專利名稱：一種基于mih的快速切換及l(fā)2觸發(fā)時(shí)間確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別是異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的垂直切換技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及人類對信息通信需求的增加，用戶對移動性的要求越來越高，更高傳輸速率、更大系統(tǒng)容量、更廣業(yè)務(wù)覆蓋，已經(jīng)成為未來移動通信發(fā)展的主流趨勢和演進(jìn)目標(biāo)。為了適應(yīng)不同用戶需求，下一代無線網(wǎng)絡(luò)(Next Generation Wireless Network, NGffN)將支持多種無線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如蜂窩技術(shù)、無線局域網(wǎng)0VLAN)等。傳統(tǒng)的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中采用的切換為水平切換，是在采用同一類型無線技術(shù)的基站/ 接入點(diǎn)之間的切換，例如，傳統(tǒng)的蜂窩移動通信系統(tǒng)中的切換。用戶在異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行切換，是在采用不同類型的無線接入技術(shù)的基站/接入點(diǎn)之間的切換，稱為垂直切換，例如，從蜂窩移動通信系統(tǒng)切換到WLAN。垂直切換又可劃分為上行切換和下行切換上行切換為移動用戶從較小覆蓋面積、較高傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)切換到較大覆蓋面積、較低傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)，例如，WLAN到UMTS的切換；下行切換為移動用戶從較大覆蓋面積、較低傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)切換到較小覆蓋面積、較高傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)，例如，UMTS到WLAN的切換。下行切換對時(shí)間不敏感，類似于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的軟切換。這是因?yàn)橐苿佑脩羧匀惶幱诰W(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，為了提供更好的服務(wù)質(zhì)量，主動發(fā)起切換過程，切換時(shí)延和丟包率較小。而上行切換對時(shí)間比較敏感，類似于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的硬切換，這是因?yàn)橐苿佑脩粢瞥鼍W(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，需要快速地連接到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，否則將中斷通信服務(wù)，切換時(shí)延和丟包率較大。本發(fā)明主要考慮異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的上行垂直切換。典型的垂直切換包括鏈路層切換和網(wǎng)絡(luò)層切換。在IP網(wǎng)絡(luò)中，移動節(jié)點(diǎn) MN(Mobile Node)通過鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制事先獲得周圍鄰居網(wǎng)絡(luò)的資源信息，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能、用戶喜好、應(yīng)用特性等判決準(zhǔn)則選擇最佳目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)檢測到鏈路質(zhì)量下降到一定門限時(shí)，MN 斷開與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的連接，與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)建立新的連接，實(shí)現(xiàn)鏈路層切換。鏈路層切換完成后，MN通過接收路由器通告RA (Router Advertisement)消息，發(fā)現(xiàn)可用接入路由器。MN依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IPv6機(jī)制采用無狀態(tài)或有狀態(tài)的地址自動配置機(jī)制形成新轉(zhuǎn)交地址NCoA (New Care of Address)。