专利名称：基于认知的接入网络选择方法
技术领域：
本发明属于移动通信技术领域，涉及一种基于认知的接入网络选择方法，适用于蜂窝网络和无线局域网WLAN融合的异构网络环境中。
背景技术：
随着无线通信技术的高速发展，各种新的无线接入技术层出不穷，未来网络将是一个融合多种无线接入技术的复杂网络。
图1中给出了一个以蜂窝网络和WLAN网络为代表的异构无线网络融合场景。蜂窝网络覆盖范围广，能为用户提供良好的移动性支持，但受限于宝贵的频谱资源，网络吞吐量较小，无法有效满足用户高速数据业务需求，且扩容成本较高。WLAN网络覆盖范围小，对用户的移动性支持较差，但网络吞吐量较大，能很好地解决在小覆盖范围内大量集中的业务需求，且建设成本较低。可见，蜂窝网络和WLAN网络具有较好互补性，两者结合能有效提高网络的业务承载能力，蜂窝网络和WLAN网络融合组网将会是下一代移动通信发展的一种网络结构形态。在蜂窝网络和WLAN网络融合环境中，蜂窝网络通常为全网络覆盖，我们称蜂窝网络单一覆盖区域为蜂窝小区，蜂窝网络和WLAN网络重叠覆盖区域为WLAN小区。在重叠覆盖区域中，如何为用户选择一个合适网络并为其提供服务是亟需解决的一个关键问题。若用户都选择接入蜂窝网络，将造成蜂窝网络负荷过重，新业务阻塞概率较高；若用户都选择接入WLAN网络，由于用户的移动性，会造成蜂窝网络和WLAN网络之间的网间切换较频繁。 因此，一个合理的接入网络选择方法显得尤为重要。现有方法中，考虑到WLAN网络具有成本较低、容量较大等特点，通常采用WLAN网络优先的接入网络选择方法。在WLAN网络优先接入网络选择方法中，WLAN网络作为蜂窝网络的有效补充，为蜂窝网络分担负荷，但该方法并没有考虑WLAN网络中用户的移动性， 当部分移动性较强的用户接入WLAN网络后，会频繁地切换到蜂窝网络，既增加了网络切换带来的信令开销，又降低了正在接受服务用户的满意度；同时该接入网络选择方法并没有实时地考虑蜂窝网络和WLAN网络当前的负载情况，会出现WLAN网络负荷较重、蜂窝网络负荷较轻，而WLAN网络中有新接入业务请求时，按照该方法会仍然选择WLAN网络接入，造成网络资源利用不合理的结果。
发明内容
本发明的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种基于认知的接入网络选择方法，该方法综合考虑蜂窝网络和WLAN网络的负载情况以及WLAN小区中用户的整体移动性分布信息，以有效减少网络间切换的次数，降低网络切换带来的信令开销，提高用户的满意度；同时将WLAN小区中新请求接入的业务合理的分配到两个网络中，使网络资源利用更加充分。实现本发明目的的技术思路是蜂窝网络周期地预测下一时间段内蜂窝小区和 WLAN小区中请求接入的用户数，以及WLAN小区中用户的整体移动性分布情况，以最优网络性能为目标，计算出最优的接入判决门限；当WLAN小区中有新业务请求时，蜂窝网络依据该判决门限值执行用户接入网络选择决策，具体步骤包括如下(1)将蜂窝网络和WLAN网络的时间轴等分为长度为T的时间段，当蜂窝小区或 WLAN小区中有新呼叫请求时，蜂窝网络记录每段时间内用户请求接入的起始时刻^，并在用户呼叫结束时，记录其截止时刻；若请求接入的用户处于WLAN小区，WLAN网络感知用户当前的移动速率、方向和距离无线局域网接入点AP的距离，根据感知得到的信息计算用户在接受服务过程中移出WLAN小区的概率Z^i，并提交给蜂窝网络记录；(2)当蜂窝网络和WLAN网络的时间到达每个时间段的截止时刻时，执行步骤(3)， 否则转步骤(5)；(3)假设当前为第k个时间段截止时刻，蜂窝网络根据步骤⑴记录得到的信息， 统计当前时间段蜂窝小区中请求接入的用户数<和WLAN小区中请求接入的用户数<，以及用户的平均服务时间Ts;并预测下一时间段内蜂窝小区中请求接入的用户数气和WLAN小区中请求接入的用户数<，以及WLAN小区中用户移出概率的概率密度函数 ·(τ)，τ e
；(4)蜂窝网络根据步骤(3)预测得到的下一时间段内蜂窝小区中请求接入的用户数疋和WLAN小区中请求接入的用户数<，以及WLAN小区中用户移出概率的概率密度函数 f ( τ )，计算最优的接入网络选择判决门限值、th
