”。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果 在传统的接入控制方案中，由于不考虑用户之间的协作，在单覆盖网络中的用户只能接入无线蜂窝网络，本发明考虑基于中继的接入控制方案，在单覆盖区域中的语音和数据业务能够通过节点之间的相互通信，寻找到双覆盖区域中的节点作为中继节点，从而接入无线局域网络，这样实际上增加了无线局域网络的覆盖范围，为提高混合网络的性能提供了可能。
图1本发明的实施例无限局域网络/蜂窝网络的结构示意图。
图2本发明实施例一中无线局域网络中语音业务曲线示意图； 其中(a)为本发明实施例一中无线局域网络中语音业务的阻塞率，(b)为本发明实施例一中无线局域网络中语音业务的掉话率。
图3是本发明实施例一中蜂窝网络中语音业务的阻塞率。
图4是本发明实施例一中单覆盖区域中语音业务的掉话率。
图5本发明实施例二中无线局域网络中数据业务曲线示意图； 其中(a)是本发明实施例二中无线局域网络中数据业务的阻塞率，(b)是本发明实施例二中蜂窝网络中数据业务的阻塞率。
图6本发明实施例二中单覆盖区域中数据业务曲线示意图； 其中(a)为本发明实施例二中单覆盖区域中数据业务的阻塞率，(b)是本发明实施例二中双覆盖区域中数据业务的阻塞率。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，为本实施例所处的无限局域网络/蜂窝网络区域，其中，部分区域为蜂窝网络的单覆盖区域，部分为蜂窝网络和无线局域网络的双覆盖区域，业务会在网络之间移动从而切换网络，包括如下三种①业务从双覆盖区域移向单覆盖区域；②业务从单覆盖区域移向双覆盖区域；③业务从一个蜂窝单元移动到另外一个蜂窝单元。
本实施例的仿真环境参数设置如表1所示 表1仿真所用参数
在仿真时，假设所有信道均为理想信道，故不存在误包。由于本仿真目的在于考察相对于不利用中继的情况，利用中继的接入控制协议的表现，因此在仿真时，为了简化观察，不涉及网络容量的分配。为了不失代表性，选取、、、、、其中Nvw表示在无线局域网络中语音业务的容量，Ndw表示在无线局域网络中数据业务的容量，Gvw表示语音业务在无线局域网络中的预留带宽，Gdw表示数据业务在无线局域网络中的预留带宽，Nvc表示在蜂窝网络中语音业务的容量，Ndc表示在蜂窝网络中数据业务的容量。
另外，根据仿真观察，对于语音业务的服务以及数据业务的服务而言，服务时间上存在很大的区别。对于语音业务而言，持续时间平均持续数分钟，而对于数据业务而言，如果数据业务接入无线局域网络中，其持续时间平均不过数秒，这是由于无局域网络能够提供很高优秀的数据吞吐率。而倘若数据业务接入蜂窝网络，其平均持续时间相对于语音业务而言也是很小的。故此处假设对于数据业务而言，其服务均是在其所接入的区域中完成的，故不存在切换只存在阻塞。另外，为了简化分析过程，对于用户在双覆盖区域以及单覆盖区域的停留时间，在此处不采用复杂的位相分布形式，而仅采取超指数分布与指数分布的形式，对于数据业务而言，也仅考虑超指数分布的情况以便方便的考察服务质量。另外，对于用户的移动模型，为了简化分析过程，这里忽略两次以上的切换，即忽略一次切换之后的网络切换。
实施例1 本实施例是关于语音业务接入网络的控制方法，包括如下步骤 步骤一、新语音到来时，由用户自由选择进入网络，在双覆盖区域中，用户选择接入无线局域网络或选择接入蜂窝网络，语音业务的接入无限局域网络的概率依次为 步骤二、当步骤一选择进入一定的网络之后，网络根据自身的容量判断是否允许接入该新业务，当网络中未达到容量的上限，允许新业务接入，否则该拒绝接入，并根据步骤一中用户进入网络的选择分别获得阻塞率或掉话率； 对于局域网络中的语音业务而言，当一个新语音业务试图请求接入其中时，阻塞的概率Bvw，以及试图切换入其中的语音业务的掉话概率Dvw，πvw(i)表示无线局域网中语音业务量的稳态概率； 如图2所示，图2(a)为无线局域网络中语音业务的阻塞率，图2(b)为无线局域网络中语音业务的掉话率；由图可见，由于中继业务的使用，使得更多的语音业务通过中继业务接入无线局域网络中，故无线局域网络中的掉话率与阻塞率增加，由图2还可以观察到，当双覆盖区域接入或者单覆盖区域中通过中继接入到无线局域网络的概率的语音业务增加时，阻塞或者掉话率都会增加，这是由于更多的业务量意味着更加拥塞的网络环境。