移動節(jié)點(diǎn)接收到RA消息中M比特決定采用何種方式，如果M比特為0，移動節(jié)點(diǎn)采用有狀態(tài)地址自動配置，否則采用無狀態(tài)地址自動配置。有狀態(tài)地址自動配置是通過動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCPv6 (Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6)向服務(wù)器申請一個(gè)地址作為NCoA，無狀態(tài)自動配置則通過移動節(jié)點(diǎn)接口標(biāo)記和有效網(wǎng)絡(luò)前綴自動配置NCoA。為了保證配置的NCoA在新鏈路中的唯一性，麗需執(zhí)行重復(fù)地址檢測 DAD(Duplicate Address Detection)機(jī)制。MN 通過交換鄰居請求 NS(Neighbor Solicitation)和鄰居廣播NA(Neighbor Advertisement)報(bào)文執(zhí)行DAD機(jī)制。在獲取一個(gè)有效NCoA之后，麗完成新位置的綁定更新麗發(fā)送綁定更新BU(Binding Update)報(bào)文到家鄉(xiāng)代理HA (Home Agent)進(jìn)行位置注冊，HA為麗綁定家鄉(xiāng)地址HoA (Home of Address)和轉(zhuǎn)交地址CoA(Care of Address)。成功綁定之后，HA將綁定確認(rèn)BAck(Binding Acknowledgement)消息發(fā)往 MN ;MN 進(jìn)行 HA 和通信對端 CN(Correspondence Node)返回路由能力測試(Return RoutabiIity) 根據(jù)以上垂直切換過程描述可知，切換時(shí)延為鏈路層時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)層時(shí)延之和，而網(wǎng)絡(luò)層切換過程中的移動檢測、地址配置、綁定更新導(dǎo)致的切換時(shí)延過大，無法滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和吞吐量敏感業(yè)務(wù)，甚至可能導(dǎo)致當(dāng)前服務(wù)的中斷。圖1給出了傳統(tǒng)的WLAN到蜂窩網(wǎng)絡(luò)的切換過程的時(shí)序圖。為了實(shí)現(xiàn)無縫切換，及時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)信息做出最佳切換判決尤其重要。IETFRFC5^8 制定了 FMIPv6協(xié)議，其主要思想是在鏈路層(即L2)斷開之前，提前觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)層切換，獲取有效IP地址及IP分組緩存，有效地減少了切換時(shí)延和分組丟失率。但FMIPv6協(xié)議并未詳細(xì)規(guī)范L2觸發(fā)機(jī)制，未深入討論網(wǎng)絡(luò)層觸發(fā)時(shí)間、觸發(fā)性能指標(biāo)及觸發(fā)消息格式等一系列問題。IEEE 802. 21工作組在鏈路層L2和網(wǎng)絡(luò)層L3之間定義了介質(zhì)獨(dú)立切換MIH(Media Independent Handover)，通過屏蔽各種不同接入技術(shù)(如 IEEE 802. 11、IEEE 802.16、 UMTS)的差異，實(shí)現(xiàn)移動用戶在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)間的無縫切換。其定義的邏輯實(shí)體MIHF(MIH Function)將不同接入網(wǎng)絡(luò)的不同接口轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一接口提供給高層，為高層移動性管理協(xié)議提供鏈路層智能化和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息，以優(yōu)化不同接入技術(shù)之間的通信。圖2為IEEE 802. 21輔助的WLAN到蜂窩網(wǎng)絡(luò)的切換時(shí)序圖。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)上行垂直切換中切換時(shí)延過大的問題，本發(fā)明提出一種基于IEEE 802. 21MIH的快速切換機(jī)制，并提出了 L2觸發(fā)時(shí)機(jī)的確定方法，使得MN在鏈路層切換之前完成相關(guān)L3的配置工作，從而大大減少總的切換時(shí)延，達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)性能的目的。