权利要求
1. 一种基于认知的接入网络选择方法，包含以下步骤(1)将蜂窝网络和WLAN网络的时间轴等分为长度为T的时间段，当蜂窝小区或WLAN小区中有新呼叫请求时，蜂窝网络记录每段时间内用户请求接入的起始时刻，并在用户呼叫结束时，记录其截止时刻f-；若请求接入的用户处于WLAN小区，WLAN网络感知用户当前的移动速率、方向和距离无线局域网接入点AP的距离，根据感知得到的信息计算用户在接受服务过程中移出WLAN小区的概率P1out，并提交给蜂窝网络记录；(2)当蜂窝网络和WLAN网络的时间到达每个时间段的截止时刻时，执行步骤(3)，否则转步骤(5)；(3)假设当前为第k个时间段截止时刻，蜂窝网络根据步骤(1)记录得到的信息，统计当前时间段蜂窝小区中请求接入的用户数 <和WLAN小区中请求接入的用户数ΧΓ，以及用户的平均服务时间Ts ；并预测下一时间段内蜂窝小区中请求接入的用户数气和WLAN小区中请求接入的用户数九，以及WLAN小区中用户移出概率的概率密度函数 ·(τ)，τ e
；(4)蜂窝网络根据步骤C3)预测得到的下一时间段内蜂窝小区中请求接入的用户数气和WLAN小区中请求接入的用户数 <，以及WLAN小区中用户移出概率的概率密度函数 f ( τ )，计算最优的接入网络选择判决门限值、th Y th = arg min [Pb ( Y )],Pb(Y)表示全网络中新呼叫请求的阻塞概率，由下式算出
2.根据权利要求1所述的基于认知的接入网络选择方法，其中步骤(1)所述的根据所感知的信息计算用户在接受服务过程中移出WLAN小区的概率piout，其计算公式如下
3.根据权利要求1所述的基于认知的接入网络选择方法，其中步骤(3)所述的统计用户平均服务时间Ts，可由下式计算出
4.根据权利要求1所述的基于认知的接入网络选择方法，其中所述步骤(3)中预测下一时间段内蜂窝小区中请求接入的用户数n~c，按如下步骤进行3a)建立指数平滑预测方程
5.根据权利要求1所述的基于认知的接入网络选择方法，其中所述步骤(3)中预测下一时间段内WLAN小区中请求接入的用户数 n~w，按如下步骤进行3c)建立指数平滑预测方程
6.根据权利要求1所述的基于认知的接入网络选择方法，其中所述步骤(3)中使用非参数概率密度估计中常用的直方图法，对WLAN小区中用户整体移动性分布，即的概率密度函数f( τ )进行估计，按如下步骤进行3e)将的取值区间
等分为L个小区间，L= 100，区间表示为Dj= [(j-1) -h, j · h], j = 1,2,…，L，即每个区间宽度为h= 1/L，记kj为每段时间内WLAN小区中请求接入用户的移出概率处于区间的用户数，每段时间开始时刻设置、初始值为零，当WLAN 小区中有新呼叫请求时，计算该用户移出概率P:t，若处于区间~则、=kj+Ι ；3f)每段时间截止时刻，统计各区间的用户数、，估计得到WLAN小区中用户移出概率尸^的概率密度函数 ·(τ)为
全文摘要
本发明公开了一种基于认知的接入网络选择方法，主要解决现有方法没有综合考虑无线局域网中用户的移动性和网络当前负载情况而易造成网间切换频繁，网络资源利用不合理的问题。其实现过程为蜂窝网络周期地预测蜂窝小区和WLAN小区中请求接入的用户数，以及WLAN小区中用户的整体移动性分布情况，以最优网络性能为目标，计算出最优的接入判决门限；当WLAN小区中有新业务请求时，蜂窝网比较用户移出概率与接入网络选择判决门限值，并根据比较结果通知用户选择相应的网络接入。本发明能适应网络环境的变化，降低了蜂窝网络和WLAN网络之间的网间切换次数，并提高了提高网络的吞吐量。
文档编号H04W48/06GK102448143SQ201210006759
公开日2012年5月9日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者孟芸, 张鹏, 李建东, 李红艳, 杨春刚, 赵林靖, 马英红 申请人:西安电子科技大学