步骤三、当用户从一个区域移动到另外一个区域的时候，可能会发生不同网络之间的切换，对于切换的业务的接入控制问题，包括如下两种情况 ①从双覆盖区域到单覆盖区域的切换，如果其一开始接入的是蜂窝网络，在其进入单覆盖区域的时候，其将仍然停留在原来的蜂窝网络之中，占用原来的频带；如果其一开始接入的是无线局域网络，在其进入单覆盖区域的时候，将利用中继停留在原来的无线局域网络中，占用原来的带宽； 如图3所示，由于无线局域网络的分流作用，蜂窝网络的拥塞有降低。这是由于单覆盖区域中的语音业务能够通过中继接入无线局域网络，因此缓解了蜂窝网络的阻塞。
②当一个业务从单覆盖区域移向双覆盖区域的时候，如果该业务一开始是利用的中继节点接入到无线局域网络中的，则在其进入双覆盖区域之后，将依旧接入无线局域网络不变，占用原来的带宽；如果其最初是接入蜂窝网络中的，在其进入双覆盖区域之后，将会首先请求接入无线局域网络中，如果请求被拒绝，其将停留在原先的蜂窝网络中； 如图4所示，为单覆盖区域中语音业务的掉话率，对于单覆盖区域中的语音业务，当其使用中继的概率比较小的时候，其掉话率比较低，这是由于这时大部分业务将接入蜂窝网络，相对而言无线局域网络拥塞程度低，随着使用中继的概率的增加，无线局域网络逐渐拥塞，而此时蜂窝网络的拥塞虽然有所缓解，虽然尚未能弥补无线局域网络拥塞的增加。在业务使用中继接入无线局域网络的概率接近于1的时候，这时虽然无线局域网络存在拥塞，但蜂窝网络的不再拥塞，因此，掉话率降低，所以图4中显现出一条凸曲线。
实施例2 本实施例是关于数据业务接入网络的控制方法，包括如下步骤 步骤一、新数据业务由用户自由选择进入网络，在双覆盖区域中，用户选择接入无线局域网络或选择接入蜂窝网络，新数据业务的接入无限局域网络的概率依次为 步骤二、当步骤一选择进入一定的网络之后，网络根据自身的容量判断是否允许接入该新业务，当网络中未达到容量的上限，允许新业务接入，否则该拒绝接入，即被通话阻塞，并根据步骤一中用户进入网络的选择分别获得阻塞率或掉话率； 当一个新数据业务试图请求接入其中时，无线局域网中数据业务的阻塞率为掉话率为πdw(i)表示无线局域网中数据业务量的稳态概率。
如图5所示，表示数据业务的阻塞率，图5(a)表示随着双覆盖区域中数据业务接入无线局域网络中的概率的增加，无线局域网络的阻塞率也会相应的上升，同时，随着从单覆盖区域接入的中继业务的增加，无线局域网络的拥塞率也会提升，因此阻塞率也随之上升；图5(b)表示蜂窝网络中数据业务的阻塞率，当使用中继的接入控制协议比不使用中继的协议具有更低的数据业务的阻塞率。由图中可见，随着双覆盖网络中的越来越多的数据业务被分流到无线局域网络中，蜂窝网络中数据业务的阻塞率随之下降。同时，随着越来越多的单覆盖网络中的业务通过中继被接入到无线局域网络中，阻塞率也随之下降。
步骤三、用户从单覆盖区域到双覆盖区域的切换，如果该业务一开始是利用的中继节点接入到无线局域网络中的，则在其进入无线局域网络之后，将依旧接入无线局域网络不变，占用原来的带宽；如果其最初是接入蜂窝网络中的，在其进入双覆盖区域之后，将会首先请求接入无线局域网络中，如果请求被拒绝，其将停留在原先的蜂窝网络中； 如图6(a)所示，为单覆盖区域中数据业务的掉话率，可以从图中看到，随着数据业务以更大比例利用中继接入无线局域网络，数据业务的掉话率也随之不断降低。这是由于无线局域网络对于数据业务能够提供很好的性能，尽管越来越多的数据业务接入无线局域网络，但是不足以像语音业务那样迅速达到饱和。如图6(b)所示，对于双覆盖区域中数据业务的掉话率，随着数据业务以更大比例利用接入无线局域网络，数据业务的掉话率也随之不断降低。这同样是由于无线局域网络对于数据业务能够提供很好的性能，尽管θvw已经接近与1，尚未足以使得无线局域网络达到饱和。
权利要求
1、一种无线混合网络中接入控制方法，其特征在于，包括如下步骤
步骤一，新语音或新数据业务由用户自由选择进入网络，在双覆盖区域中，用户选择接入无线局域网络或选择接入蜂窝网络；在单覆盖区域中，用户选择直接接入蜂窝网络，或选择通过与双覆盖区域之内的节点进行中继通信，利用中继节点接入无线局域网络；