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于IEEE 802. 21MIH實(shí)體的快速切換機(jī)制，基于MIH的信令交互，利用MIHF模塊及時(shí)獲取鏈路層的相關(guān)信息以及鄰居網(wǎng)絡(luò)信息，如 RSS和網(wǎng)絡(luò)類型等，通過確定L2觸發(fā)時(shí)機(jī)，在觸發(fā)L2切換之前完成相關(guān)L3的配置工作，從而減少總的切換時(shí)延，降低了分組丟失率。一種基于IEEE 802. 21MIH的快速切換機(jī)制及鏈路層L2觸發(fā)時(shí)機(jī)的確定方法，移動節(jié)點(diǎn)MN獲得鄰居網(wǎng)絡(luò)信息；MIH輔助移動節(jié)點(diǎn)確定切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，MN的鏈路層L2持續(xù)檢測接收信號強(qiáng)度RSSjf RSS進(jìn)行平滑，并根據(jù)平滑后的接收信號強(qiáng)度，確定快速移動IP鏈路層L2觸發(fā)時(shí)刻，在L2切換之前完成網(wǎng)絡(luò)層L3的配置工作，MN檢測RSS是否達(dá)到切換門限值RSSui ；若低于門限值RSSui,麗的L2通過Link_D0Wn和Link_Up原語指示鏈路層切換開始及新鏈路的建立；鏈路層切換完成后，MN的L3完成與通信對端的綁定更新；MN和候選網(wǎng)絡(luò)通過MIH_MN_H0_Complete和MIH_N2N_H0_Complete原語指示MN垂直切換過程完成， MN從原服務(wù)網(wǎng)絡(luò)切換至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)釋放原服務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源。L2切換之前完成網(wǎng)絡(luò)層L3的配置工作。MN的L2持續(xù)檢測接收信號強(qiáng)度RSS， 對RSS進(jìn)行平滑，判斷RSS是否達(dá)到L2觸發(fā)門限值RSSuffi ；如低于觸發(fā)門限值，觸發(fā)Link_Going_Down原語，并通過MIHF模塊通知MIH用戶，在、2MggCT時(shí)刻開始執(zhí)行L3的配置工作， 配置工作包括移動檢測、IP地址配置和重復(fù)地址檢測；、2時(shí)刻時(shí)，L3配置工作完成。對RSS進(jìn)行平滑。麗持續(xù)檢測RSS，并將RSS經(jīng)指數(shù)平均濾波器處理得到平滑后的信號強(qiáng)度RSSs_thed，指數(shù)平均濾波器處理為RSSs_thed(t) = kRSSs_thed(t-l) + (l-k) RSSraw(t)，其中，RSSsmoothed(t)表示t時(shí)刻平滑后的信號強(qiáng)度；RSSMW(t)表示t時(shí)刻接收的信號強(qiáng)度，即濾波器的輸入值；k表示濾波器的平滑參數(shù)。移動主機(jī)MN獲取移動檢測時(shí)間 Dl3b ；移動節(jié)點(diǎn)獲取IP地址配置時(shí)間Du_c。a ；麗檢測新轉(zhuǎn)交地址NCoA在新網(wǎng)絡(luò)中是否合法所需時(shí)間隊(duì)3__ ；根據(jù)公式IY3C。nfigure = DL3_m+DL3_CoA+DL3DAD計(jì)算L3配置工作所需時(shí)間。本發(fā)明基于IEEE 802. 21MIH實(shí)體的信令交互，由MIHF模塊向高層提供鏈路層智能及鄰居網(wǎng)絡(luò)信息，輔助確定移動節(jié)點(diǎn)切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)平滑后的接收信號強(qiáng)度，確定快速移動IP L2觸發(fā)時(shí)刻點(diǎn)，在L2切換之前完成L3層的配置工作，從而有效減小垂直切換時(shí)延，改進(jìn)切換性能。


圖1傳統(tǒng)切換過程時(shí)序2IEEE 802. 21MIH輔助的切換過程時(shí)序3本發(fā)明所述切換流程4基于IEEE 802. 21MIH的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)上行垂直切換流程圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心思想是基于IEEE 802. 21MIH提出一種快速切換機(jī)制，并給出L2觸發(fā)時(shí)機(jī)的確定方法，使得在L2切換之前完成相關(guān)L3的配置工作，從而減少異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)上行垂直切換中的切換時(shí)延，優(yōu)化系統(tǒng)性能。