步骤二，当步骤一选择进入一定的网络之后，网络根据自身的容量判断是否允许接入该新业务，当网络中未达到容量的上限，允许新业务接入，否则该拒绝接入，即被通话阻塞，并根据步骤一中用户进入网络的选择获得阻塞率或掉话率，阻塞率是指当一个业务请求接入混合网络时无法接入的情况，掉话率是指进行中的通话中断的概率；
步骤三，当用户从一个区域移动到另外一个区域的时候，会发生网络之间的切换，对于切换的业务的接入控制包括如下三种情况
①当一个业务从双覆盖区域移向单覆盖区域的时候，如果其一开始接入的是蜂窝网络，在其进入双覆盖区域的时候，其将仍然停留在原来的蜂窝网络之中，占用原来的频带；如果其一开始接入的是无线局域网络，在其进入双覆盖区域的时候，将利用中继停留在原来的无线局域网络中，占用原来的带宽；
②当一个业务从单覆盖区域移向双覆盖区域的时候，如果该业务一开始是利用的中继节点接入到无线局域网络中的，则在其进入双覆盖区域之后，将依旧接入无线局域网络不变，占用原来的带宽；如果其最初是接入蜂窝网络中的，在其进入双覆盖区域之后，将会首先请求接入无线局域网络中，如果请求被拒绝，其将停留在原先的蜂窝网络中；
③当一个业务从一个蜂窝单元移动到另外一个蜂窝单元的时候，无论其一开始是接入的何种网络，在进入新的蜂窝单元之后，其都首先请求通过中继节点接入双覆盖区域中的无线局域网络；如果其请求被拒绝，该业务则继续请求接入蜂窝网络。
2、根据权利要求1所述的无线混合网络中接入控制方法，其特征是，所述双覆盖区域，其中的用户存在三类信道接入蜂窝网络的信道、接入无线局域网络的信道、与单覆盖区中的业务通信的中继信道，这三类信道之间是相互独立不相干扰的。
3、根据权利要求1所述的无线混合网络中接入控制方法，其特征是，所述单覆盖区域，其中的用户有两类信道接入蜂窝网络的信道以及与中继通信的信道，这两个信道独立的进行通信不存在彼此的干扰，而且这两套信道的通信同时进行。
4、根据权利要求1所述的无线混合网络中接入控制方法，其特征是，所述根据用户进入网络的选择分别获得阻塞率或掉话率，具体如下
双覆盖区域中新语音业务被阻塞的概率为新数据业务被阻塞的概率为其中，θvw表示语音业务选择介入无线局域网络的概率，θdw表示数据业务选择接入无线局域网络的概率，θvc表示语音业务选择接入蜂窝网络的概率，θdc表示数据业务选择接入蜂窝网络的概率，
单覆盖区域中新语音业务被阻塞的概率为新数据业务被阻塞的概率为其中，vvw表示语音业务选择接入无线局域网络的概率，vdw表示数据业务选择接入无线局域网络的概率，vvc表示语音业务选择接入蜂窝网络的概率，vdc表示数据业务选择接入蜂窝网络的概率，
上述两种情况中，Bdw表示新数据业务在无线局与网络中被阻塞的概率，Bvw表示新语音业务在无线局域网络中被阻塞的概率，Bdc表示新数据业务在蜂窝网络中被阻塞的概率，Bvc表示新语音业务蜂窝网络中被阻塞的概率。
5、根据权利要求1所述的无线混合网络中接入控制方法，其特征是，所述当一个业务从一个蜂窝单元移动到另外一个蜂窝单元的时候，整个蜂窝网络中的业务都只经过一次中继请求接入到无线局域网络之中，即每个业务只通过一跳的协作接入双覆盖区域，有且仅有一跳。
全文摘要
一种通信技术领域的无线混合网络中接入控制方法，本发明中，步骤一，新语音或新数据业务由用户自由选择进入网络，在双覆盖区域中，用户选择接入无线局域网络或选择接入蜂窝网络；在单覆盖区域中，用户选择直接接入蜂窝网络，或选择通过与双覆盖区域之内的节点进行中继通信，利用中继节点接入无线局域网络；步骤二，当进入网络之后，网络根据自身的容量判断是否允许接入该新业务，当网络中未达到容量的上限，允许新业务接入，否则该拒绝接入；步骤二，用户移动过程中网络会发生切换，并考虑将蜂窝网络与无线局域网络融合起来共同分担混合网络中的业务流量。本发明增加无线局域网络的覆盖范围，提高了混合网络的性能。
文档编号H04B7/26GK101345999SQ200810042490
公开日2009年1月14日 申请日期2008年9月4日 优先权日2008年9月4日
发明者王新兵, 欧阳文卓, 力 朱, 徐友云 申请人:上海交通大学