其中，基于IEEE 802. 21MIH的快速切換機(jī)制是指在IEEE 802. 21原語輔助下，通過MIHF模塊為高層提供鏈路層智能和獲取相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息，在L2切換之前觸發(fā)Link_G0ing_ Down原語，使麗提前完成L3配置工作，包括移動檢測、IP地址配置、重復(fù)地址檢測。L2切換過程中，通過Link_D0Wn原語指示開始L2切換開始，Link_Up原語指示新鏈路已建立，即 L2切換完成。通過MN與通信對端的綁定更新實(shí)現(xiàn)L3切換，完成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上行垂直切換。 該機(jī)制與傳統(tǒng)垂直切換方式相比，在L2切換之前提前完成L3配置工作，可有效減少切換時(shí)延，優(yōu)化系統(tǒng)性能。圖3所示為本發(fā)明切換流程圖?；贗EEE 802. 21MIH實(shí)體的信令交互，MIHF模塊向高層提供鏈路層智能和鄰居網(wǎng)絡(luò)信息，輔助移動節(jié)點(diǎn)確定切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)平滑后的接收信號強(qiáng)度(RSS)，確定快速移動IP(MIP)L2觸發(fā)時(shí)刻點(diǎn)，在L2切換之前完成相關(guān)三層(L3)的配置工作，從而減少異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)上行垂直切換中切換時(shí)延。具體步驟如下1.移動節(jié)點(diǎn)麗通過MIH的信息獲取原語MIH_Get_Information和位于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)或第三方網(wǎng)絡(luò)的MIH信息服務(wù)器交換信息從而獲得鄰居網(wǎng)絡(luò)信息。具體地，MN通過介質(zhì)獨(dú)立切換MIH信息服務(wù)器獲得鄰居網(wǎng)絡(luò)信息包括，鄰居候選網(wǎng)絡(luò)列表、網(wǎng)絡(luò)類型和網(wǎng)絡(luò)性能等。2. MN的鏈路層L2持續(xù)檢測接收信號強(qiáng)度RSS，對RSS進(jìn)行平滑，判斷RSS是否達(dá)到L2觸發(fā)門限值RSSuffi，如低于門限值，則執(zhí)行步驟3 ；否則繼續(xù)檢測RSS ；具體地，可采用指數(shù)平均濾波器平滑RSS曲線以正確判斷接收信號變化趨勢。濾波器模型如下式，根據(jù)上一時(shí)刻濾波器輸出值，以及t時(shí)刻接收的信號強(qiáng)度確定當(dāng)前時(shí)刻濾波器輸出值。RSSsmoothed (t) = kRSSsmoothed(t-l) + (l-k) RSSraw (t)其中，RSSs_thed(t)表示t時(shí)刻濾波器輸出值；RSSMW(t)表示t時(shí)刻接收的信號強(qiáng)度，即濾波器的輸入值；k表示濾波器的平滑參數(shù)，較大k值意味輸出曲線越平滑，較小k值意味對突變接收信號強(qiáng)度反映靈敏。確定L2觸發(fā)門限值RSS·具體可采用如下方法實(shí)現(xiàn)bl. MN根據(jù)終端移動速度及信號衰減模型計(jì)算的接收信號強(qiáng)度確定RSS到達(dá)L2切換門限值RSSui的時(shí)間、2;t時(shí)刻的接收信號強(qiáng)度(用功率表示)由下式所示
權(quán)利要求
1.一種基于IEEE 802. 21MIH的快速切換方法，其特征在于，移動節(jié)點(diǎn)MN獲得鄰居網(wǎng)絡(luò)信息；IEEE 802. 21介質(zhì)獨(dú)立切換MIH輔助移動節(jié)點(diǎn)確定切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，MN的鏈路層L2持續(xù)檢測接收信號強(qiáng)度RSS，對RSS進(jìn)行平滑，并根據(jù)平滑后的接收信號強(qiáng)度，確定快速移動 IP鏈路層L2觸發(fā)時(shí)刻，在鏈路層L2切換之前完成網(wǎng)絡(luò)層L3的配置工作；MN和候選網(wǎng)絡(luò)通過MIH移動節(jié)點(diǎn)切換完成原語MIH_MN_HO_Complete和MIH網(wǎng)絡(luò)切換完成原語MIH_N2N_H0_ Complete原語指示MN上行垂直切換過程完成，MN從原服務(wù)網(wǎng)絡(luò)切換至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)釋放原服務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換方法，其特征在于，所述在鏈路層L2切換之前完成網(wǎng)絡(luò)層L3的配置工作具體包括，MN檢測RSS是否達(dá)到切換門限值RSSui ；若低于門限值RSSui, MN的L2通過鏈路質(zhì)量下降Link_D0Wn和鏈路質(zhì)量提升Link_Up原語指示鏈路層切換開始及新鏈路的建立；L2切換完成后，MN的L3完成與通信對端的綁定更新；麗的L2持續(xù)檢測接收信號強(qiáng)度RSS，對RSS進(jìn)行平滑，判斷RSS是否達(dá)到L2觸發(fā)門限值RSSuffi ；如低于觸發(fā)門限值，觸發(fā)鏈路質(zhì)量即將下降原語Link_G0ing_D0Wn原語，并通過MIHF模塊通知MIH用戶，開始執(zhí)行L3的配置工作，配置工作包括移動檢測、IP地址配置和重復(fù)地址檢測；、2時(shí)刻時(shí)，L3配置工作完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換方法，其特征在于，對RSS進(jìn)行平滑包括:MN持續(xù)檢測 RSS，指數(shù)平均濾波器調(diào)用公式RSSs_thed(t) = kRSSsmoothed(t-1) + (1-k) RSSraw(t)對 RSS 處理，得到平滑后的信號強(qiáng)度，其中，RSSsmoothed(t)為t時(shí)刻平滑后的信號強(qiáng)度；RSSMW(t)為t 時(shí)刻接收的信號強(qiáng)度，即濾波器的輸入值；k為濾波器的平滑參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的切換方法，其特征在于，確定L2觸發(fā)門限值RSSuffi具體包括 MN根據(jù)終端移動速度預(yù)測RSS到達(dá)L2切換門限值RS^11的時(shí)間、；計(jì)算L3配置工作所需時(shí)間Tmnfigure ；根據(jù)公式TL3CofigUre計(jì)算L2觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)tL2MggCT，則此刻的接收信號強(qiáng)度為觸發(fā)門限值RSS-。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的切換方法，其特征在于，由信號衰減模型RSS(t) = Pr(d) = Pr(d0)(^Y +ΧΛ dTrigger = ν · tL2Trigger 得到 tL2Trigger 對應(yīng)的接收信號強(qiáng)度即為RSS觸發(fā)門限值RSSuffi = PJdftiggJ，其中，ν為麗的移動速度，RSS (t)為t時(shí)刻的接收信號強(qiáng)度，PJdtl)為參考距離Cltl處的接收功率，d為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離，λ為電磁波長，Y為路徑損耗指數(shù)，X。為均值為零，方差為σ的高斯分布隨機(jī)變量的噪聲功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的切換方法，其特征在于，計(jì)算L3配置所需時(shí)間IY3。。nfig_的方法如下移動主機(jī)MN獲取移動檢測時(shí)間Du,；移動節(jié)點(diǎn)獲取IP地址配置時(shí)間Du_c。a ； 麗檢測新轉(zhuǎn)交地址NCoA在新網(wǎng)絡(luò)中是否合法所需時(shí)間；根據(jù)公式TL3Configure = DL3-m+DL3-C0A+DL3-DAD計(jì)算L3配置工作所需時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域中異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的垂直切換技術(shù)，公開了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上行垂直切換中一種IEEE802.21MIH輔助的快速切換機(jī)制及L2觸發(fā)時(shí)間的確定方法?；贗EEE802.21MIH實(shí)體的信令交互，MIHF模塊向高層提供鏈路層智能及鄰居網(wǎng)絡(luò)信息，輔助移動節(jié)點(diǎn)確定切換目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)平滑后的接收信號強(qiáng)度，確定快速移動IPL2觸發(fā)時(shí)刻點(diǎn)，在L2切換之前完成相關(guān)三層的配置工作，從而有效減小垂直切換中切換時(shí)延，改進(jìn)系統(tǒng)性能。
文檔編號H04W36/30GK102325356SQ20111029608
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者柴蓉, 程靜靜, 蒲顯森, 陳前斌 申請人:重慶郵電大學(xué)